關(guān)于巖土工程中填土的探討

張建華

(江蘇蘇州地質(zhì)工程勘察院，江蘇 蘇州 215129)

0 引 言

特殊性巖土是指在特定的地理環(huán)境或在人為條件下形成的具有特殊物理力學(xué)特性和工程特性，以及特殊物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造的巖土。填土作為一種常見的特殊性巖土，對設(shè)計、施工有著不同程度的影響。

1 填土的分類

填土根據(jù)物質(zhì)組成和堆積方式進(jìn)行分類，可分為素填土、雜填土、沖填土、壓實(shí)填土、填筑土、非壓實(shí)填土、拋石填土。在不同規(guī)范的中，其定義略有不同。

素填土：由碎石土、砂土、粉土和黏性土等一種或幾種材料組成，不含雜物或含雜物很少。按主要物質(zhì)組成，可進(jìn)一步細(xì)分為碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土與黏性素填土[1]。

雜填土：含有大量建筑垃圾、工業(yè)廢料或生活垃圾等雜物。按主要物質(zhì)組成可進(jìn)一步細(xì)分為建筑垃圾填土、工業(yè)廢料填土與生活垃圾填土[1]。

沖填土：由水力沖填泥沙形成的填土[2]，俗稱“吹填土”。

壓實(shí)填土：按一定標(biāo)準(zhǔn)控制材料成分、密度、含水量，分層壓實(shí)或夯實(shí)而成[1]。

填筑土：經(jīng)分層碾壓或夯實(shí)填筑的土。一般成分單一，土質(zhì)較均勻[2]。

非壓實(shí)填土：無質(zhì)量控制要求，隨意堆填而成[1]。

拋石填土：按一定方量和高度要求，以塊石為主，經(jīng)人工回填，分層夯實(shí)或碾壓密實(shí)的填土[1]。

2 填土的工程性質(zhì)

填土由于其特殊的成因，以及相對較短的堆填時間，形成了多種不良的工程特性，一般來說，填土具有不均勻性、濕陷性、自重壓密性及強(qiáng)度低、壓縮性高。

(1) 不均勻性：填土由于物質(zhì)的來源、組成成分的復(fù)雜性和差異性，分布范圍、密實(shí)度、厚度變化和滲透性缺乏規(guī)律性，因而不均勻性是填土較顯著的特點(diǎn)，而且對于雜填土和沖填土更加明顯。

(2) 濕陷性：填土由于在堆積時未經(jīng)壓實(shí)處理，所以土質(zhì)一般比較疏松，孔隙較發(fā)育，當(dāng)浸水后會產(chǎn)生附加下陷，這種現(xiàn)象即為濕陷。填土的濕陷也有自重濕陷和非自重濕陷，以建筑垃圾為主的雜填土的濕陷性一般小于其他填土的濕陷性，新填土比老填土的濕陷性強(qiáng)。

(3) 自重壓密性：填土由于堆積時間不長屬欠固結(jié)土，在自身重量和受大氣降水下滲的作用下，填土有自行壓密的特點(diǎn)，壓密所需的時間隨著填土的物質(zhì)成分不同而有較大的差別。

(4) 強(qiáng)度低、壓縮性高：填土由于密度小，空隙度大，結(jié)構(gòu)性很差，故具有強(qiáng)度低和壓縮性高的特點(diǎn)。如果沒有經(jīng)過人為的干預(yù)，填土層堆填的時間越短，其密實(shí)度越差、強(qiáng)度越低、壓縮性越高。

3 填土在工程中的分析

3.1 填土對樁基施工的影響

3.1.1 填土塌孔的影響

場地淺部一般分布有雜填土、素填土，樁基施工時，孔口的填土不穩(wěn)定，遇水沖刷易坍塌，造成孔口事故。施工時需采用護(hù)筒保護(hù)孔口，以防止填土中的碎石等雜物掉入孔內(nèi)，隔離孔內(nèi)的孔外表層水，保持泥漿水位及壓力，以防止坍孔。對于厚層填土采用加長鋼護(hù)筒全部護(hù)壁可解決塌孔問題，但會造成護(hù)筒拔出困難，甚至拔不出，造成成本大幅上升。

3.1.2 負(fù)摩阻力的影響

厚層填土若為欠固結(jié)土層，當(dāng)樁身穿過該層進(jìn)入硬持力層，填土層產(chǎn)生自重固結(jié)下沉，則樁側(cè)土就相當(dāng)于樁向下位移，而使土對樁產(chǎn)生向下的摩阻力，即為負(fù)摩阻力。

若發(fā)生樁的負(fù)摩阻力，將使樁側(cè)土的部分重力傳遞給樁，負(fù)摩阻力變成施加在樁上的外部荷載，使得樁基沉降加大。因此，若樁身范圍內(nèi)存在填土，需要了解填土應(yīng)力歷史并加以評價。

3.2 填土對基坑圍護(hù)的影響

3.2.1 填土對圍護(hù)施工的影響

在基坑圍護(hù)地連墻施工過程中，若深厚填土及填土中含有較大混凝土、石塊等，會導(dǎo)致地墻成槽無法成形，槽壁坍塌，一般采取換填處理。若深厚填土以黏性土、粉性土為主，也可進(jìn)行槽壁加固(如高壓旋噴)。

3.2.2 填土薄弱段圍護(hù)的加固

在基坑圍護(hù)范圍存在暗河、暗塘?xí)r，此處的填土一般厚度較大，需要防止淺部潛水的側(cè)向滲流以及地表水滲流倒灌，應(yīng)采取有效的止水措施。當(dāng)淺部存在較深厚的雜填土?xí)r，常規(guī)的水泥土攪拌樁施工有一定的困難，可采用壓密注漿的方法加固土體形成帷幕止水，施工方便，效果良好。

如某項目場地西側(cè)20 m處有一河道，勘察期間發(fā)現(xiàn)地內(nèi)分布一暗河，經(jīng)收集原有地形圖及加密勘察，暗河與現(xiàn)西側(cè)河道原先相連通，后期為了建設(shè)進(jìn)行了回填處理，由于回填時間較短，土質(zhì)較松軟，滲透性較好，暗河處地下水與西側(cè)河道存在一定的水力聯(lián)系，且由于原有河道切割較深，填土厚度較大，圍護(hù)施工時對暗河段的基坑圍護(hù)，特別是止水帷幕都進(jìn)行了加固，確保后期圍護(hù)的安全可靠。

3.2.3 填土圍護(hù)的選型

填土作為特殊性巖土，特別是深厚填土對于設(shè)計支護(hù)的選型存在影響。對于深度較大且須控制變形的基坑，一般采用內(nèi)支撐方案。對于深度較小、變形要求不高的基坑，一般采用重力式水泥土墻或新型水泥土攪拌樁墻(soil mixing wall，SMW)、復(fù)合土釘墻(土釘墻+微型樁或攪拌樁)等形式進(jìn)行支護(hù)。根據(jù)工程經(jīng)驗，第一種方法一般可有效地控制變形，但是造價相對昂貴；第二種方法由于填土自身的特性，在施工過程基坑坡頂均會發(fā)生不同程度的沉降及變形，須結(jié)合其他處理工藝進(jìn)行控制。

3.3 填土作市政路基填料

填土作為路基建筑材料，土質(zhì)要求必須符合規(guī)范要求，不能是腐質(zhì)、耕作土，不能含有有機(jī)雜質(zhì)等。填土料的質(zhì)量要符合要求，應(yīng)無草根、樹根等雜物，不含建筑垃圾，不含大土塊、凍土，含水率等指標(biāo)也要符合要求。

但是，勘察報告中對填土層的描述及評價不是很詳細(xì)，導(dǎo)致設(shè)計對填土層的理解有差別、利用率不高，使得造價成本增加。

3.4 填土作為天然地基

除了控制質(zhì)量的壓實(shí)填土外，一般來說，填土的成分比較復(fù)雜，均勻性差，厚度變化大，利用填土作為天然地基應(yīng)持謹(jǐn)慎態(tài)度，一般需結(jié)合人工地基。

如某項目擬建一門衛(wèi)室，根據(jù)勘察成果及現(xiàn)場驗槽，雜填土層厚度較大，回填時間在15年以上，且經(jīng)初步壓實(shí)，建議擬建門衛(wèi)室可采用人工地基，將基底下雜填土層挖除一定深度后采用換土墊層處理。換填材料宜用砂石墊層分層壓實(shí)，其壓實(shí)系數(shù)應(yīng)滿足設(shè)計及規(guī)范要求并經(jīng)檢驗合格后作為基礎(chǔ)持力層，墊層厚度應(yīng)滿足下臥層驗算要求，墊層下雜填土層承載力特征值fak可取70 kPa，基礎(chǔ)形式可采用片筏基礎(chǔ)。

4 填土勘察的探討

4.1 填土勘察的手段應(yīng)用

勘察前，收集場地老地形圖或者衛(wèi)星圖，與現(xiàn)有地形進(jìn)行比對，特別是原有河塘部位勘探點(diǎn)進(jìn)行加密布置或采用小螺紋鉆查明暗塘、暗浜的分布范圍，進(jìn)行重點(diǎn)勘察。

填土的勘察方法，應(yīng)針對不同的物質(zhì)組成，采用不同的手段。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗和輕型動力觸探適用于黏性土、粉土素填土，靜力觸探適用于沖填土和黏性土素填土，動力觸探適用于粗粒填土。雜填土成分復(fù)雜，均勻性很差，單純依靠鉆探難以查明，應(yīng)有一定數(shù)量的探井[3]。

對于雜填土分布區(qū)周邊，還需調(diào)查有無陰溝洞、廢自來水管等容易導(dǎo)致集水的地方。

4.2 填土取樣的要求

對于填土取樣要求，相關(guān)規(guī)范中都有相應(yīng)規(guī)定，素填土有條件一般都需要取樣進(jìn)行試驗。

(1) 《市政工程勘察規(guī)范》(CJJ 56—2012)中規(guī)定：原地面或設(shè)計標(biāo)高以下1.5 m和軟土地區(qū)原地面或路面設(shè)計標(biāo)高以下3 m的深度范圍內(nèi)，取土間距宜為0.5 m[4]。

(2) 《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120—2012)中規(guī)定：厚度大于3 m的素填土，需取樣進(jìn)行抗剪強(qiáng)度試驗[5]。

在路基調(diào)查中對壓實(shí)填土(灰土)的取芯及取樣均有要求，由于壓實(shí)填土圧密度較高、強(qiáng)度高，為了減少對其擾動，可采用大口徑的巖芯管進(jìn)行取芯，取樣可結(jié)合內(nèi)置環(huán)刀的取砂器采用重錘少擊的方式進(jìn)行取樣，以確保取樣的質(zhì)量。

4.3 填土設(shè)計參數(shù)的選取

4.3.1 靜探指標(biāo)確定

對于以黏性土為主的素填土，如PS值大于1.2 MPa，可提C、φ值，C值不大于20 kPa，φ值不大于10°～12°。

4.3.2 物理指標(biāo)確定

結(jié)合某工程填土的取樣調(diào)查，填土成分以黏性土為主，根據(jù)土工試驗，孔隙比為0.822～1.378，壓縮模量為2.28～4.33 MPa，含水量、C值、φ值的相互關(guān)系統(tǒng)計如圖1所示。

圖1 新近填土含水量、C值、φ值統(tǒng)計表

對于以黏性土為主的素填土，其剪切指標(biāo)可依據(jù)含水量參照以下原則選取，見表1。

表1 剪切指標(biāo)與含水量關(guān)系對照表

以建筑垃圾等為主的填土，要提C、φ值，數(shù)據(jù)宜保守取值；以生活垃圾、樹葉等為主的填土，C、φ值盡量不提，且需說明有隱患。

4.3.3 地區(qū)經(jīng)驗

根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗，一般認(rèn)為大于10年的黏性土素填土已完成固結(jié)，可以提供地基承載力參數(shù)，一般不大于70 kPa。

4.3.4 填土的描述

在勘察成果整理的過程中，對于涉及填土的內(nèi)容，尤其要描述清楚。

(1) 對于填土應(yīng)在報告中描述其成分、顏色、堆積的方式、堆積的時間、有機(jī)物含量、均勻性及密實(shí)度。應(yīng)針對每個鉆孔具體描述。

(2) 對于道路填土可附典型的巖心照片，這樣可以便于設(shè)計人員更直觀地了解填土成分。

(3) 對于因致污物質(zhì)侵入，成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生顯著變異的土，應(yīng)判定為污染土。污染土的定名可在原分類名稱前冠以“污染”[6]。

(4) 在原浜、塘范圍內(nèi)，由人工填埋形成的填土俗稱“浜填土”[6]。

5 結(jié)束語

填土由于其特殊的工程地質(zhì)性質(zhì)，對工程建設(shè)有著極其重要的影響。然而在很多工程中，由于對其重視不夠，往往造成很大的經(jīng)濟(jì)損失及安全事故。因此，在今后的巖土工程勘察中，對填土的勘察應(yīng)作為重點(diǎn)部分，確保數(shù)據(jù)及成果的準(zhǔn)確性，保證工程建設(shè)的順利進(jìn)行。