浅谈兰州地区黄土高填方关键技术问题

李国楠

（甘肃省建筑设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730030）

1 概述

兰州主城区沿黄河而建，“两山夹一河”的特殊地理环境导致城区发展空间十分有限，削山填谷造地势在必行[1]。

随着削山填谷造地的进行，高填方工程越来越多，暴露出的问题不容忽视。高填方工程的主要控制要素为“三面、两体、两水”。“三面”为交（搭）接面、填筑体表面及边坡坡面；“两体”为原地基体和填筑体；“两水”为地表水及地下水[2]。

本文以兰州某削山填谷造地工程为例，浅谈高填方关键技术问题。

2 工程概况

项目场地内主要地层为：

（6）新近系泥质砂岩（N）。

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场地内地表水受降水量控制，一般在夏秋季遇强降水或持续降水时，沟内有暂时性洪流出现，总汇水面积约8.8 km2。地下水仅在沟谷区域零星揭露，埋深较深，基岩浅表部风化带裂隙与卵砾石等构成统一含水层。沟口局部地下水埋深较浅，赋存于粉土中，饱和粉土具中等液化性。

3 主要处理措施

3.1 交（搭）接面的处理

交（搭）接面的处理主要为三个重点，冲沟斜坡区域原地基与填筑体的交接面、填筑体分段施工产生的搭接面、挖填过渡段（挖填零线）。冲沟斜坡区域由于原地基湿陷性土厚度及填筑体厚度变化较快，两者力学性质存在差异，易产生不均匀沉降[3]。分段施工填筑体时，各工作标段填筑起始标高不一、填筑进度不同，产生填筑体工作面搭接问题；工作面搭接处为填筑体薄弱点，易产生渗水、不均匀沉降等问题，给高填方地基沉降及稳定性带来不利影响。挖填零线为挖填突变处，土体内部应力集中，沉降曲线拐点明显，地基易发生剪切破坏，产生不均匀沉降[4]。

（1）冲沟斜坡交接面的处理。冲沟斜坡开挖成台阶状，台阶高宽比根据冲沟斜坡坡度确定。当冲沟斜坡坡度较大或较陡时可进行削坡处理以保证施工安全。每回填一步台阶，采用强夯补强。处理方式如图1 所示。

图1 冲沟斜坡交接面处理示意图

冲沟斜坡开挖成台阶状可有效防止填筑体沿冲沟斜坡滑动；削坡处理可以缓解填筑高度沿斜坡过快变化，使其能够逐步渐进调整和合理过渡；强夯补强有利于消除冲沟两侧斜坡上黄土的湿陷性，强化填筑体与冲沟斜坡原地基的结合。多种处理方式并行，减小冲沟斜坡处的不均匀沉降，防止地表水沿交接面下渗[5]。

（2）填筑体搭接面的处理。分标段进行填筑施工时，上、下填筑层之间的填筑边线应在竖向位置错开，并采用台阶状搭接，台阶高宽比根据每层填筑层厚度确定。

每填筑一定高度，工作面搭接位置采用强夯补强，强夯补强宽度以覆盖搭接面为准，且不得小于每层填筑层厚度，必要时可采用加筋土辅助处理填筑体搭接面[6]。处理方式如图2 所示。

图2 填筑体搭接面处理示意图

（3）挖填过渡段的处理。挖填过渡段设置在挖填零线挖方区一侧，竖向范围为整平设计标高以下5～8 m。在整平设计标高以下3.0 m 内按1∶10～1∶8 开挖成缓斜坡，缓斜坡下一定深度内开挖成台阶，台阶高宽比以1∶2 为宜。待分层填筑至整平设计标高后采用强夯补强，强夯补强范围为整个挖填过渡段，强夯能级根据超挖深度确定。

设置挖填过渡段主要目的是减小挖填突变所造成的不均匀沉降。采用缓斜坡搭接处理不但可以减少填筑体厚度变化较大处产生的不均匀沉降，同时可将沉降曲线的角点突变转化为平缓过渡；另外，采取斜坡搭接处理还可以有效的减少挖填零线处土体内部的应力集中，从而减少过渡段处地基发生剪切破坏的几率。挖填过渡段处理如图3 所示。

图3 挖填过渡段处理示意图

3.2 原地基处理

场地原地基以湿陷性黄土为主，厚度不一，湿陷性等级为Ⅱ～Ⅳ级自重湿陷；局部地下水埋深较浅区域存在饱和粉土，具中等液化性。此类特殊性岩土未经处理将直接影响填筑体稳定性。原地基在上部填筑体的荷载下发生的变形也是高填方工程后沉降的重要因素[7]。

根据湿陷性黄土的分布、厚度及湿陷等级进行分区，采用不同能级强夯处理湿陷性黄土原地基。其目的是消除原地基湿陷性，提高原地基力学性质。对于液化土采用换填处理，换填材料为砂卵石，消除原地基液化性的同时疏排地下水。工程经验表明，有效处理原地基对减少高填方工程后沉降，提高高填方稳定性起到有利作用。

3.3 填筑体压（夯）实处理

高填方工程后沉降直接影响后续工程的建设及使用，严格控制填筑体质量是高填方工程的关键[8]。黄土高填方控制指标不仅要满足压实系数的要求，还要消除黄土湿陷性。压实系数采用重型击实试验标准，不同区域、不同标段填料分别取样试验。填筑工艺采用分层碾压为主，辅以强夯补强。场地填料含水量普遍小于最优含水量，填料开挖、堆放、摊铺时均进行洒水增湿作业。分层碾压施工参数见表1。

表1 填筑体分层碾压施工参数表

填筑体每分层碾压5 m 采用强夯补强，强夯能级采用3000 kN·m。

考虑到高填方工后沉降，填筑体应预留一定的下沉高度，最终回填标高应高出设计标高。

3.4 疏排水系统

场地大范围挖填改造，改变了原有地表水及地下水径流、排泄渠道。为保持场地水文地质环境稳定，确保高填方工程安全，需将地表水及地下水有序疏排。在黄土高填方场地尤为重要。

疏排水采用主、次盲沟组成的树状体系，盲沟线路设计以不改变或破坏原有径流沟道为原则。主盲沟布设于场地原始主要冲沟内，次盲沟布设于场地原始支沟内。主、次盲沟整体纵向坡度不小于2%，局部地形起伏较大区段不小于1%。所有次盲沟均与主盲沟相接，水流由次盲沟汇入主盲沟，再由主盲沟排出。

主盲沟采用碎石+混凝土涵管形式，断面为上大下小的梯形，混凝土涵管直径为800 mm。主盲沟底部敷设防渗土工膜，两侧及顶部敷设反滤土工布。主盲沟断面如图4 所示。

图4 主盲沟断面示意图

次盲沟采用碎石+软式透水管形式，断面为矩形或正方形，软式透水管采用PVC 管，直径为200 mm。防渗土工膜及反滤土工布敷设方式与主盲沟相同。次盲沟断面如图5 所示。

图5 次盲沟断面示意图

4 结语

随着兰州城市的发展，用地紧缺矛盾凸显。削山填沟造地是解决这一矛盾的有益探索。处理好“三面、两体、两水”黄土高填方关键技术问题，为城市发展、工程建设提供良好的场地。

（1）交（搭）接面是高填方工程的薄弱环节，处理原则是平缓过渡、强化结合、提高整体性。通过多种处理手段，减小不均匀沉降。

（2）原地基的处理应根据其特点采用相适应的处理手段。均匀、稳定的原地基是确保高填方稳定性的基础，工程实践中不容忽视。

（3）填筑体设计、施工应采用多种控制指标，同时注意控制指标的试验标准。含水量是黄土填料的重要指标，尤其在兰州地区，增湿措施必不可少。

（4）水是黄土高填方工程中的不利因素，完善的疏排水体系是大范围挖填改造后场地水文地质环境稳定的保证。