紅粘土高填方地基處理技術(shù)

常付杰

（中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司 100040）

0 前言

我國(guó)南方地區(qū)紅粘土分布極廣，隨著西南地區(qū)開發(fā)戰(zhàn)略的不斷深入，一些大型工程中的高填方紅粘土地基由于上部附加荷載較大，原有的硬塑土層與下臥層承載力的差別，容易造成下層后期沉降量變大，產(chǎn)生不均勻沉降，從而導(dǎo)致工程后期維護(hù)費(fèi)用較大，因此，紅粘土區(qū)域的地基處理問題日趨重要。本文依托貴州地區(qū)某項(xiàng)目的工程實(shí)例，對(duì)于紅粘土區(qū)域高填方地基的處理方法進(jìn)行分析研究，以期為后續(xù)的相關(guān)工程設(shè)計(jì)與施工提供參考。

1 紅粘土區(qū)域地質(zhì)特點(diǎn)

碳酸鹽類巖石形成的紅粘土是最早被發(fā)現(xiàn)、分布最廣、也最為典型。紅粘土屬于區(qū)域性特殊土，國(guó)內(nèi)外關(guān)于紅粘土特性的文獻(xiàn)較多，不同母巖、不同環(huán)境下紅粘土的工程特性也略有差異，總得來說紅粘土的具有：（1）高天然含水率。（2）高塑性及粘粒高分散性。（3）高飽和度、低液限指數(shù)。（4）高孔隙比、低密度。（5）高比重。（6）高強(qiáng)度、低壓縮性等典型特性。對(duì)于工程地基來說主要表現(xiàn)為表面宜收縮，上硬下軟，裂隙發(fā)育的宏觀特征。

貴州地區(qū)為典型的喀斯特地貌，巖溶強(qiáng)發(fā)育，多石牙、溶槽、溶洞等，加之紅粘土的沿裂隙發(fā)育特點(diǎn)。這就造成了紅粘土土層在平面和縱向厚度的不均勻性。土層的厚度往往變化劇烈，對(duì)于紅粘土區(qū)域的高填方地基工程來說，更加容易導(dǎo)致地基的不均勻沉降。

對(duì)于公路工程及機(jī)場(chǎng)類工程來說，紅粘土的不良特性將導(dǎo)致地基壓實(shí)性能較差，使路基及道面板出現(xiàn)裂縫，從而帶來安全隱患。對(duì)于普通房建工程，采用筏板基礎(chǔ)或無地下室的其他類型基礎(chǔ)，若上部附加荷載較大，房心區(qū)域也較容易產(chǎn)生不均勻沉降，導(dǎo)致地面或筏板產(chǎn)生裂縫，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。尤其在高填方工程中，經(jīng)地基處理后的紅粘土具有較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，常用作天然地基使用，如若上部有較大附加荷載或者振動(dòng)荷載，地基處理不當(dāng)，危害性將會(huì)更大。

2 紅粘土地基處理方法

按通過多年的實(shí)踐和相關(guān)理論研究，對(duì)于紅粘土的地基處理主要形成了以下幾種方式：

2.1 晾曬法

經(jīng)過晾曬，降低紅粘土的天然含水量，有益于紅粘土的壓實(shí)。這種方法依賴于天氣的好壞，對(duì)于多雨天氣的我國(guó)南方地區(qū)（如貴州）來說，這種方法較難應(yīng)用，工程中的運(yùn)用效果并不理想。

2.2 換填墊層法

采用壓實(shí)性好的級(jí)配碎石、石渣、灰土、礦渣或土工合成材料加筋墊層等，將紅粘土換掉，再進(jìn)行碾壓密實(shí)。這種方法對(duì)于地基處理面積不大的工程來說較為合理，但對(duì)于大面積的回填或換填工程，則造價(jià)較高，工期也相對(duì)較長(zhǎng)。

2.3 深層攪拌法

深層攪拌法是利用深層攪拌機(jī)械在軟弱地基內(nèi)，邊鉆進(jìn)邊往軟土中噴射固化劑，通過攪拌機(jī)械的攪拌，使固化劑與軟土結(jié)合，形成具有整體性、水穩(wěn)性和足夠強(qiáng)度的地基土。根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的要求，可對(duì)軟土地基進(jìn)行柱狀、壁狀和塊狀等不同形式的加固。主要固化材料有石灰、粉煤灰、水泥及化學(xué)材料等。

2.4 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是為提高軟弱地基的承載力，用重錘自一定高度下落夯擊土層使地基迅速固結(jié)的方法。強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。對(duì)高飽和度的紅粘土地基，則應(yīng)采用在夯坑內(nèi)回填塊石、碎石或其他粗顆粒材料進(jìn)行強(qiáng)夯置換，并應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性。此方法適用于遠(yuǎn)離市區(qū)且季節(jié)降水量較少的地區(qū)。

2.5 擠密樁法

擠密樁法是用沖擊或振動(dòng)方法，把圓柱形鋼質(zhì)樁管打入原地基，拔出后形成樁孔，然后進(jìn)行素土、灰土、石灰土、水泥土等物料的回填和夯實(shí)，從而達(dá)到形成增大直徑的樁體，并同原地基一起形成復(fù)合地基。擠密樁法在紅粘土區(qū)域應(yīng)用較多，效果良好，但施工工期較長(zhǎng)。

2.6 梁板結(jié)構(gòu)法

對(duì)于紅粘土層較厚或高回填工程，上部附加荷載較大時(shí)，承重地面采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板式結(jié)構(gòu)，此方法施工速度快，可以有效防止不均勻沉降，但造價(jià)相對(duì)較高。

2.7 分層回填紅粘土、碎石碾壓法

通常采用紅粘土、碎石等分層回填壓實(shí)，分層厚度應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。采用碎石分層回填法對(duì)于石料豐富的貴州等地區(qū)，此方法應(yīng)用效果較好，且受天氣等因素影響較小。但對(duì)施工質(zhì)量應(yīng)有較高要求。

3 工程實(shí)例分析

3.1 工程地質(zhì)概況

某新建項(xiàng)目位于貴州地區(qū)，該地區(qū)為溶蝕溝谷地貌，由風(fēng)化剝蝕與巖溶溶蝕形成?，F(xiàn)場(chǎng)地形北高南低，場(chǎng)地地層按其成因自上而下分為素填土、耕土、紅粘土和強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化泥質(zhì)石灰?guī)r組成，北面開挖后為強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化泥質(zhì)石灰?guī)r。

3.2 工程場(chǎng)地現(xiàn)狀

在場(chǎng)地南面存在面積約22500平方米的填方區(qū)，（場(chǎng)地剖面示意圖見圖1）。回填區(qū)域最深達(dá)12米，由于工期緊急，且施工環(huán)境受天氣影響較大，開挖的紅粘土未經(jīng)過處理，即作為填料回填，回填土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，承載力低。加之上部地面附加荷載較大，設(shè)計(jì)地坪地基承載力特征值fak需要達(dá)到80～100KPa，壓實(shí)系數(shù)控制在0.900，未經(jīng)地基處理的紅粘土回填區(qū)域不能滿足設(shè)計(jì)及使用要求。

圖1 場(chǎng)地剖面示意圖

3.3 地基處理方案設(shè)計(jì)

3.3.1 設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)方案階段以變形控制為主，兼顧承載力要求。結(jié)合場(chǎng)地實(shí)際，采用梁板結(jié)構(gòu)處理最為理想，但工期長(zhǎng)，且造價(jià)相對(duì)較高，為了確保工程工期，通過多種方法對(duì)比及專家論證，并進(jìn)行了當(dāng)?shù)毓こ虒?shí)例的考察，對(duì)回填區(qū)域初步采取分區(qū)分層回填的處理方案。

選取實(shí)驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行先期施工，驗(yàn)證方案可行性，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果適當(dāng)調(diào)整方案。

3.3.2 設(shè)計(jì)分區(qū)

該工程室內(nèi)±0.000絕對(duì)標(biāo)高為908.45，根據(jù)場(chǎng)地回填土厚度情況，將回填區(qū)劃分為3個(gè)區(qū)域：Ⅰ區(qū)為回填土厚度h＞4m地基，面積約6000m2；Ⅱ區(qū)為回填土厚度2m＜h≤4m地基，面積約6200m2；Ⅲ區(qū)為回填土厚度h≤2m，面積約10300m2；Ⅳ區(qū)為挖方區(qū)。

3.3.3 地基處理施工參數(shù)

(1)Ⅰ區(qū)：回填紅粘土并平場(chǎng)至標(biāo)高906.50m，采用推土機(jī)或挖掘機(jī)適當(dāng)平整后，采用壓路機(jī)來回靜壓，以壓路機(jī)輪跡小于1cm為標(biāo)準(zhǔn)，在填土表層鋪設(shè)40cm碎石墊層，之后鋪設(shè)厚110cm塊石大渣層，待塊石大渣層鋪設(shè)完畢后，采用振動(dòng)碾壓，碾壓密實(shí)后視高程情況增加塊石大渣，碾壓至頂標(biāo)高為908.00m（填土厚h＞4m）。

(2)Ⅱ區(qū)：回填土平場(chǎng)至906.80m，采用推土機(jī)或挖掘機(jī)適當(dāng)平整后，采用壓路機(jī)來回靜壓，以壓路機(jī)輪跡小于1cm為標(biāo)準(zhǔn)，在填土表層鋪設(shè)40cm碎石墊層，之后鋪設(shè)80cm塊石大渣層，待塊石大渣層鋪設(shè)完畢后，采用振動(dòng)碾壓，碾壓密實(shí)后視高程情況增加塊石大渣，碾壓至頂標(biāo)高為908.00m（填土厚2＜h≤4m）。

(3)Ⅲ區(qū)：回填土平場(chǎng)至907.20m，采用推土機(jī)或挖掘機(jī)適當(dāng)平整后，采用壓路機(jī)來回靜壓，以壓路機(jī)輪跡小于1cm為標(biāo)準(zhǔn)，在填土表層鋪設(shè)80cm塊石大渣層，待塊石大渣層鋪設(shè)完畢后，采用振動(dòng)碾壓，碾壓密實(shí)后視高程情況增加塊石大渣，碾壓至頂標(biāo)高為908.00m（填土厚度h≤2m）。局部回填較薄地段，平場(chǎng)標(biāo)高907.20m以上遇到原生紅粘土層，即可直接采用壓路機(jī)靜壓。

(4)Ⅳ區(qū)：挖方區(qū)平整場(chǎng)地至907.90m，在紅粘土表層鋪設(shè)0.3m碎石墊層，采用振動(dòng)碾壓，碾壓至頂標(biāo)高為908.20m。

3.4 地基處理效果分析

對(duì)分區(qū)分別進(jìn)行局部實(shí)驗(yàn)并檢測(cè)結(jié)果，檢測(cè)方法為通過承載板試驗(yàn)測(cè)試地基的回彈模量評(píng)價(jià)地基承載力，結(jié)合灌砂法壓實(shí)度檢測(cè)試驗(yàn)檢測(cè)壓實(shí)系數(shù)。實(shí)驗(yàn)過程中，由于雨天較多，降水量較大，地基處理初步設(shè)計(jì)方案效果不夠理想，且分區(qū)域進(jìn)行回填并壓實(shí)施工進(jìn)度緩慢，無法滿足施工進(jìn)度要求。

3.5 地基處理調(diào)整方案

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況制定了地基處理調(diào)整方案，即按標(biāo)高開挖平整場(chǎng)地并機(jī)械碾壓密實(shí)后直接采用分層鋪設(shè)級(jí)配渣石的處理方式，第一層厚度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)確定，以壓路機(jī)可以震動(dòng)碾壓為宜，之后每層厚度不大于500mm，碾壓至場(chǎng)平標(biāo)高908.00m。檢測(cè)結(jié)果顯示，場(chǎng)地壓實(shí)度平均值為0.936，場(chǎng)地受力均勻，承載力滿足工程設(shè)計(jì)要求，地基處理效果較為理想。

4 結(jié)論

本文介紹了紅粘土的特性及紅粘土區(qū)域常用的地基處理方法，結(jié)合工程實(shí)際及工期要求，對(duì)于高回填區(qū)，雨量較少時(shí)可采用紅粘土分層回填壓實(shí)的方式，附加荷載較大時(shí)可參考分區(qū)回填壓實(shí)的方案，對(duì)于雨量較大且地面附加荷載較大的工程，似可采用紅粘土直接回填至場(chǎng)平標(biāo)高下2m并碾壓密實(shí)，然后采用塊石大渣分層回填的方式，壓實(shí)效果較好，且施工工期短，造價(jià)相對(duì)較低，該方法的成功對(duì)于渣石豐富的紅粘土高高填方工程具有參考價(jià)值。此外，對(duì)于地基處理方法的選取，應(yīng)參照現(xiàn)有的地基處理方法和當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)，采用合理、安全、經(jīng)濟(jì)的地基處理方法。