碎石土高填方地基沉降变形问题研究

柳子炎 王金燕

摘 要 近年来我国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稳定性问题也成为一个重要的施工难点。过去施工经验中对土石混填地基的研究较少，因此为了解决地基沉降和稳定性问题，就要对土石混填料的力学特性和变形机理进行分析，在此基础上采用相应的施工技术进行控制。

关键词 碎石土;高填方地基;沉降变形;施工技术

山区地形地质条件复杂，沟壑众多，丘陵起伏，需要高挖低填的大量土石方作业进行场地平整，有的作业区高达百米，即为高填方地基工程。其工程具有如下特点：填方工程量大，对填方体强度要求高;由于地质条件复杂，软弱土层分布不均，因此要对地基进行强化处理以避免边坡失稳等现象;由于自重大，填方高，容易产生较大的沉降变形，需要做好施工监测;由于填料种类繁多，性能复杂，均匀性难以保证，容易产生差异沉降。因此要深入研究其变形机理，充分利用碎石土高强度的特点，最大限度上控制沉降变形。

1高填方地基沉降的力学特性和变形机理分析

（1）原有地基沉降变形。首先是瞬时沉降，土地受到荷载压力，会瞬间产生巨大的形变，沉降瞬时速率最大。其次是固结沉降，由土体的固结压缩导致，挤压土地缝隙，造成孔隙水流失，在土体体积减小后引起沉降。这一过程中孔隙排水速度决定了土体固结速率，后者又进一步决定了沉降率。第三阶段是次固结沉降，长期荷载压力下，孔隙水全部流失，土体自身仍然会产生持续而缓慢的变形，其特征是沉降速率小，沉降变形受到土体本身物理特性的影响。

（2）碎石土沉降变形。碎石土包括石料、土颗粒和孔隙等复杂结构，其间空隙较大，而且空隙变化还受到含石量的影响，其沉降变形有着自身的力学特性，不同于压实机理。其变形机理如下：首先是当上部荷载大于填筑体的粒间引力时，细颗粒会向粗颗粒空隙中运动，逐渐压实，直至达到平衡。其次是粗颗粒的棱角相互挤压，特别是在夯实过程中，由此产生的小颗粒会填充到大颗粒的骨架空隙，于是引起沉降变形。再次，当施加压力时，碎石土颗粒会发生微小的弹性形变，由于碎石土刚度较大，因此这一部分形变非常微小[1]。

2影响高填方地基沉降变形的因素

（1）原地基方面。原有地基作为主要承载体，是沉降变形的主要因素，如果其刚度不高，就要对软弱夹层采用处理措施，才能避免沉降变形。同时在施工中，如果基础施工不好，也会造成较大的沉降变形。同时地下水、临近施工、塌陷等问题也会导致原地基不稳，比如在施工中地基加固措施不到位，导致巨大的沉降变形。

（2）碎石土方面。影响最大的因素来自于填筑材料，不同材料的力学性能不同，如黄土具有湿陷性，在施工中必须建立完善的排水系统，提升其稳定性。碎石土填料强度高，渗透性好，但是其结构非常复杂，内部种类繁多，因此必须要对碎石土的力学特性进行研究，才能够确保填筑材料的稳定性。压实度和含水量也是重要的影响因素，压实作业的目的是将沉降控制在施工阶段，其质量至关重要。由于含水量的变化影响其力学特性和结构，更要做好排水措施。填筑高度和速度也是重要影响因素，填方高度越高自重越大，产生的压力就越大，同样填筑速度越快，会因为压实不充分和气体水分不能充分排除等原因导致后期沉降变形[2]。

3高填方地基沉降变形的控制措施

3.1 做好施工前勘察和力学特性检验

在施工前做好地质勘察，及时发现软质地基的问题，采用必要的加固措施以确保具有足够的承载力。同样也要对碎石土的力学特性进行研究，分析不同土石比、含水量对碎石土压缩变形和抗剪强度等指标的影响。对原材料进行取样，制备碎石土样，采用缩尺方法进行室内实验。在实验中确定土石比、含水量等参数比例，可以选择从0%到100%等11个指标，按照10%递进，对比最大干密度、最优含水量等关系，分析悬浮-密实结构、骨架-密实结构、骨架-空隙结构的不同，根据检验结果深入研究填方的力学特性。通过实验可以证明：当水分增大时，颗粒很容易发生位移，容易产生较大的沉降量。而含石量越大，填方的刚性越强，其压缩变形量也就相对越小。

3.2 针对原土层的施工技术

针对软土层可以采用以下几种方法进行施工，首先是不良地基土置换法，使用矿渣等强度较高的填料代替原来的软土，在替换过程中，要边替换边夯实，切实加大地基的密实度。其次是桩土复合地基法，比如采用碎石桩，将粒径不等的碎石颗粒挤压填充到软土层孔径中，实现充实土层的作用。碎石桩还能够增加排水通道，加快地基土固结，得到更好的物理特性。另外还可以采用水泥土搅拌桩，将水泥粉和原有地基混合在一起，实现加固地基的目的。再次是CFG桩法，将碎石、砂、粉煤灰掺杂水泥来提高填料的强度和承载力。除此之外还可以采用强夯法，对地基进行瞬间夯实，但是在施工中要注意瞬间冲击力可能对稳定性造成的影响。

3.3 针对填方土的沉降控制技术

填筑过程采用分层填筑方法，确保每一层都基础坚实，结构稳定。要控制填筑的速率，避免填筑过快导致压实质量不合格等问题，确保夯实遍数等各项指标都符合要求，再进行下一层的填充。做好填料的选择，通过调整碎石比等指标来提升强度，此外还可以在填料中混合各种稳定基础的灌注桩等结构来控制沉降。为了提升填方的稳定性，考虑高填方的特点，要对工程进行长期监测，使用智能化手段安置监测点，确保将其沉降变形控制在设计要求范围内，防止发生沉降变形的风险。一旦发现异常，系统记录相关异常信息上传到后台，并且发出警报。

4结束语

实验显示，填方高度越高，沉降变形越大，其最大沉降值和高度呈指数增长;碎石土含石量越高，地基越稳定，综合考虑力学特性，在70%左右为宜;由于高填方的底部压力最大，因此在接近地基底部的部分应采用各种措施进行加固，以保证其稳定性。

参考文獻

[1] 郭思越，罗政.高填方沉降防治施工技术研究[J].中国新技术新产品，2019（12）：106-107.

[2] 蒋玉，左琳，黄伟.级配良好碎石土的压实度与CBR强度关系研究[J].价值工程，2018，37（33）：128-130.