摘要：随着我国工程建设中黄土地区高填方工程日益增多，如何选择合适的高填方地基处理措施，提高地基承载力，减少地基沉降尤其是差异沉降，保证工程质量显得尤为重要。本文重点从施工技术、造价、工期、质量等方面对比分析了高填方地基原地基处理与填筑体处理的常用施工方法，并提出相应的建议措施，相关经验可供类似工程借鉴。
关键词：黄土地区；高填方地基；原地基处理；填筑体处理；施工方法；对比分析
1.引言
近年来，随着我国经济的快速发展，相应的工程建设的规模正在不断扩大，大量高等级公路、机场工程、建筑工程等在黄土地区快速建设起来。由于就地取材较易且黄土自身工程性能尚可，地基填料常用当地黄土。但黄土地区地形地貌、工程地质条件相对复杂和独特，黄土具有自身的特殊性：①黄土分布范围广、厚度较大；②大部分垂直节理发育、含水率低；③作为非饱和土体，工程建设中大部分土体处于欠压密状态，孔隙率较大，天然含水率下压缩率较低，强度相对较高；④土体结构性较强，灵敏度较高，受较大外部荷载作用，土体结构的易重分布；⑤湿陷性黄土如遇水浸湿，在自重和附加应力下，强度显著降低，产生较大的湿陷与沉降变形。因而如何克服黄土地区工程建设的不利因素，保证地基承载力和稳定性，以高标准、高质量保证工程建设显得尤为重要。因此，本文针对公路、机场、建筑工程中常用的地基处理方法进行对比分析，对常用施工方法优缺点的总结分析，探讨黄土地区高填方地基处理施工方法与措施。
黄土丘陵沟壑区工程建中，为了提高地基承载力，减少地基沉降尤其是不均匀沉降，应同时加强填筑体部分及其下原地基部分的处理，除了要对填筑体存在的湿陷性黄土进行消陷加固处理，还必须对填筑土体下存在的淤泥及淤泥质土、冲洪积土、杂填土、松散堆积体进行处理，以满足地基稳定和变形要求。
2 原地基常用处理方法
黄土地区常用的地基处理措施有：换填法、强夯（置换）法、降水结合强夯法、堆载预压法、碎石桩法、灰土挤密桩、CFG桩法等。现将常用的地基处理方法对比如表2.1所示，通过对比，考虑施工工艺、处理效果、工程造价等因素，目前黄土地区工程建设中地基低于3.0m的淤积土等软弱土体常用的是换填法，较深区域采用强夯置换法；松散土体及湿陷性黄土采用强夯和灰土挤桩法。
表2.1 常用地基处理方法对比表
3 填筑体常用处理方法
工程建设中填筑常用的施工方法有分层碾压法（静力碾压、振动碾压、冲击碾压等）、强夯法等，各自特点如下。
3.1分层碾压处理
（1）静力碾压法。碾压法是利用机械滚轮的压力压实土壤，使之达到所需的密实度。碾压机械有平碾及羊足碾等。平碾（光碾压路机）是一种以内燃机为动力的自行式压路机，重量6～15吨。羊足碾单位面积的压力比较大，土壤压实的效果好。羊足碾一般用于碾压粘性土，不适于砂性土，因在砂土中碾压时，土颗粒受到羊足较大的单位压力后会向四面移动而使土的结构破坏。
（2）振动碾压法。振动碾压法是将振动碾压机械放在土层表面，在碾压机振动作用下，土颗粒发生相对位移而达到紧密状态。振动碾是一种振动和碾压同时作用的高效能压实机械，比一般平碾提高功效1～2倍，可节省动力30%。用这种方法振实填料为碎石类土、杂填土和粉性粘土等非粘性土效果较好。
（3）冲击碾压法。冲击碾压由轮子为“三边形”或“五边形”的正多边形冲击轮在位能落差与行驶动能相结合下对工作面进行静压、搓揉、冲击。其高振幅、低频率冲击碾压使工作面下深层土石的密实度不断增加，受冲压土体逐渐接近于弹性状态，具有克服地面隐患的技术优势，是土石工程压实技术的新发展。压实轮行驶滚动中产生集中的冲击能量并辅以滚压、揉压的综合作用，连续对地基或填料产生作用，使土体颗粒间的空隙减小，土基得以压实，其主要特点是冲击作用力对土基的作用深度大。
考虑土方碾压的上料、摊铺、平整的工序要求，冲击碾压与一般压路机相比，其压实土石的效率提高3~4倍，冲击与普通压路机的压实参数对比如表1所示。
表3.1 冲击碾压与普通压路机的施工参数对比
3.2 强夯法
强夯法是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实土壤，土体孔隙被压缩，土粒排列得更加紧密。人工夯实所用的工具有木夯、石夯等；机械夯实常用的有内燃夯土机和蛙式打夯机和夯锤等。强夯法是在重锤夯实法的基础上发展起来的，其锤重10~60T，落距6~25m，锤底静接地压力为25~80kPa。其强大的冲击能可使地基深层得到加固。强夯法适用于粘性土、湿陷性黄土、碎石类填土地基的深层加固。
4 填筑体压实方案对比分析
4.1 技术比选
振动碾压、冲击碾压、分层强夯，三种填筑体压实技术对比表如表4.1所示。
表4.1 不同方法压实技术对比表
对比以上对比可知，分层强夯相对于振动碾压与冲击碾压的最大优势在于：①分层填筑厚度较厚，可达4m~12m；②填筑料的粒径要求相对较低，最大粒径可为0.6m，可最大程度的消纳场地范围内的土石料；③填筑料的含水率要求相对范围广，据《强夯法处理湿陷性黄土地基技术规程》（DBJ61-9-2008），强夯处理含水率范围可达wop±6%，8%≤w≤24%。虽然分层碾压对填料粒径、含水率要求高，但是黄土地区主要为料原为粒径相对较小的黄土，且含水率接近或略小于最优含水率，这对处理回填土体影响不大。
4.2 工期比选
填筑体填筑工序可划分为卸料、平土、压实、检测四个工序。填筑施工应统一管理、严密组织，实施分段流水作业。因此本次工期比较，在填筑施工四个工序流水作业的基础上，考虑分层碾压与分层强夯压实的施工效率比较。
冲击碾压机压实效率约为800~1200m3/h，考虑到不同施工工序交叉影响，一单台冲击碾压机械压实效率约为6400m3/d。强夯法对填筑体进行地基处理时，假设填筑体按3000kN·m处理，则填筑体按4m厚度划分一层，3000kN·m能级强夯施工效率约为500m2/d，考虑到4m的填筑厚度，强夯施工效率约为2000m3/d。因此，从单台设备的作业效率相比，强夯效果较低，然而从施工流水的角度分析，强夯允许一次性回填摊铺厚度较大，可满足大规模的回填作业施工。
考虑交叉作业情况，可多投入挖机、土方车辆等，大幅提高填土挖填作业效率，尤其是地形狭窄沟道区域内，由于作业面狭窄，分层摊铺、碾压效率难以发挥，采用强夯处理，允许一次性回填4~8m厚填土，从而达到快速打开作业面，迅速形成大面积施工的效果。
4.3 施工参数及质量对比
黄土地区工程建设常用分层碾压与强夯的施工参数表分别如表4.2、4.3所示。分层碾压处理厚度薄，施工速度快，大场地便于多台设备同时施工；强夯施工单次处理厚度大，但施工作业中往往需要配合初步碾压作业，需要设备多，且夯机一般较重，现场移位、调整不便，速度反而略有所降低。一般坡陡沟深、工作面狭窄区域，强夯法处理具有一定优势。分层碾压和强夯在严格把控施工要求的情况，处理后的地基在承载力、压实系数、压缩模量方面整体相差不大，但是夯锤间距间土体的力学指标相对较差，整体土体的均匀性比分层碾压处理的差。
表4.2 填筑体分层压实施工参数
4.4 造价比选
采用强夯法造价是按面积计算造价，分层压实法是按压实土方量计算造价。如按6000kN·m能级，每7m处理一层，目前市场施工价为60元/m2，则折算成单方填料处理费用为8.57元/m3，若按12000kN·m能级，每12m处理一层，目前市场施工价为120元/m2，则折算成单方填料处理费用为10元/m3。填土分层压实费用约为9元/m3。从以上对比可得知，强夯费用比分层碾压费用略高。
5 结论
（1）黄土丘陵沟壑区工程建中，为了提高地基承载力，减少地基沉降与不均匀沉降，必须对填筑土体及其原地基采用相应处理措施。
（2）黄土地区原地处理，应考虑施工工艺、工程质量、效果及成本的前提下，建设中地基低于3.0m的淤积土等软弱土体常用的是换填法，较深区域采用强夯置换法；松散土体及湿陷性黄土采用宜采用强夯或灰土挤桩法。
（3）大范围地基填筑中应考虑施工技术与质量、施工工期、工程造价的基础上宜采用冲击碾压方案为主，分层强夯为辅的处理措施；小范围窄沟区域地基填筑宜采用振动碾压、分层强夯的处理措施。
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论文作者:张昌军,王明皎,齐二恒
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/15
标签：地基论文; 黄土论文; 压实论文; 常用论文; 作业论文; 厚度论文; 地区论文; 《防护工程》2018年第31期论文;