浅谈西安地区市政道路大厚度填土地基几种处理方式

胡振联，张 鑫，陈铁飞，夏 辉

(1.机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710043；2.西安市轨道交通集团有限公司，陕西 西安 710018)

0 引言

依据《岩土工程勘察规范》[1]，填土属于特殊岩土，根据其物质组成和堆填的方式可分为四类，(1)素填土：由碎石土、砂土、粉土和粘性土等一种或几种材料组成，不含杂物或含杂物很少：(2)杂填土：含有大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂物；(3)冲填土：由水力充填泥砂形成；(4)压实填土：按一定标准控制材料成分、密度、含水量、分层压实或夯填而成。在西安新建市政道路过程中常常遇到的人为随意堆弃的素填土和杂填土，第三、第四类填土较少。

在以往的建设过程中对于填土一般采取挖除+换填的方式进行处理，随着城市生态治理加强且城市道路设计要求相对较低，越来越多的地区要求市政道路地基下的填土就地处理，减少对城市生态的污染及成本的投入，国内不少学者对此也进行了大量的研究。吴为义、缪琪[2]等人采取了注浆加固的形式对道路地基进行了处理，对于注浆孔的布置、水灰比的要求以及注浆压力都进行了深入的研究。尹治军[3]采用了强夯的方式对杂填土进行了处理，对于其处理效果、工程投资、工期及效益等进行了全面的阐述。笔者通过分析研究西安地区大量的填土坑区域的市政道路勘察及地基处理经验，对不同成分、厚度的填土地基处理优缺点进行了归纳总结，供工程建设参考。

1 填土分布与道路工程的特点

西安地区主要以黄土梁洼、黄土塬及河流阶地地貌为主，城市周边以拆迁场地为主，早期周边农村取土、砂用于建设，形成大量的取土坑、取砂坑，后期多采用了建筑、生活以及工业垃圾等回填，深度不一，最大深度10～20 m，平面分布极不规则，多数为圆形、方形，断面以自然坡率向内倾斜，回填质量普遍极差，土体不均匀、松散、孔隙较大，局部富集由地表渗流的雨水、污水，含有异味。采用标准贯入、重型动力触探等原位测试，其测试值离散型大，均匀性、密实度判定困难。此外，填土后期自我固结沉降量大，特别是在水力作用下，沉陷明显。

与常规的工用、民用建筑不同，市政道路作为城市的重要基础设施，其特点为线路工程，通常包含排水、给水、燃气等管道工程，施工协调难度大[4]，其次场地区域跨度较大，地基土层复杂，均匀性、含水量、土粒粒径等指标要求较高，但设计等级一般，荷载及变形要求相对偏低，后期维护及修复难度相对较小，此外车辆荷载引起路基沉降的计算深度一般在6～10 m范围内[5]。

图1 典型的杂填土坑

2 常见处理方式及优缺点

针对填土的不均匀、易沉陷等特点，主要采用置换、挤密、复合地基及加固等处理方式，早期对于厚度较小的填土主要采用素土、灰土换填进行处理。近年来，考虑到填土外运及回填土质购买成本较大，且外运填土不利于生态环境保护且弃土区又形成一个新的填土坑、堆等特殊岩土区域不利于后期建设，因此近年来，填土主要采用就地处理原则，逐步采用挤密、加固等方式进行处理。

2.1 置换

置换是较常用的处理方式，无论是以建筑垃圾、生活垃圾及工业垃圾等为主的杂填土还是以砂土、粘性土等成分单一的素填土均可采用换填方案，换填材料一般可选用素土、灰土、砂土、碎石等，按照设计要求的压实度分层碾压密实回填，每层回填厚度一般不大于30 cm，其优点在于施工直观性强、质量可控，而且根据施工开挖情况，可以准确查明路基下填土范围，方便设计、施工；该处理方法缺点在于成本耗资较大，工期较长，扬尘控制难度大，且换填过程中与周边原状土进行搭接处施工、压实度难以保证，后期容易下陷，此外，该工法对于深度有限制，大厚度填土的换填将形成深基坑，安全风险极高，因此，一般填土厚度超过5 m，该工法经济合理性欠妥。

2.2 强夯

西安地区除置换处理以外，较常见处理方式还有挤密法，包含有强夯和孔内强夯。

强夯法采用夯锤自设计高度落下、砸向地基土表层，从而将地基土夯实，从地基土断面来看，主要是纵向挤密，影响深度一般不超过10 m。该工法优点在于施工方便、成本较低(一般为换填成本的1/10[6])、工期相对较短(需考虑孔隙水消散)，对素填土(含水率一般)的夯实效果较好；缺点在于对施工环境要求较高，对临近建(构)筑物影响较大、破坏性较强，且需要进行试验确定该工法是否合适及相关夯击参数，此外，该工法对于深部填土无法造成有效夯实，对建筑垃圾及生活垃圾为主杂填土处理效果较差。

孔内强夯一般采用先引孔后夯扩的方式进行施工，主要以侧向挤密为主，处理深度可达30 m，其优点在于处理深度大、夯击影响范围较强夯小，适合小场地作业，缺点在于工序繁琐、成本工期较强夯大，且在以建筑垃圾为主的地层中引孔困难，孔内填料需加强管控，若夯实质量差，将形成新的问题坑，反而加剧了对地基土的破坏。

2.3 搅拌桩、CFG桩

对于场地周边存有重要建构筑物的填土地基处理，搅拌桩、CFG桩等复合地基是及其有效的处理方式之一，其原理为采用刚性桩+桩间土共同承担上部道路荷载，复合地基的优势在于处理深度较大，可达15～20 m，在周边环境较为复杂条件也可以施工，具有占地面积小、无污染、无噪音、无振动等特点，且处理后地基强度较高，一般能达到200～300 kPa[7]，一般适用于等级较高或对沉降要求严格的市政道路，缺点在于适用地层条件有限，一般适用于填土成分较为单一的素填土，在以建筑垃圾和生活垃圾为主的填土层中由于成孔困难以及无法形成有效的粘结体，效果较差，此外对于桩身质量控制要求较高。

2.4 注浆加固

注浆加固一般适用于杂填土加固，通过将浆液注入松散地层中，靠注浆压力使浆液向孔隙扩散、充填，使地基土层形成一个加固整体，从而提高填土的整体强度。

该工法的优点在于能适用于各种场地及不同类型的填土，处理深度不受限制，处理后地基土强度增强显著，工期相对较短，对周边建(构)筑物影响较小。缺点在于注浆压力、浆液质量以及浆液量难以控制，施工成本较大，且对场地环境有一定污染。

3 工程案例

西安市西咸新区沣东新城某新建道路，场地紧邻高铁站，地势平坦，现状为拆迁村庄及农田，地貌属沣河I级阶地，地层自上而下依次为表层填土、黄土状土、砂层及粉质黏土夹层，地下水位埋深约17 m。根据勘察资料揭示，场地内分布有50 m×60 m左右填土坑，深度约9 m，回填材料已建筑垃圾和生活垃圾为主，少量工业垃圾，主要成分为砖块、混凝土含少量钢筋，塑料袋、海绵、玻璃等。

以西安地基处理市场价为例，对上述几种工法的造价、工期及实用性进行了对比分析。

3.1 置换

若考虑置换进行地基处理，施工流程一般为：打护坡桩→开挖→级配砂石回填，其中垃圾外运需要费用，且回填材料也需要收费，各项造价显著提升，初步估算造价约1 000～1 500万元，优点在于垫层质量能控制，但经济适用性差，且工期较长，约40 d。

3.2 强夯和孔内强夯

强夯是最经济的地基处理方式，施工流程：夯点施放→夯机就位→夯实，造价约10～20万元，工期约10 d，孔内强夯施工流程：夯点施放→旋挖桩就位成孔→夯机就位→夯实，该处理方式因需前期成孔，费用稍高，此外，造价也与孔内调料有关，一般采用的填料有筛选后砖渣、素土、灰土或水泥土，约40～100万元，道路一般采用砖渣或素土，但考虑强夯振动对高铁的不利影响，该方案在本场地不适用。

3.3 复合地基(搅拌桩及CFG桩)

搅拌桩和CFG在本场地适宜性较强，施工流程为：确定桩位→钻机就位→成孔(成桩)，二者费用相差不大，搅拌桩费用相对低，约300万元，CFG桩约400万元，工期约20 d。

3.4 注浆加固

在建筑垃圾和生活垃圾中采用注浆加固的地基处理方式也较为常见，施工流程：确定注浆孔位→钻机就位成孔→注浆，该方案能有效控制地基强度，但注浆量难以控制，浆液在周边砂层中更易流失，根据估算按注浆施工正常状态下，加固后达到道路荷载所需强度，费用约为500～600万元，工期约30 d。

上述各种地基处理方式对比，经济性：强夯>孔内强夯>搅拌桩>CFG桩>注浆加固>置换，适用性：搅拌桩、CFG桩>注浆>置换>强夯、孔内强夯，处理效果：置换>强夯、孔内强夯>搅拌桩>CFG桩>注浆加固，施工难易程度：注浆>搅拌桩、CFG桩>强夯、孔内强夯>换填。

通过综合比选分析，认为选用搅拌桩处理方式，经济性、工期、合理性及及环保等均较好。

4 结语

本文根据对西安地区填土常见的几种地基处理方案进行了阐述，并根据施工原理、工法及效果对其进行了适用性及优缺点进行了分析，供工程建设参考。

(1)对于周边环境较为简单的场地，强夯法是极为经济、合理的处理方式，自上而下挤密夯实形成的上强下弱地基与道路荷载对地基土承载力的要求相匹配，是道路地基填土地基最佳方案之一；

(2)从经济、安全的角度考虑，换填方法不适用于大厚度填土处理，但是质量直观可控，效果较好，随着生态环保、治污减霾的要求加强以及填土就地处理原则实施，城市中该方法的使用逐渐减少。

(3)对于搅拌桩及CFG桩复合地基，处理深度大且地基强度高，但在建筑、生活垃圾中的适宜性欠佳，且成本相对较高。

(4)注浆加固工法具有适用性广、承载力高等优点，但成本高昂，注浆量、注浆压力等管控难度大，且施工工序较为复杂，对于生活垃圾为主的填土地基需通过试验确定其适用性、有效性。