某公路工程大厚度人工填土處置方案比選

（甘肅路橋建設集團有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 工程概況

1.1 項目簡介

本項目是連接甘肅省某城區與國道109線的公路工程，主要用于城區道路對內對外的交通轉換，有利于城區跨越式發展和加快城鄉一體化建設進程。

路線全長4.243km，其中K3+630～K3+925段通過黃土溝谷，溝谷類型為坳溝，橫斷面為箱型，寬約100m，現已人工填平改造，最大厚度25.7m，填筑時間約5年。根據地質鉆孔資料顯示，填料為未壓實的干燥、松散黃土和黃土狀粉土，土質不均勻，且屬于IV級（很嚴重）自重濕陷性黃土。路線穿越此段時，主要存在以下問題：

1)易引起路基不均勻沉降、路面開裂，邊坡變形破壞等；

2)濕陷性黃土承載力低，工程力學性質較差。

為此，必須對其進行處置，這是該項目在設計過程中的重點和難點。

1.2 水文狀況

項目位于隴西黃土高原和青藏高原的過渡帶，屬黃河流域，所經路段無地表徑流水，僅為雨季形成的地表漫流和丘陵沖溝洪水。地表分布灌溉渠，水源主要為長川支渠和西峴溝支渠。

1.3 氣象、氣候

項目區域地處內陸，屬溫帶半干旱氣候，主要特征為降雨量小，蒸發量大，氣候干燥，溫度變化劇烈；冬季較長較寒冷，春、秋季較短，河谷川區夏季炎熱，高原山地夏季涼爽。

表1 某城氣象、氣候情況

1.4 地質情況

項目總體地勢西南高，東北低，屬強烈侵蝕的黃土梁峁、溝壑區；海拔高度介于1650-1850米。路線所經地貌類型可分為黃土丘陵地貌和黃土溝谷地貌。

2 大厚度人工填土處置設計方案

2.1 方案一：全部挖除+分層回填

對原人工回填土進行挖除打破了原有的力學平衡，可能引發溝谷兩側山體滑塌的風險，為減少對山體的擾動，采用通道縱挖法施工，即沿縱向分層，先挖一條通道作為施工機械及運輸車輛的通行線路，然后開挖至兩側山體原狀土各50cm，自上而下分級開挖，邊坡設計臺階并完善防排水措施，向下開挖至原狀土以下30cm時停止作業，整平、灑水和填前碾壓，經檢測合格后按水平分層法填筑至路基設計標高。路基填料主要考慮挖方利用，為保證路基壓實質量，填方范圍內每填高2.1米用重錘夯實補強處理一遍。

2.2 方案二：部分開挖+強夯+分層回填

1)部分開挖：為降低因開挖擾動引發溝谷兩側山體滑塌的風險，結合強夯有效加固深度經驗值和現場試夯數據，采用最大開挖深度18米后進行強夯，相關開挖方案同2.1。

表2 強夯的有效加固深度經驗值（m）

2)強夯：實施前，根據場地復雜情況、路線長度等選取代表性試驗區進行試夯，每個試驗區面積不小于20m×20m。

夯擊點位按梅花狀布設，第二遍夯擊點應位于第一遍夯擊點之間，第三遍、第四遍的夯擊點間距可適當縮小。

夯擊次數應根據現場試夯的夯擊次數和夯沉量關系曲線確定，并同時滿足下列條件：

①最后兩擊的平均夯沉量應滿足下表要求。

表3 強夯法最后兩擊平均夯沉量（mm）

②夯坑周圍的地面不應發生過大隆起。

③不應夯坑過深而發生提錘困難。

夯擊遍數為4遍，最后以低落距錘低能量滿夯2遍，且錘印搭接。由于原人工填土屬于滲透性較差的細顆粒土，夯擊后土中超靜孔隙水壓力消散需要一定時間，所以每兩遍夯擊之間應設置一定的時間間隔，具體時間間隔可根據地基土的滲透性確定。

根據上述參數在試驗區進行試夯，待間隔規定時間后對各項數據進行檢測，與夯前各數據進行對比，并檢驗強夯效果，據此，調整和確定強夯的各項參數。

3)分層填筑：強夯后，經檢測合格方可逐層填筑至路基設計標高，填筑方案同2.1。

2.3 方案三：孔內深層強夯（SDDC）+褥墊層

1)由于需處理的部分路段原地面高于路基設計標高，故先開挖至路基設計標高。

2)孔內深層強夯（SDDC）。根據鉆孔資料顯示，人工填土較干燥，在鉆孔前需進行增濕處理，方法如下：

①根據地質勘察報告，對本項目需處理的范圍進行區塊劃分。

②現場取樣，通過室內擊實試驗確定最優含水率；根據區塊面積按每500平方米取一組試樣測定土體實際含水率。

③增濕孔采用地質鉆機成孔，孔徑15cm，孔距1.5m，按等邊三角形布置；增濕孔的最外一排孔距離地基處理范圍不大于50cm；增濕孔回填材料采用含泥量不大于5%的中粗砂。

④根據以下公式計算注水量，公式中各參數由現場取土試驗后確定。

Q=KV·ρd（ωop-ω）

Q—注水量；

K—損耗系數，可取1.05-1.10；

V—擬加固土的體積；

ρd—地基處理前土的平均干密度（t/m3）；

ωop—土的最優含水率（%）；

ω—地基處理前土的平均含水量（%）

⑤注水方式為單孔注水，通過一孔一水表對每孔每次注水量進行記錄，分多次對增濕孔進行注水。每孔注水總量通過上述公式計算得出。每次注水后檢查注水孔濾料有無下沉，如有需及時回填補充。注水時切勿速度過快而造成上孔滲水不足而孔底翻漿現象。

⑥注水后5-6 天，測定該滲水區域的含水率。達到（ωop±2）范圍時進行SDDC處理。

SDDC樁采用旋挖鉆機成孔，按等邊三角形布孔，孔距300cm，排距260cm，孔徑120cm，經夯擴擠密后樁徑為180cm。樁體回填材料設計為樁身上部8米采用12%的水泥土，8米以下采用素土（至少提前21天進行悶水），其壓實系數不小于0.97，樁間土平均擠密系數不小于0.93。

SDDC使用10噸夯錘，填料前應進行空夯，以保證樁端密實和處理深度滿足設計要求。成孔和回填順序從路基中間向兩側采用隔排跳樁法進行。

3)檢測合格后，樁頂以上設置80cm厚12%水泥土褥墊層。

3 方案比選

3.1 工期分析

各方案占用關鍵線路的工期分析見表4。

表4 各方案占用關鍵線路工期

3.2 經濟分析

各方案的細目工程數量及費用分析匯總見表5。

3.3 施工重點、難點及主要風險源分析

各方案在施工過程中的重點、難點工序及主要風險源匯總見表6。

3.4 方案比選

從安全性、經濟性、實施難易以及工期等方面對上述三個設計方案進行對比分析，具體情況如下：

方案一為路基挖方、填方常規方案，工藝簡單，且成本較低，但山體坍塌的安全風險較大，關鍵線路工期115天，為三者之最長，適用于工期充足的情況；方案二關鍵線路工期104天，較方案一少11天，但較方案三多31天，成本投入為三者之最少，明顯優于其他兩個方案，但在安全風險方面明顯高于方案三；方案三關鍵線路工期73天，為三者之最短，成本投入較方案一、方案二分別多85萬和195萬，但該方案明顯降低安全風險，適用于工期較緊張情況。

本項目距離城區較近，路線所經區域植被脆弱，對環保要求較高，設計應盡量少設置棄土場，同時為滿足業主方對工期的要求，綜合考慮安全風險、工期、成本等因素，最終選擇方案三。

表5 各方案費用計算

表6 各方案施工重難點及風險源分析

4 結語

通過對上述三個方案的分析，在成本投入、難易程度等方面方案三并不是最優方案，但從降低安全風險，滿足環保、工期要求方面，最終確定方案三。孔內深層強夯方案，一方面通過免開挖的方式對深層地基進行處置和加固，最大程度減少因開挖擾動、機械振動等引發山體坍塌的風險；另一方面通過盡量少設置棄土場，減少植被破壞和避免揚塵，最大程度滿足環保要求。孔內深層強夯在本項目的應用為類似公路工程提供了很好的借鑒作用。