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浅谈斜坡丘陵地区大面积挖填方场地应注意的岩土工程问题

发表时间：2021/6/17 来源：《基层建设》2021年第6期作者：余武术张广斌李海涛汤玉兰

[导读] 摘要：在斜坡丘陵地区新建建“构”筑物，由于地形的起伏，而又要满足在此地面上新建建“构”筑物并达到美观、使用功能的情况下，势必要对场地进行大面积挖填方工作，而大面积挖填方将造成诸多的岩土工程问题。

        机械工业勘察设计研究院有限公司陕西西安 710043
        摘要：在斜坡丘陵地区新建建“构”筑物，由于地形的起伏，而又要满足在此地面上新建建“构”筑物并达到美观、使用功能的情况下，势必要对场地进行大面积挖填方工作，而大面积挖填方将造成诸多的岩土工程问题。本文将以某斜坡丘陵地区大面积挖填方场地为例，从大面积挖填方整平过程中的回填方案选择、处于各种地基条件下的建“构”筑物地基基础方案选择、由于大面积填方带来的主要岩土工程问题及应对措施等三个方面来对大面积挖填方应注意的岩土工程问题进行阐述，这对于今后在斜坡丘陵地区大面积挖填方场地工程建设过程中具有重要的参考价值。
        关键词：大面积挖填方；强夯；地基基础方案；填方边坡；不均匀沉降
        引言
        最近几年，国内基建项目飞速发展，而在一些斜坡丘陵地区，可用于直接进行建设的大面积平坦场地缺乏，越来越多的城市探索通过“削峁（山）填沟”方式增加城市和基础设施建设用地[1]。这就势必要对斜坡丘陵进行整平工作，以达到设计对建设场地室内外地坪的需求，整平过程中势必要进行大面积挖填方工作。而大面积挖填方将会带来诸多的岩土工程问题，诸如土方回填和大面积深厚填土的地面沉降和地基不均匀沉降问题，从而导致建设工程常常因工后地基的不均匀沉降或失稳等问题而无法正常使用，甚至完全破坏[2]。
        因此，在整个土方回填及对回填土的处理过程中，必须严格管控其中可能对工程造成风险的一切因素，进而有效降低甚至是彻底杜绝此类风险因素对大面积回填土地基处理施工产生的不良影响，从而有效控制大面积挖填方场地地基和基础施工过程中的质量、安全、成本、工期等施工目标，圆满完成大面积挖填方场地建设工程地基处理这一道对整个工程质量起决定性作用的工序。
        1 工程概况
        某斜坡丘陵地区大面积挖填方建设场地占地长约1250米，宽约530米，占地面积约1100亩。建设项目属于大型工业项目。拟建场地地形起伏较大，局部发育冲沟，原始地面高程介于685～741m之间，原始地形见图1。

        图1 场地原始地形示意图
        为满足设计整平后室外地坪标高的要求，整平后地坪标高介于721～728m，拟建场地需进行大量的挖填方工作，最大挖方厚度约16.0m，最大填方厚度约40.0m。
        拟建场地地层上部为人工填土层、湿陷性黄土层、红褐色粉质粘土层，下伏为二叠系泥岩、石炭系灰岩层，典型地层剖面见图2。由于属于斜坡丘陵地形地貌，各岩土层的层面起伏较大，有的地段湿陷性黄土厚度达20m，有的地段无湿陷性土层分布。拟建场地未见稳定的地下水。

        图2 典型地质剖面图
        2 大面积挖填方整平过程中的回填方案选择
        2.1 填料的工程性质
        由于拟建场址内存在大面积挖方、填方问题，因此挖方区的黄土、黏性土是否适宜作为填方区的填料是一个重要的岩土工程问题，因此在挖方地段采取黄土②、黏土③扰动土样进行了室内轻型击实试验，试验结果表明黄土②的最优含水率平均值为21.3%，黏土③的最优含水率平均值为22.3%；而黄土②的天然含水率平均值为20.5%，黏土③的天然含水率平均值为21.4%，均接近最优含水率，因此作为填方填料，含水率适宜。场地各层土的主要物理力学性质见表1。

        2.2 回填方案选择
        对于大面积的土方回填方案无非就两种，一个是回填之后进行强夯，另外一个是分层碾压回填。由于拟建场地填方区域范围较大，填方厚度较大，最大填方厚度约40.0m，且填方厚度差异较大，地下水位对地基处理无影响。因此强夯法相对于分层碾压回填具有工期短、效果可靠的优势。另外，拟建场地大部分区域距离周围村庄较远，强夯法处理回填土是适宜的。
        根据拟建场地特点，采用强夯法方案时有以下建议：①回填前应先进行清表，将回填区域的植物根系等地表杂物清除干净；②对部分填方区域湿陷性黄土较厚地区，建议先对湿陷性黄土做强夯处理消除其地基湿陷性再进行回填；③回填土料可采用挖方区域整平需挖除的土，应采取素土回填，不应填入类似岩石块、桩头等一些杂填，以免影响强夯效果④对于填方厚度较大的区域（一般大于6m）应分层进行强夯[2]，以达到可靠的效果；⑤强夯完成后应对填方土层的强夯效果进行检测，设计对湿陷性黄土层的湿陷性有要求时尚应对黄土的湿陷性（湿陷起始压力或剩余湿陷量）进行检测。⑥在场地填土区域的边缘由于高差的原因，将会存在回填土的边坡稳定问题和边坡支护问题，应特别引起注意。
        3 建“构”筑物地基基础方案选择
        对于拟建场地各建“构”筑物地基基础方案有如下建议：①建筑平面上合理布局，对于拟建重要建筑物建议尽量布设在挖方区域，尽量减少或避免大面积填方对地基沉降带来的不利影响；②对于建设在大面积填土上的建（构）筑物，应充分考虑填土引起的地基沉降和不均匀沉降，当其沉降（包括差异沉降）难以控制时，建议采用桩基础；③对于基础持力层位于填方土层的一般建“构”筑物，强夯完成后应对填土①层的强夯效果进行检测，设计对湿陷性黄土层的湿陷性有要求时尚应对黄土层的湿陷性（湿陷起始压力或剩余湿陷量）进行检测，检测结果表明填土施工质量满足设计及《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）[3]要求，黄土层的湿陷起始压力或剩余湿陷量满足《湿陷性黄土地区建筑标准》（GB 50025-2018）[4]的要求，且填土沉降稳定，方可采用强夯后的地基作为基础持力层；④建议对于拟建的重要建“构”筑物，当基础持力层性质较差、均匀性差、或基底下存在大面积填土时建议采用桩基础方案；⑤对于位于填方边坡边缘附近的建“构”筑物，建议采用桩基础，将建筑荷载传递到深部土层上，以避免边坡边缘建筑的附加荷载对边坡带来的不利影响，保证边坡的稳定。
        4 由于大面积填方带来的主要岩土工程问题及应对措施
        4.1 填方边坡问题及建议
        场地填土区域的边缘存在填方边坡，坡高为6～30m不等，边坡高度较大，应进行专门的支护设计，根据各段边坡的情况采取相应的支护措施（可根据场地空间考虑放坡法与坡面保护措施或支护措施相结合的方法），并应进行边坡稳定性验算，以及对填土沿原始地面滑动的整体稳定性进行验算。
        建议位于填方边坡边缘附近的建“构”筑物采用桩基础，将建筑荷载传递到深部土层上，以避免边坡边缘建筑的附加荷载对边坡带来的不利影响，保证边坡的稳定。
        边坡应做好坡面防护措施，加强地面排水、防水工作，加强边坡附近地下管道的防水工作，做好边坡土体的排水工作，严防使用过程中的雨水、管道渗漏造成的土体强度降低，影响边坡的稳定性。同时，应注意大面积厚度不等填方引起的地面沉降（包括不均匀沉降）对边坡稳定性及支挡结构的不利影响。
        4.2 大面积深厚填土的地面沉降和不均匀沉降问题及建议
        受上部填筑土体重力荷载的作用，填筑面以下地基土层将不断产生压缩变形（即沉降）直至稳定。而填筑体也存在自身固结变形。因此，填方区地面沉降包括地基土层在上部填筑体荷载作用下的压缩变形和填筑体自身固结变形两部分。
        由于原始地形为斜坡地形，局部为陡坎，填土厚度的差异将导致地基的不均匀沉降，因此无论采用何种地基基础方案要注意大面积填土的不均匀沉降。
        大面积填土引起的地面沉降对建筑物及附属设施造成的危害将是本工程主要的岩土工程问题，基础施工一般宜在大面积填方完成三个月且变形稳定后[2]进行。建议应对地面沉降进行监测，根据地面沉降稳定情况，再行安排基础施工。
        对于处于填方区域的拟建道路和管道，应充分考虑到大面积深厚填土的地面沉降和不均匀沉降问题，从而导致道路和管道的下沉和开裂，建议按照相关规范和要求采取必要的措施，以防止或减少道路和管道的下沉和开裂。
        4.3 地下、地表水疏排问题
        工程建设后，地形地貌改变将引起地下水及地表水补、径、排条件的改变，有可能抬高局部地下水排泄基准面，造成场地水位变化，改变地表水（尤其是沟谷区地表水原汇集区）的排泄通道，并由此引起高填方工程的一系列变形和稳定性问题。因此，对地下、地表水的疏排，控制往往是高填方工程成败的关键之一[1]。
        填沟造地的大厚度填方工程，改变了原有地下水、地表水的排泄路径。需要采取措施排泄地下水、地表水，确保地下水、地表水的稳定和场地安全。大面积填方过程中在排泄路径上设置地下盲沟排水[1]可有效处理该问题。
        5 结语
        本文以某斜坡丘陵地区大面积挖填方建设项目为例，对挖方区填料的工程性质，大面积挖填方整平过程中的回填方案选择、回填采用强夯法应注意的问题进行了分析和建议；对位于不同区域、不同重要性的建“构”筑物地基基础方案选择进行了分析和建议；对填方边坡应注意的问题、大面积深厚填土的地面沉降和不均匀沉降问题带来的问题以及地下、地表水疏排问题进行了分析和建议。
        根据工程实施效果，本文认为在斜坡丘陵地区大面积挖填方场地工程建设过程中应注意的上述岩土工程问题，对类似工程具有一定的借鉴意义。
        参考文献：
        [1]张炜，张继文，于永堂.黄土高填方关键技术问题与工程实践[J].岩土工程技术，2016，30（1）：12-19.
        [2]马克.高填方建设场地若干岩土工程问题研究[D].广西.广西大学，2010：1-3.
        [3]GB 50007-2011建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.
        [4]GB 50025-2018 湿陷性黄土地区建筑标准[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2018.
        作者简介：
        余武术（1988-），男，江西鄱阳人，工程师，大学本科，注册岩土工程师，主要从事岩土工程勘察。