取土坑填垫场地路基处理方案分析

代 景 旺

(天津市市政工程设计研究院,天津 300453)

1 工程概况

在早期的道路建设过程中，由于生态安全和环境保护的意识薄弱，土地开发强度不高，以及工程造价的限制，在公路以及跨区域城市道路沿线就近取土填筑路基的现象比较普遍，形成了大面积的取土坑。随着城市建设的加速，城市建设用地范围迅速扩张，不断遇到城市新建地块内取土坑的利用问题，为实现地块开发，大面积的取土坑被回填整平，但是由于城市区域土源的日益稀缺以及取土坑施工条件的限制，回填的土方大多为包含建筑垃圾甚至生活垃圾的杂填土，且回填方式多为堆填，场地承载力较低、地基沉降明显。

工程所在场地地处华北平原，属冲积、海积低平原，位于天津市塘沽南部新城，为原天津大道沿线取土坑，场地开发时已填垫至现状地坪。勘察时，场地为空地，总体地势较为平坦，坑塘位置人工填土厚度较大为5.50 m～14.0 m。主要土层如下：

人工填土层第一亚层，杂填土，厚度为1.80 m～2.00 m，部分钻孔有分布，厚度为4.50 m～5.50 m，呈杂色，松散状态，由建筑垃圾、生活垃圾组成。

人工填土第二亚层，素填土，厚度为5.50 m～14.00 m，呈褐色，可塑状态，为粉质黏土质，属中(偏高)压缩性土。局部夹杂填土透镜体，土质欠均匀，结构性差。

场地浅层地下水主要为潜水，静止水位埋深0.20 m～0.80 m，相当于标高0.13 m～-0.11 m。年变幅一般为0.50 m～1.00 m。

拟建道路红线宽度40 m，为城市主干路，穿越原取土坑路线长度560 m，道路断面为两块板，包括3 m中央分隔带，(15.5×2)m车行道，(3×2)m人行道。道路工程开工时，坑塘内填土堆填时间不足1年，由于坑塘填平过程土方未分层压实，场地沉降速度过快，经现场沉降观测，每周沉降量大于3 cm，不能满足道路施工要求。

2 方案比选

2.1 方案选择

结合场地条件以及类似工程经验，可供选取的路基处理方案主要包括：深层换填、强夯(置换)、加固土桩(水泥搅拌桩、高压旋喷桩)、预应力管桩、真空预压等5种。

深层换填法将基底下一定深度的填土挖除然后分层回填无侵蚀性的压缩性较低的材料，经过分层夯实至要求的密实度为止，使其满足道路路基对地基强度和稳定性的要求。通过垫层应力的扩散作用，可减少垫层下天然土层所承受的压力，并可降低地基的沉降量[1]。换填法一般适用于较小的场地，但会增加取土、弃土、往返运输的费用，还造成对另一场地的污染[2]。

强夯(置换)法，是将重型夯锤从高处自由落下，在强大的能量作用下使原本比较松散的地基快速压缩，土层空隙减少，人为加速其固结的过程。强夯法应用比较成熟，在处理杂填土场地已有很多成功经验案例，但对含淤泥层的处理效果有限[3]，要保证强夯施工效果，降水是重要的保证措施之一[4]。

加固土桩和预应力管桩的作用均是使填土与桩形成复合地基，提高复合地基承载力和路基的复合模量，从而控制沉降，满足承载力要求，在软土地基处理以及桥头路基处理中应用比较广泛。

真空预压法可以加速填土层过排水固结过程，使填土层充分沉降，减少与周边场地不均匀沉降，实施过程中可以结合进行堆载预压，尤其适用于含淤泥层的工况，该方法处理效果较好，但工期较长。

2.2 方案对比

表1 方案对比表

根据工程特点及地质勘察情况，选取了深层换填、强夯、加固土桩(水泥搅拌桩)、预应力管桩、真空预压作为备选方案，方案对比情况见表1。考虑本工程周边地块开发已经启动，现场不具备深层降水及土方临时倒运堆填条件，且建设工期紧迫，初步选择桩基础方案。经过进一步的经济性比选，选择水泥搅拌桩处理方案作为本工程的最终方案。

3 方案应用

3.1 平面及横断面方案

根据勘察报告，坑塘素填土高度在6 m～14 m之间，局部路段素填土底部为淤泥质粉质黏土，素填土及淤泥质粉质黏土总厚度约13 m。池塘段地基加固方案主要考虑对素填土及淤泥质粉质黏土层进行加固。为保证路基稳定，防止路外软弱地基发生滑动，水泥搅拌桩处理范围扩大为道路红线以外10 m，桩顶设置60 cm级配碎石褥垫层，其上分层填筑6%石灰土至路床顶面以下60 cm。路床顶面以下60 cm范围内分层填筑10%石灰土(见图1)。

3.2 水泥搅拌桩参数确定

水泥搅拌桩桩径0.5 m，场地整平后实施水泥搅拌桩，桩长为13 m。根据填土高度不同以及横断面位置不同，设置分区，不同分区的桩间距分别取1.5 m和2 m。水泥搅拌桩采用正方形布置。

水泥搅拌桩单桩承载力由桩周土摩阻力计算确定，不小于105 kN，处理后的复合地基承载力按式(1)计算：

(1)

式中：λ——单桩承载力发挥系数；

m——面积置换率；

Ra——单桩竖向承载力特征值,kN；

Ap——桩的截面积，m2；

β——桩间土承载力发挥系数；

fsk——桩间土单桩承载力特征值。

经计算，复合地基承载力不应小于95 kPa。水泥土搅拌桩桩身水泥掺入比根据单桩承载力，通过室内配比确定为17%。

3.3 沉降计算

复合地基的沉降包括两部分：处理范围的沉降和下卧层的沉降，其中处理范围内的沉降根据桩体模量和桩间土的压缩模量按照置换率来确定复合地基的压缩模量，如式(2)所示。

Esp=mEp+(1-m)Es

(2)

式中：Ep——桩体模量；

Es——桩间土的压缩模量，根据勘察报告选取。

经计算，处理范围内路基沉降为26.7 mm。下卧层的沉降采用分层综合法，利用理正软土地基路堤设计软件计算，结果为2.4 mm，路基工后总沉降为29.1 mm。场地不进行加固处理的路基工后沉降为83.1 mm。通过沉降计算结果，水泥搅拌桩加固地基方案可以解决路基稳定问题，处理后场地可以满足道路修建要求。

4 结语

1)通过对比分析道路穿越取土坑深层填土路段可采取的路基处理方案，提出采用水泥搅拌桩加固地基，保证了道路工程对于沉降稳定及地基承载力的要求，保证了工程进度，同时经济性较好。

2)随着城市建设用地范围的扩张以及对土地资源集约利用的要求，在类似场地进行道路建设的情况还会增多，本工程的应用经验对于类似工程具有借鉴意义。

3)本工程方案选择与工程要求及现场实际情况有关，在类似工程应用时还需根据具体情况，兼顾质量、造价、工期、安全等因素，合理选用方案。