填土的工程地质勘察探析

2021-04-01高羽

工程建设与设计 2021年21期

高羽

（中铁第五勘察设计院集团有限公司东北分院，哈尔滨150006）

1 引言

随着我国经济建设的快速发展，我国铁路交通工程中大批城际铁路、电气化高铁项目迅速立项开工，形成全国铁路线网全面铺开、扩展、延伸和提速改造的局面。同时，以高架、内环和地铁为标志的现代市政工程相继大量出现。建筑工程的类型和环境趋于复杂和多样性。任何工程建设方式、规模和类型都受到建筑场地的工程地质条件所制约，工程地质勘察作为各类设计工作的关键性依据，是工程建设中的重要环节。新形势下，地质勘察工作者应深入研究各种地质条件的特点与工程性质，选用有针对性的勘察手段，总结出应对不同地质条件的勘察方法。

在各类地质环境中，常出现垃圾厂、弃土厂、人工填筑土地段等地质情况。笔者结合自身工作经验，就工程地质勘察工作中填土这种特殊岩土现象，做如下总结。

2 填土的分类及工程性质

填土是指因人类活动遗留或堆积形成的土。按照堆填时间50 a以上、15~50 a、15 a以下分为古填土、老填土和新填土；按照堆积方式分为计划填土和无计划填土。根据其物质组成和堆填方式主要分为素填土、杂填土和冲填土。工程地质勘察工作中主要针对素填土、杂填土和冲填土这3类填土进行研究和评价。

2.1 素填土

素填土一般由碎石土、砂类土、黏性土、粉土或残积土等一种或几种土组成，成分种类较少。一般不含杂质或含杂质较少。大部分为天然土由人工扰动和搬运堆积、填筑而成。特点为不具天然土的结构和层理。常见于铁路路基下和道路路面下，或一些建筑场地表层。其工程性质取决于不同类型素填土的均匀性和密实度。一般按照使用目的，依照一定层序有计划堆填，并经人工压实的素填土，可以作为一般构筑物的地基使用。一些虽未经压实，堆填时间满足10 a以上的黏性土、满足5 a以上的砂类土，也具有一定程度的密实度和强度，可作为一般构筑物的天然地基。使用前需进行相关检验，检验合格后可以使用。

2.2 杂填土

杂填土一般含有大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂质。普遍分布在人类生活区或工业区，主要由建筑、工业废料残留或人为抛弃堆积。杂填土是由人类活动造成的无规律积累物形成的，成分主要为碎砖、瓦砾、混凝土块、矿渣、煤渣、炉灰、陶瓷片、塑料物。一般含有机质和未分解的腐殖质。成分复杂，填筑堆积方式，时间和范围的随机性较大。其工程性质为成分不均，厚度、密度变化大，变形大，具有湿陷性、压缩性大、强度低、孔隙比大、渗透性不均等特点。

2.3 冲填土

冲填土由水力冲填泥沙形成。物质组成随水中泥砂的来源而变化。一般沿着出口至外侧颗粒成分由粗变细。由于充填过程中冲填物的不同及水力的强弱变化，形成平纵方向上的物质不均，致使其特点为层序分布不均匀，普遍呈现为透镜体和薄层。其工程性质为颗粒不均匀，透水性弱，排水固结差。

3 填土的勘察

3.1 主要勘察内容

搜集区域地质图及地形图，调查历史上区域内地形的变化情况和地物的变迁情况，走访区域内产权单位，充分了解填土的来源、堆填时间、堆填方式，计划堆填目的或非计划堆填的成因背景。调查区域内是否存在地下设施、旧基础、渗水井、填埋坑、暗沟、暗塘。

搜集有关区域地质资料及既有铁路、公路以及工民建等工程地质勘察成果，详细分析，结合具体实物勘察，查明厚度、范围、物质组成种类、堆填结构、颗粒级配、均匀性、密实性、压缩性、湿陷性、局部变形可能性。如区域内存在冲填土，还应查明冲填土排水和固结程度。查明地下水类型，变化规律，补给和排泄条件。确定地下水和地基土对建筑材料的腐蚀性。地表水和地下水之间的水力联系。

3.2 勘探点布置

依据区域资料的调查结果，拟定勘察范围。由于填土的特殊性，一般工程应按复杂场地布置勘探点。初步勘察阶段勘探点间距30～50 m，详细勘察阶段勘探点间距10～15 m。当物质成分不均土层变化较大时，应依实际情况缩短孔间距，加密勘察点。钻孔应穿透填土层至天然土层。当下部为软弱土时，勘探点深度应适当加深。

3.3 勘探方法

勘探方法应根据不同种类填土的特点确定。对于以细颗粒、黏性为主的填土，如粉土和黏性土，可采用钻探取样、小螺纹钻与原位测试相结合的方法。对于含较多粗颗粒成分的素填土、杂填土或缺乏经验的区域，可采用动力触探、钻探、挖探，并选择局部有代表性区域开挖探井。注意辨别物质成分种类，区分建筑垃圾、工业垃圾及其他包含物，确定填土的物质组成结构。

3.4 原位测试

原位测试方法应根据其不同种类填土的特点确定。填土的均匀性和密实度可用触探测定。黏性、粉性填土应以轻型动力触探、标准贯入试验为主。粗颗粒填土应以重型动力触探为主。冲填土、黏性土。素填土应以静力触探为主。有条件的情况下，应增加地球物理勘探的方法对填土的均匀性进行定性。填土承载力、压缩性和湿陷性可采用现场载荷试验和室内固结试验确定。

3.5 室内试验

土工试验应根据不同种类填土的特点选择试验项目，主要有密度、相对密度、含水率、塑性指数、液性指数、压缩性、抗剪强度、有机质含量、湿陷性、膨胀性、渗透性等项目。试验项目开始前，应仔细检查土样，防止土样中夹杂其他物质，确保试验成果数据有效性。

4 填土的地基评价

4.1 填土地基的选用

经过压实处理或堆填时间较长已完成自重压密，均匀、密实的素填土和冲填土，包括物质成分稳定，结构稳定，均匀、密实的杂填土，可作为一般建筑物的天然地基。利用其作为地基时，应采取简单的建筑体形，选择面积大、整体刚度较好的基础形式，并应适当增加上部结构刚度等相应措施。以提高建筑物对地基变形的适应能力。

未经过压实处理，堆填时间较短，均匀性、密实性较差，有机质含量较大，具有腐蚀性的杂填土，不宜作为建筑物的天然地基。

填土底面坡度大于20%时，受填土影响有发生滑动的可能性。应注意计算坡面的稳定性，消除引起填土滑动的隐患。

4.2 填土地基承载力的确定

填土的地基承载力应利用现场勘探、原位测试、土工试验，结合区域经验，按照不同类别工程规范、标准进行判定。其中现场载荷试验对填土地基承载力的判定较为直观，判定成果误差较小，应首先考虑使用现场载荷试验。

5 填土地基的检验

由于填土工程性质的特殊性，处理后的填土地基应进行质量检查。可在现场进行载荷试验或采用其他原位测试手段进行检查。验槽工作，应配备经验丰富的工程师对槽底进行检查，对复杂场地可以选取关键部位进行勘探验证。

6 工程实例

某铁路工程全长24.24 km，起点与滨绥铁路接轨为二级单线铁路。在工程地质定测勘察阶段对正常地段均进行了地质勘察工作，对城区村镇可能存在零星填土的段落也进行了调查和勘察工作并取得了相应的勘察成果。该铁路的各项工作在有关领导的大力推进下，各种关系得以协调，在建设单位和地方有关部门的积极支持下，该铁路补定测阶段的地质勘察工作得以顺利展开。在补定测工作中加强了地质调查和勘察工作。

在走访调查中发现，城区外一处地表外观与其他地段无较大差别的段落，原为多年前废弃的林区储木场。线路通过地段已变成较宽的乡间砂石道路，且与郊区其他的砂石路基本相同，两侧已成农田和草地。定测阶段由于外部条件复杂协调困难等因素的限制只做了少量钻探和简易勘探工作，没有按填土勘察原则及方法布设勘察工作量，也没有布设横断面勘察。补定测阶段通过走访了解到此处原为储木场的低洼（沟）处，后经储木场多年的使用扩建逐渐填平并用于堆放木材。调查了解到此信息后，对此段按填土勘察原则布设勘探工作量和勘察横断面。通过实地勘探，得出填土厚度主段落为3.3~4.2 m，大小里程方向两侧过渡段为0.5~1.2 m。填土成分为表层0.5~0.8 m砂砾石及黏性土，下部3.3~4.2 m为储木场的加工后的树皮、锯末、煤灰、杂草、少许杂土、砂砾石及建筑垃圾等，其成分复杂，填土种类为杂填土。经过补定测阶段按填土原则进行勘察，最终确定了填土的平面范围、埋深和填土性质，并对其做出相应评价，形成了DK3+105~DK3+945段填土的工点勘察报告。设计专业根据工点报告对此段落按特殊工点进行了重新设计，对杂填土进行挖除换填处理，保证了工程的安全质量。该路段自铁路建成以来运行良好。

某南站为滨绥铁路和拉滨铁路上的重要编组站，随着某主车站改造工程的进行对南站也进行了对应的升级改造。其新建工程包括运转整备综合楼、整备地勤房屋、设备机床间、教育楼、材料库、汽车库等生产、生活房屋及与其相关的配套工程等。在某站房工程勘察时发现，同一场地内土质和其他部位的土质在结构感观上、外业鉴别上存在细微差别感。因为差别感较小，判断起来非常困难。此站为使用多年的老站，建成时间久远，经历了多次的改扩建。为了达到提高勘察精度及不留工程质量安全隐患的目的，加强了资料的搜集和调查走访工作。经调查现场地面外观虽然平整，但此处历史地貌形态为松花江南岸岗阜状地貌，原始地形并不平坦，在后来的改扩建过程中进行了就地整平，用原土进行移挖作填并对回填部位的基底进行清理。因为用原土进行回填处理，所以初期勘探时未发现回填界线。调查清楚后调整了勘察方案和勘察方法，并在建筑物平面外侧加布一定数量的勘探孔，同时加强原位测试、土工试验、特别是压缩和剪切等试验工作。并与其他部位的站房钻探测试和试验结果进行对比分析找出差异，通过调查、钻探、原位测试、土工试验等确定此处填土为单一粉质黏土回填的素填土，确定其平面分布范围和深度，对其压缩性、抗剪性、承载力及地基基础方案做出了综合评价。对于处在填土区的低层安全性等级不高的建筑物采用对基底进行夯实处理方案，对安全等级高的重要建筑物采用换填处理和采用桩基方案，通过施工和建成监测至今运行良好。