巖土中級職稱論文高填方巖土工程設(shè)計(jì)

　　高填方巖土工程的設(shè)計(jì)方法是本篇巖土中級職稱論文探討的主題。在山地住宅小區(qū)的開發(fā)中，應(yīng)在建筑方案設(shè)計(jì)階段就重視可能出現(xiàn)的高填方，只有對由高填方帶來的巖土工程問題要有清晰的預(yù)見性的認(rèn)識，才能使關(guān)于高填方的巖土工程設(shè)計(jì)變得更為合理、更為完美。

　　《巖土工程技術(shù)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1984年，由國防機(jī)械工業(yè)工程勘察科技情報(bào)網(wǎng)主辦。主要刊登巖土工程方面的基礎(chǔ)理論和就用研究的學(xué)術(shù)論文、報(bào)告、實(shí)物 (裝置、系統(tǒng)、產(chǎn)品、材料等)、技術(shù)方法、工程實(shí)錄以及其他有實(shí)用價(jià)值的文章等。本刊以其技術(shù)上的先進(jìn)性、實(shí)用性和可操作性為突出特點(diǎn)，成為巖土工程界廣大科技工作者的良師益友。

　　摘要：城市化帶動了郊外山地住宅小區(qū)的建設(shè)，往往會產(chǎn)生高填方，這類高填方引發(fā)的巖土工程問題比較復(fù)雜、也比較重要，應(yīng)盡早引起開發(fā)商及建筑師的重視。文章對于這類巖土工程設(shè)計(jì)的各個(gè)不同階段提出了相關(guān)處理意見。

　　關(guān)鍵詞：山地住宅;高填方;巖土工程;費(fèi)用分析;工程設(shè)計(jì)

　　開發(fā)山地建設(shè)住宅小區(qū)，是大中城市擴(kuò)張的要求，是城市化的必然。這種住宅小區(qū)的占地面積一般較大，開發(fā)建設(shè)中難免會形成高切坡、高填方。由高填方引起的巖土工程問題比較復(fù)雜，解決起來還比較困難，因而應(yīng)當(dāng)加以重視。如果能事先預(yù)見到并采取有效的預(yù)防措施，會變得簡單些、容易些。這就要求開發(fā)商和建筑師必須有這種意識，其它與工程建設(shè)相關(guān)的人員有相應(yīng)的處理經(jīng)驗(yàn)。

　　一、建筑方案設(shè)計(jì)階段應(yīng)盡早考慮高填方問題

　　(一)方案設(shè)計(jì)階段是決定工程成本的關(guān)鍵階段

　　高填方、高切坡、土方平衡、基礎(chǔ)選型是山地住宅建設(shè)巖土工程設(shè)計(jì)四大基本問題，巖土工程師應(yīng)在項(xiàng)目報(bào)批前、在建筑方案設(shè)計(jì)階段盡早介入，介入得越早，對解決問題越有利，也越能杜絕浪費(fèi)工程成本。

　　(二)方案設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行土方平衡計(jì)算

　　進(jìn)行土方挖填與平衡計(jì)算，可以幫助總圖豎向設(shè)計(jì)，達(dá)到建筑物合理布局;建筑師調(diào)整豎向設(shè)計(jì)，然后再進(jìn)行土方平衡計(jì)算，如此反復(fù)，最終使方案趨于完美。土方平衡計(jì)算要重視如下幾個(gè)問題：

　　1.鏟除植被層。表層土中常含有植物根系，應(yīng)作挖除，且不宜用于回填。植被層厚度按不同種類植物來取值：草本植物0.5m，灌木1.0m，喬木2.0m。有水體存在的底部，應(yīng)將軟泥挖除。

　　2.要確定土方的松散系數(shù)。土方開挖，從實(shí)變虛，方量增大，其最初松散系數(shù)在1.1～1.3之間，一般可取1.3;石方在1.3～1.5之間，一般可取1.5。當(dāng)虛方運(yùn)到填方區(qū)，用之回填，經(jīng)夯擊、碾壓處理后又轉(zhuǎn)化為實(shí)方，但其密度難以達(dá)到原狀土的程度。土的最終松散系數(shù)在1.0～1.1之間，通常按1.1估算;石方一般在1.1～1.3之間，通常按1.2估算。

　　3.要考慮建筑物基礎(chǔ)及基坑開挖產(chǎn)生的土方。山地小區(qū)項(xiàng)目，鑒于地基土承載力較高，建筑物很可能采用天然地基，考慮到建筑物有抗滑移、抗傾覆、抗震的要求，基礎(chǔ)要一定的埋置深度。故此，土方量開挖較大。如果沒有顧及這一存在，那么因基礎(chǔ)開挖產(chǎn)生的大量土方只能外運(yùn)，工期及經(jīng)濟(jì)均將受損，反之，如果考慮到這一問題的存在，在設(shè)計(jì)方案中進(jìn)行土方平衡處理，就可節(jié)省不必要的費(fèi)用。

　　二、土方平衡設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)認(rèn)識

　　通常在施工圖設(shè)計(jì)前，開發(fā)商會要求巖土工程師進(jìn)行土方平整設(shè)計(jì)及施工，以使在建筑施工圖設(shè)計(jì)、提交、報(bào)批及土建招標(biāo)期間，場地土方工程就基本完成，不必坐以等待。在土方平整設(shè)計(jì)階段，高切坡、高填方區(qū)域已大致確定，但邊坡平面及空間位置尚未能明確，故形成了臨時(shí)性邊坡，多以無支護(hù)放坡存在。地基土下層一般多為永久性的，表層日后要進(jìn)行二次處理，此間土方平整要注意如下事項(xiàng)：

　　(一)土方要盡量少挖少填

　　土質(zhì)地基的土方平整設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)高于建筑設(shè)計(jì)標(biāo)高0.5～1.0m作為預(yù)留層，一則用于保護(hù)地基土不受擾動，二則可給建筑物豎向設(shè)計(jì)留有一定的調(diào)整余地。鑒于已有預(yù)留層，地面可考慮不采用素砼墊層等防護(hù)措施，以節(jié)約工程造價(jià)。

　　石方開挖要爭取一次到位，以避免二次爆破。石方地基土的平整設(shè)計(jì)標(biāo)高可按建筑設(shè)計(jì)標(biāo)高控制。

　　(二)排水措施要做好

　　鑒于山地匯水面積較大，水流較急，土方平整期間永久性截排洪設(shè)施尚未完善，就需要設(shè)置臨時(shí)性截排洪設(shè)施以妥善處理之。為此臨時(shí)邊坡的坡頂、坡底均宜設(shè)置排水溝。填方邊坡表面土體松散，容易出現(xiàn)坡面溝蝕，非常需要采取措施防止雨水自上而下的沖刷。更因此時(shí)植被層已遭破壞，水土流失難免，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置較大的沉淀過濾設(shè)施，以防止流失泥土被帶入河道或市政管道。

　　(三)植草綠化以保護(hù)坡面

　　通常邊坡表面的臨時(shí)防護(hù)多采用掛網(wǎng)水泥砂漿，其存在如下缺點(diǎn)：新填土多呈松散狀，雨水從坡頂入滲，土顆粒逐漸流失，砂漿層面將脫空。其效果不如在邊坡面種植草皮。

　　(四)填土地基表層質(zhì)量指標(biāo)不必過高，以便節(jié)省一定的成本

　　小區(qū)用地主要包含三大塊：建筑物、道路、綠化用地。建筑物要向下開挖埋置基礎(chǔ)，道路要向下開挖埋設(shè)管線、設(shè)置結(jié)構(gòu)層等，二者下挖面在各自設(shè)計(jì)標(biāo)高以下一定的深度;而綠化用地則不須較高的壓實(shí)度，否則反而不利植物生長。可見表層質(zhì)量指標(biāo)不必過高。一般土方平整設(shè)計(jì)標(biāo)高2～3m內(nèi)可采用較低的地基處理指標(biāo)，以下則采用較高的指標(biāo)，用兩套標(biāo)準(zhǔn)，分別處理。

　　三、高填方工程設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

　　(一)對填土加固處理的質(zhì)量不宜存太高期望

　　原因在于土石料種類、粒徑、級配、壓實(shí)度等都難于達(dá)到理想狀態(tài)。山土高處含水量較低，通常小于最優(yōu)含水量，當(dāng)進(jìn)行大規(guī)模挖運(yùn)回填時(shí)，很難做到灑水以增加含水量，故影響其壓實(shí)度，實(shí)際上壓實(shí)度能達(dá)到0.9就已算不錯。而含水量較大的低山土壤，將其晾曬至最優(yōu)含水量也非常困難，所以填土的綜合內(nèi)摩擦角總是不會很高。填方邊坡如采用重力式擋土墻支護(hù)，應(yīng)根據(jù)場地實(shí)際地質(zhì)條件合理估算填土質(zhì)量指標(biāo)，要么降低綜合內(nèi)摩擦角，要么提高擋土墻穩(wěn)定安全系數(shù)。

　　(二)高填方邊坡慎用仰斜式擋土墻

　　因?yàn)檫@種擋土墻向后向填土方向傾斜，而墻后一定范圍內(nèi)的填土很難被夯實(shí)或壓實(shí)，填土的實(shí)際主動壓力偏高，對擋土墻的安全不利。

　　(三)經(jīng)強(qiáng)夯加固處理的高填方地基慎用獨(dú)立基礎(chǔ)

　　強(qiáng)夯法或分層碾壓法通常是山地慣用的地基處理方法，其優(yōu)點(diǎn)是施工速度快、設(shè)施工藝簡單、工程造價(jià)低等，但強(qiáng)夯法也存在較大缺點(diǎn)：

　　1.夯后地基均勻性不理想。從地基土承載力、壓實(shí)度、壓縮模量等力學(xué)指標(biāo)來看，夯點(diǎn)下相對較高，夯點(diǎn)外也即各夯點(diǎn)間卻相對較低，同時(shí)表層指標(biāo)高，下層指標(biāo)低，且越向下越低。

　　2.建筑物及道路建設(shè)施工時(shí)，地表土層要挖除，造成強(qiáng)夯加固效果最好的表土層反而用不上，是一種浪費(fèi)。故此，遇到填土較厚需分層強(qiáng)夯時(shí)，應(yīng)采用下層強(qiáng)夯法+表層碾壓法處理，既節(jié)省成本，又能達(dá)到預(yù)期效果。

　　3.受山地地勢高低等條件限制，夯后地基會出現(xiàn)不均勻沉降。

　　4.因填料粒徑不同也會產(chǎn)生差異沉降。當(dāng)建筑小區(qū)某一小范圍內(nèi)的挖方為土質(zhì)，其粒徑一般較為均勻、單一，用作填料時(shí)可謂級配不良。當(dāng)挖方多為強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化巖石時(shí)，則易在填方區(qū)小范圍內(nèi)形成填石層，強(qiáng)夯時(shí)，表層石塊直接被擊碎形成細(xì)小顆粒，形成土石混合料，自然較為密實(shí);但下層石塊以及夯點(diǎn)間的石塊則多被擊碎為碎屑或碎石，其粒徑仍然很大，這時(shí)碎屑間就存在很大的空隙。這種地基土的特征是承載力高但孔隙率大。經(jīng)雨水作用，碎屑顆粒將排列得更緊，位于表層的土顆粒則隨雨水下滲，充填了碎屑間的空隙，最終導(dǎo)致地表土下沉開裂，破壞了強(qiáng)夯加固效果。

　　由于填石在場地內(nèi)的分布呈隨機(jī)性，場地地基土的不均勻沉降也相應(yīng)出現(xiàn)隨機(jī)性。防止這種情況發(fā)生的措施是：分層回填，把同一土源的土石料分散推鋪，并控制毎層厚度不超過2m，同時(shí)考慮上下層填料的粒徑搭配。

　　四、工程案例

　　深圳寶安龍華片區(qū)某學(xué)校場坪及邊坡工程(注：圖1中平行水平線為挖方區(qū)，斜線為填方區(qū))如圖1所示：

　　圖1

　　該場地為剝蝕山丘，大體東高西低，中西面及南部局部各存在一凹地，建筑方案東面形成高切坡，按坡率法放坡處理，西面為現(xiàn)存廠房，交界處已形成人工邊坡(長約250m)，未加任何支護(hù)，西及南面形成填方邊坡(長約112m)，兩類邊坡均擬用毛石擋墻支護(hù)。該工程面臨的問題除挖填方平衡計(jì)算外，尚有場地西面的邊坡支護(hù)、填方邊坡?lián)跬翂χёo(hù)及兩處凹地回填碾壓等問題。按原建筑方案將標(biāo)高88m以上土層挖除，除部分用以回填場地兩處凹地外，其余需外運(yùn)處理。經(jīng)巖土工程師和設(shè)計(jì)人員現(xiàn)場踏勘、分析，再經(jīng)挖填方平衡計(jì)算，認(rèn)為開挖面標(biāo)高定在85m，較為合適。其外運(yùn)方量及費(fèi)用、兩類擋墻邊坡支護(hù)高度及費(fèi)用、回填碾壓方量及費(fèi)用對比見表1：

　　表1 外運(yùn)方量及費(fèi)用、兩類擋墻邊坡支護(hù)高度及費(fèi)用、回填碾壓方量及費(fèi)用對比

　　方案 外運(yùn) 已有邊坡支護(hù)(毛石擋墻) 填方邊坡支護(hù)(毛石擋墻) 回填碾壓 新舊方案費(fèi)用比較

　　方量 費(fèi)用 高度 費(fèi)用 高度 費(fèi)用 方量 費(fèi)用

　　原方案 約17.5萬方 約610萬元 8～14m

　　(平均11m) 約55萬元 2～13m

　　(平均9m) 約30

　　萬元 約6.6

　　萬方 約33

　　萬元 約728萬元

　　新方案 約19萬方 約660萬元 5～11m

　　(平均7.5m) 約38萬元 2～10m

　　(平均5m) 約16

　　萬元 約2

　　萬方 約10

　　萬元 約724萬元

　　按新方案進(jìn)行場坪及邊坡?lián)鯄χёo(hù)，要比原方案略為經(jīng)濟(jì)，但新方案有如下好處：

　　1.降低了回填層厚度之后，填土處理將變得較為簡單、處理效果也會變得較好，土層承載力及強(qiáng)度將提高。

　　2.建筑平面降低后，西面的邊坡及填方擋墻變低，支護(hù)將變得容易、邊坡及擋墻穩(wěn)定安全系數(shù)提高。

　　3.建筑平面降低后，(作為坡頂建筑物)樓房穩(wěn)定安全系數(shù)提高，另外，能與外界交通、各種管線相順接。

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