大面积杂填土地基处理方式研究

文/刘凯 河南省机场集团有限公司 河南郑州 451161

潘子叶 河南省收费还贷高速公路管理中心 河南郑州 450000

杂填土是指土和其他材料的混合料，若对建筑垃圾和生活垃圾进行填埋处理，则会产生典型的杂填土。杂填土具有组成成分复杂、各向异性、孔隙率大、密实度低等不良特性，若处理不当则会引起建筑物的不均匀沉降，对结构安全、生命财产安全造成威胁[1]。如何处理杂填土地基是当今土木工程领域的一项难题。若待建工程坐落于少量杂填土地基上，则根据地质情况换填素土或级配碎石等即可；若待建工程坐落于大面积杂填土地基上，换填法的经济性较差，因为其包含弃土、填土双重费用。冲击碾压法、强夯法和挤密渣土桩法是目前3种代表性的处理大面积杂填土地基的方法。本文从多角度分析了该3种处理方法的适用性。

1、冲击碾压法

冲击碾压法是利用冲击式压路机对地基进行碾压处理，装载机带动巨大的非圆形冲击轮，依靠冲击轮的重力及惯性力对地面进行重击，达到压实土体的效果。影响冲击碾压效果的主要因素为机械冲击势能、碾压遍数、牵引速度、土的弹性模量及粘聚力[2]。冲击碾压法对地基土的有效加固深度约为3.0m～4.0m，常用机械冲击势能为15kJ～25kJ，若分层回填土后采用冲击碾压法进行地基处理，则分层厚度约为0.6m～1.5m，每层压实遍数为20～40[3]。

冲击碾压法适用于处理大面积填土地基，地基土可为粉土、粉质黏土、粉煤灰等级配良好的土，以及无腐蚀性、性能稳定、质地坚硬的杂填土等。冲击碾压法正式施工前，宜做试验段选择冲击碾压参数，参数的选择要以处理后的地基土达到设计要求为准，试验段结束后再进行正式的冲击碾压施工作业。冲击碾压法使用的冲击式压路机主要包含冲击轮和牵引机，不需提升设备，运转效率较高，整体运行速度平均为3m/s～4m/s。综上所述，对于场地内现有的大面积杂填土地基，若现状杂填土深度在1.5m以下，且要求经济性，可采用冲击碾压法进行地基处理。

2、强夯法

强夯法是使重锤从一定高度下落，利用重锤的冲击势能来加密土体，从而达到提高土体强度、减少压缩性的效果。强夯正式施工前，需做试验段来判定适用性和处理效果，若满足设计要求，则需选择正式施工的强夯参数，参数的选取可结合经验和计算公式[4]。强夯的有效加固深度与夯击能有关，一般为3.0m～11.0m。

强夯法适用于处理碎石土、砂土、粉土、黏土、素填土和杂填土等地基，且在相同外部环境下，其有效加固深度和对土体的加固效果要优于冲击碾压法[4]。另一方面，强夯机械运送到现场相对困难，且每次强夯皆伴随着提升夯锤、校正夯锤、记录夯沉量等工作，因此，强夯施工的成本相对较高和效率相对较低。此外，强夯产生的震动和噪声对周围环境的影响不可忽略，可以采用开挖隔震沟等措施减弱这种影响。综上所述，若大面积杂填土地基的现状填土深度在3.0m～11.0m范围内，且施工地点较为偏僻，则可使用强夯法进行地基处理，但是相较于冲击碾压法，成本较高和效率较低，宜提前安排工期。对于具有高压缩性、均匀性和结构强度差、现状杂填土厚度在4m～5m的大面积杂填土地区，采用2000kN.m～2200kN.m的夯击能进行强夯处理较为经济可靠[6]。

3、挤密渣土桩法

挤密渣土桩法是指在地基上成孔，将建筑垃圾等杂填土填入桩孔底部，然后利用重锤将填料分层夯实的新型杂填土地基处理方法[7]。该方法和挤密碎石桩法的主要区别是填料不同，前者将渣土作为填料进行二次重复利用，较为经济。挤密碎石桩法的成本相对于强夯法较高，挤密碎石桩法不适合处理大面积杂填土地基[8]。

挤密渣土桩法结合了强夯法和挤密碎石桩法的特点，夯锤对直径较小的孔中渣土形成较大的夯击能，由于渣土与桩间土成分不同，孔中渣土在夯锤的冲击夯实下与桩间土交界处会形成类似于锯齿状的咬合面，二者的结合力得到增强，并共同承担上部荷载，因此挤密渣土桩法的地基处理效果较同等强夯参数的强夯法更为明显，处理深度也更大。部分学者就此进行了试验研究，发现挤密渣土桩参数在一定范围内（桩径0.5m～0.6m，桩长9m～10m，桩间距1.6m～1.8m）时，地基处理效果较好[7， 9]。但是因为挤密渣土桩利用了渣土作为填料，对渣土的组成成分控制标准较高，不能含有腐蚀性的成分，避免后期土体中存在空洞现象。综上所述，若对地基处理后的承载力有较高要求、现状杂填土不适宜直接强夯、现状杂填土深度较大（10m左右）且追求经济性的大面积杂填土地基处理情况，可采用挤密渣土桩法进行地基处理。

结论：

冲击碾压法、强夯法和挤密渣土桩法为三种具有代表性的处理大面积杂填土地基的方法，冲击碾压法适用于处理杂填土埋深较小（现状杂填土埋深1.5m以下、分层回填杂填土总埋深3.0m～4.0m以下）和对环境影响有限制的情况，强夯法适用于处理杂填土埋深较大（3.0m～11.0m）和施工对环境影响无较多限制的情况，挤密渣土桩法适用于对地基处理后的地基承载力要求较高（欲达到桩基处理效果）、杂填土埋深较大（10m左右）、施工对环境影响无较多限制和追求一定经济性的情况。