碎石土高填方地基沉降變形問題研究

柳子炎 王金燕

摘 要 近年來我國碎石土高填方地基工程日益增多，但是如何在施工中克服沉降和穩定性問題也成為一個重要的施工難點。過去施工經驗中對土石混填地基的研究較少，因此為了解決地基沉降和穩定性問題，就要對土石混填料的力學特性和變形機理進行分析，在此基礎上采用相應的施工技術進行控制。

關鍵詞 碎石土;高填方地基;沉降變形;施工技術

山區地形地質條件復雜，溝壑眾多，丘陵起伏，需要高挖低填的大量土石方作業進行場地平整，有的作業區高達百米，即為高填方地基工程。其工程具有如下特點：填方工程量大，對填方體強度要求高;由于地質條件復雜，軟弱土層分布不均，因此要對地基進行強化處理以避免邊坡失穩等現象;由于自重大，填方高，容易產生較大的沉降變形，需要做好施工監測;由于填料種類繁多，性能復雜，均勻性難以保證，容易產生差異沉降。因此要深入研究其變形機理，充分利用碎石土高強度的特點，最大限度上控制沉降變形。

1高填方地基沉降的力學特性和變形機理分析

（1）原有地基沉降變形。首先是瞬時沉降，土地受到荷載壓力，會瞬間產生巨大的形變，沉降瞬時速率最大。其次是固結沉降，由土體的固結壓縮導致，擠壓土地縫隙，造成孔隙水流失，在土體體積減小后引起沉降。這一過程中孔隙排水速度決定了土體固結速率，后者又進一步決定了沉降率。第三階段是次固結沉降，長期荷載壓力下，孔隙水全部流失，土體自身仍然會產生持續而緩慢的變形，其特征是沉降速率小，沉降變形受到土體本身物理特性的影響。

（2）碎石土沉降變形。碎石土包括石料、土顆粒和孔隙等復雜結構，其間空隙較大，而且空隙變化還受到含石量的影響，其沉降變形有著自身的力學特性，不同于壓實機理。其變形機理如下：首先是當上部荷載大于填筑體的粒間引力時，細顆粒會向粗顆粒空隙中運動，逐漸壓實，直至達到平衡。其次是粗顆粒的棱角相互擠壓，特別是在夯實過程中，由此產生的小顆粒會填充到大顆粒的骨架空隙，于是引起沉降變形。再次，當施加壓力時，碎石土顆粒會發生微小的彈性形變，由于碎石土剛度較大，因此這一部分形變非常微小[1]。

2影響高填方地基沉降變形的因素

（1）原地基方面。原有地基作為主要承載體，是沉降變形的主要因素，如果其剛度不高，就要對軟弱夾層采用處理措施，才能避免沉降變形。同時在施工中，如果基礎施工不好，也會造成較大的沉降變形。同時地下水、臨近施工、塌陷等問題也會導致原地基不穩，比如在施工中地基加固措施不到位，導致巨大的沉降變形。

（2）碎石土方面。影響最大的因素來自于填筑材料，不同材料的力學性能不同，如黃土具有濕陷性，在施工中必須建立完善的排水系統，提升其穩定性。碎石土填料強度高，滲透性好，但是其結構非常復雜，內部種類繁多，因此必須要對碎石土的力學特性進行研究，才能夠確保填筑材料的穩定性。壓實度和含水量也是重要的影響因素，壓實作業的目的是將沉降控制在施工階段，其質量至關重要。由于含水量的變化影響其力學特性和結構，更要做好排水措施。填筑高度和速度也是重要影響因素，填方高度越高自重越大，產生的壓力就越大，同樣填筑速度越快，會因為壓實不充分和氣體水分不能充分排除等原因導致后期沉降變形[2]。

3高填方地基沉降變形的控制措施

3.1 做好施工前勘察和力學特性檢驗

在施工前做好地質勘察，及時發現軟質地基的問題，采用必要的加固措施以確保具有足夠的承載力。同樣也要對碎石土的力學特性進行研究，分析不同土石比、含水量對碎石土壓縮變形和抗剪強度等指標的影響。對原材料進行取樣，制備碎石土樣，采用縮尺方法進行室內實驗。在實驗中確定土石比、含水量等參數比例，可以選擇從0%到100%等11個指標，按照10%遞進，對比最大干密度、最優含水量等關系，分析懸浮-密實結構、骨架-密實結構、骨架-空隙結構的不同，根據檢驗結果深入研究填方的力學特性。通過實驗可以證明：當水分增大時，顆粒很容易發生位移，容易產生較大的沉降量。而含石量越大，填方的剛性越強，其壓縮變形量也就相對越小。

3.2 針對原土層的施工技術

針對軟土層可以采用以下幾種方法進行施工，首先是不良地基土置換法，使用礦渣等強度較高的填料代替原來的軟土，在替換過程中，要邊替換邊夯實，切實加大地基的密實度。其次是樁土復合地基法，比如采用碎石樁，將粒徑不等的碎石顆粒擠壓填充到軟土層孔徑中，實現充實土層的作用。碎石樁還能夠增加排水通道，加快地基土固結，得到更好的物理特性。另外還可以采用水泥土攪拌樁，將水泥粉和原有地基混合在一起，實現加固地基的目的。再次是CFG樁法，將碎石、砂、粉煤灰摻雜水泥來提高填料的強度和承載力。除此之外還可以采用強夯法，對地基進行瞬間夯實，但是在施工中要注意瞬間沖擊力可能對穩定性造成的影響。

3.3 針對填方土的沉降控制技術

填筑過程采用分層填筑方法，確保每一層都基礎堅實，結構穩定。要控制填筑的速率，避免填筑過快導致壓實質量不合格等問題，確保夯實遍數等各項指標都符合要求，再進行下一層的填充。做好填料的選擇，通過調整碎石比等指標來提升強度，此外還可以在填料中混合各種穩定基礎的灌注樁等結構來控制沉降。為了提升填方的穩定性，考慮高填方的特點，要對工程進行長期監測，使用智能化手段安置監測點，確保將其沉降變形控制在設計要求范圍內，防止發生沉降變形的風險。一旦發現異常，系統記錄相關異常信息上傳到后臺，并且發出警報。

4結束語

實驗顯示，填方高度越高，沉降變形越大，其最大沉降值和高度呈指數增長;碎石土含石量越高，地基越穩定，綜合考慮力學特性，在70%左右為宜;由于高填方的底部壓力最大，因此在接近地基底部的部分應采用各種措施進行加固，以保證其穩定性。

參考文獻

[1] 郭思越，羅政.高填方沉降防治施工技術研究[J].中國新技術新產品，2019（12）：106-107.

[2] 蔣玉，左琳，黃偉.級配良好碎石土的壓實度與CBR強度關系研究[J].價值工程，2018，37（33）：128-130.