填土地基的岩土工程评价.docx

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填土地基的岩土工程评价

第20章填土地基的岩土工程评价

20.1填土分布概况与研究意义

由于人类活动所堆填的土称为人工填土，简称填土。

填土是一定的地质、地貌和社会历史条件下，由于人类活动而堆填的土。

我国幅员广大，历史悠久，在我国大多数古老城市的地表面，广泛覆盖着各种类别的填土层。

这种填土层无论从堆填方式、组成成分、分布特征及具工程性质等方面，均表现出一定的复杂性。

各地区填土的分布和物质组成特征，在一定程度上可反映出城市地形、地貌变迁、发展历史和建筑特点，例如在我国的上海、大律、杭州、宁波、福州……等地，填土分布和特征都各有其特点，但也有共性。

在一般的岩土工程勘察与设计工作中，如何正确评价、利用和处理填土层，将直接影响到基本建设的经济效益和环境效益。

在我国三四十年代以前，对填土常不分情况一律采取挖除换土，或采用其它人工地基，大大增加了工程造价，并给环境条件带来麻烦。

到50年代，随着我国国民经济的发展，在利用表层填土作为天然地基方面取得不少好经验，这些经验已逐步反映在一些地区的地基设计规范或技术条例中。

20.2填土的分类和工程性质

1.填土的分类和特征

《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）中填土的分类

填土根据物质组成和堆填方式可分为四类：

①素填土：

由碎石土、砂土、粉土和黏性土等一种或几种土料组成，不含杂物或含杂物很少；

②杂填土：

含有大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂物；

③冲填土：

由水力冲填泥砂形成；

④压实填土：

按一定标准控制土料成分、密度、含水量，分层压实或夯实而成。

压实填土是根据工程需要特意处理堆填的，即按一定标准控制土料成分、密度和含水量，并经分层压实或夯实而成的填土。

由于人类活动所弃置而随意堆填的填土，又称统为人工弃填土，包括素填土、杂填土和冲填土。

人工填土主要分布于城镇等人类生活区域、或工矿等人类生产与工程活动区域以及疏浚河道的排淤区。

人工填土的物质成分复杂，堆填方式和堆填厚度具有随意性，堆填年限具不确定性，可能是一次堆填，也可能经过多次堆填。

1）素填土

素填土是指由碎石土、砂土、粉土及黏性土等一种或几种土料组成的填土。

素填土是由天然土经人类活动的扰动后堆填而成，故一般不含杂质或杂质含量很少。

素填土与天然土的区别，在于其不具有天然土的结构和层理特征，其颜色通常较相应的天然土暗些，并可能含有少量人为的杂质。

素填土按其主要物质成分可分为碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土和黏性素填土。

2）杂填土

杂填土是指含有大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂物的填土。

杂填土中由于含有大量各种各样的杂质，一般根据填土的外观和物质成分较容易鉴别。

杂填土按其主要物质成分可分为建筑垃圾土、工业废料土和生活垃圾土。

⑴建筑垃圾土主要由碎砖、瓦砾、混凝土块或朽木等建筑垃圾夹土组成的填土，有机质含量较少。

⑵工业废料土主要由工业生产的废渣、废料夹少量土组成的填土。

这些废渣、废料包括矿渣、煤渣、电石渣及其它工业生产过程中下脚料。

⑶生活垃圾土主要由大量人类生活中的废弃物夹少量土组成的填土。

这些生活废弃物包括炉灰、陶瓷片、布片、纸片、兽骨、菜皮等杂物，物质组成极其混杂，通常含较多的有机质及未分解的腐殖质。

3）冲填土

冲填土是指由水力冲填泥砂而形成的填土，又称吹填土。

在整治、疏浚江河航道，或填平、填高江河沿岸或沿海某些地段进行人工造地时，用高压泥浆泵将挖泥船挖出的泥砂，通过输泥管道排送到泥砂堆积区或需要填高的地段，排放的泥砂经沉淀排水后即形成冲填土。

2.人工填土的工程性质

人工填土的工程性质主要表现为不均匀性，包括物质成分、颗粒大小、密实程度和空间分布等多方面的不均匀性；土质较疏松，具较高的压缩性和低强度特性；常处于欠压密状态，并可能具湿陷性；部分杂填土化学性质不稳定，甚至具腐蚀性。

1）素填土的工程性质

素填土的工程性质主要取决于物质成分、密实度和均匀性，其密实度通常与堆填年限有关。

堆填年限较短、未经压实的素填土，密实度较差，往往处于明显的欠压密状态，且表现出一定的湿陷性。

堆积年限较长的素填土，由于土的自重压密作用，也能达到一定的密实度。

素填土的不匀匀性，表现在同一建筑场地内，填土的物理力学性质指标（如干密度、强度、压缩模量等）往往均具有较大的分散性。

堆填年限超过10年的黏性土、超过5年的粉土、超过2年的砂土，均具有一定的密实度和强度，通常可作为一般建筑物的天然地基。

利用素填土地基的关键问题是控制地基的不均匀变形。

2）杂填土的工程性质

杂填土的工程性质与其物质成分、不均匀程度、化学性质的稳定性及堆填年限等有关。

杂填土的工程性质与颗粒本身的强度和变形有关。

天然土，即自然沉积土，其颗粒强度远大于土的结构强度，土的工程性质主要受土的结构强度控制。

当土发生强度破坏时，土颗粒本身并不破坏；土的变形主要是土骨架变形，即土的孔隙比改变，而并非土颗粒本身变形。

因此，对一般天然地基土，不考虑土颗粒本身的强度和变形问题。

但对杂填土往往要考虑颗粒本身强度和变形，如炉渣之类工业垃圾，颗粒本身为多孔轻质材料，在不很高的压力下即可能破碎；而含大量瓦片的杂填土，由于瓦片间空隙较大，当土中压力达到一定程度时，往往由于瓦片被压碎而产生较大的变形，并造成地基沉陷。

杂填土具有显著的不均匀性，其不均匀性表现在土的分布、物质成分和工程性质等诸多方面。

自然沉积土的分布具有一定规律性，而杂填土由于堆填的随意性，其平面分布和厚度变化缺乏规律，往往在很小的范围内变化悬殊，但杂填土的分布和厚度变化常与填积前的原始地形密切相关。

杂填土物质成分混杂，颗粒大小、形状极不规则，既有天然的土颗粒，也有碎砖、瓦片及人类生产和生活所弃置的各种垃圾。

由于杂填土颗粒成分复杂，排列又无规律，瓦砾、石块、炉渣间常具有较大空隙，且充填程度不一，从而造成杂填土的密实度和力学性质极度不均匀。

某些杂填土的化学性质较活泼，且不稳定。

部分工业废料土可能具腐蚀性。

生活垃圾土中常含大量有机质，各种有机质的腐化分解速度彼此不同，且由于埋藏条件、地下水情况各异，造成其分解过程极其复杂。

当杂填土中有机质含量较高，或有机质成分主要是半分解或未分解的生物残骸，则不仅极大降低杂填土的强度，而且还将影响地基沉降达到稳定的时间。

杂填土的工程性质也与堆填年限有关。

堆填年限越久，土的自重压密性越好，且土中有机质的分解越完全。

对于杂填土的利用应持慎重态度。

建筑垃圾土或性能稳定的工业废料土，当密实度和均匀性较好时，可利用作为地基持力层；否则，应进行适当的地基处理。

有机质含量较多的生活垃圾土或对建筑材料具腐蚀性工业废料土，未经处理不宜作为地基持力层。

3）冲填土的工程性质

冲填土的工程性质与其均匀性、颗粒组成、排水固结条件及冲填年限等有关。

冲填土一般比同类自然沉积饱和土的强度低、压缩性高。

冲填土的不均匀性主要表现在颗粒粗细分布不均匀。

冲填土的颗粒组成包括砂粒、粉粒和黏粒等，随泥砂来源而变化。

其分布特点是靠近输泥管道排放口处，沉积的颗粒较粗，甚至含有石块，顺着排放口向外围颗粒逐渐变细。

经多次冲填而成的冲填土，往往产生纵横方向上的不均匀性，土层多呈透镜体状或薄层状构造，并常形成1/1000左右的坡度，砂性较重的土，其坡度亦较大。

冲填土一般含水量较高、透水性较弱、排水固结性差，常呈软塑或流塑状态。

土中成分以砂土为主的冲填土，其工程性质相对较好，且土的工程性质随堆填时间而较快提高。

土中成分以黏性土为主的冲填土，其工程性质较差，类似高压缩性的软土。

当土中黏粒含量较多时，不易排水，故堆填初期土呈流塑状态。

随后表面土层虽经蒸发干缩龟裂，但下部土体由于水分不易排出，仍处于流塑状态，稍加扰动即易发生触变现象。

此类冲填土多属未完成自重固结的高压缩性软土。

土的结构需要有一定时间进行再组合，土中的有效应力需经排水固结后才能提高。

离输泥管道出口处越远，冲填土的土粒组成越细，因而排水固结性越差。

冲填土的排水固结条件除了与土粒组成有关外，还与堆填前的原始地面形态有着密切关系。

当原始地面高低不平或局部低洼，冲填后土内的水分不易排出，土则长时间处于饱和状态。

当冲填于易排水地段或采取排水措施时，土的排水固结进程加快。

尽管冲填土一般工程性质较差，但并不排除利用其作为天然地基的可能性。

对于冲填时间较长、排水固结较好的冲填土，当密实度和均匀性较好时，可利用作为地基持力层。

20.3填土地基的勘察与评价

当工程建设需要利用和评价人工填土时，应专门对人工填土进行勘察。

人工填土是人类活动中任意堆填形成的土，在物质成份、分布特征及物理力学性质方面都与天然形成的各类土有很大差别，因此，与天然土的勘察相比，人工填土的勘察有一定的特殊要求。

不同地区的人工填土又具有各自的地域性特点，各地区往往积累一定的地区性工程经验，因此，对人工填土进行评价时，应尽量借鉴成熟的地区工程经验。

1.人工填土的勘察内容

1）搜集资料、调查访问

搜集资料，调查地形和地物的变迁、填土的来源、堆积年限和堆积方式，了解地区工程经验。

人工填土的勘察应特别注重搜集资料、调查访问工作，因为原始的地形地物、填土的来源、堆积年限和地区工程经验等无法通过勘探和测试等技术手段查明，只能通过搜集资料和调查访问来查实。

2）查明填土的特性

查明人工填土的平面分布和厚度变化、物质成分、颗粒级配等，重点查明其均匀性、密实性、压缩性和湿陷性，并判定地下水对建筑材料的腐蚀性。

2.人工填土的勘探和取样

1）人工填土场地的勘探工作量布置

应根据场地已有勘探程度、填土的复杂程度和工程要求而定，尤其应针对人工填土的特点。

通常对素填土宜按中等复杂场地或复杂场地考虑，对杂填土宜按复杂场地考虑，对冲填土可参照软土的勘探要求。

对于勘探点的间距，应在常规天然土的基础上加密勘探点，以确定暗埋的塘、浜、坑的范围；勘探孔的深度应穿透填土层。

2）人工填土的勘探方法

应根据土类及其性质特点确定。

对由粉土或黏性土组成的素填土，可采用钻探取样、静力触探、轻型动力触探或采用其它轻型钻具（如麻花钻、勺钻或钎探等）进行勘探。

对冲填土可采用钻探取样和静力触探。

对含较多粗粒成分的素填土和杂填土宜采用动力触探和钻探。

由于杂填土的成分复杂，均匀性较差，单纯依靠钻探往往难以查明土性，故还应布置一定数量的探井。

3.人工填土的室内试验和原位测试

人工填土的测试手段通常以原位测试为主，并辅以室内试验。

对无法采取原状土样的填土，更应加强原位测试。

1）对人工填土的均匀性和密实度评价，宜采用动力触探或静力触探，并辅以室内试验。

2）杂填土的密度试验宜采用大容积法，即当杂填土含瓦砾或其它粗粒成分较多，无法进行室内密度试验时，可在现场采用灌砂法等测定土的密度。

3）对人工填土的压缩性评价，一般可采用室内固结试验。

当无法取样作室内试验时，可进行现场载荷试验。

4）部分素填土和杂填土可能具有湿陷性，湿陷性评价宜采用室内固结试验。

当无法取样作室内试验时，可进行现场浸水载荷试验。

5）人工填土的地基承载力评价可根据地区工程经验采用动力触探或静力触探方法。

必要时应进行载荷试验确定地基承载力。

对于成份复杂、颗粒大小悬殊的填土，载荷试验承压板的尺寸宜适当大些，以保证试验结果具有代表性。

4.人工填土的场地地基评价

1）应阐明人工填土的成分、分布和堆积年代，判定地基的均匀性、压缩性和密实度。

必要时应按厚度、强度和变形特性分层或分区评价。

2）对堆积年限较长的素填土、冲填土和由建筑垃圾或性能稳定的工业废料组成的杂填土，当较均匀和较密实时可作为天然地基。

由有机质含量较高的生活垃圾和对基础有腐蚀性的工业废料组成的杂填土，不宜作为天然地基。

3）人工填土的地基承载力应结合地区经验综合确定。

表2-9-1、表2-9-2给出原国家标准《建筑地基基础设计规范》（GBJ7—89）中素填土地基承载力的经验值，表2-9-3～表2-9-7给出我国部分地区素填土地基承载力的经验值，表2-9-8、表2-9-9给出我国部分地区杂填土地基承载力的经验值，表2-9-10给出我国部分地区冲填土地基承载力的经验值，可供参考。

4）当人工填土底面原始地形的天然坡度大于20%时，应验算其稳定性。

素填土地基承载力基本值表2-9-1

压缩模量ES1-2

（MPa）

2

3

4

5

7

f0（kPa）

65

85

115

135

160

注：

本表只适用于堆填时间超过10年的黏性土，以及超过5年的粉土。

素填土地基承载力标准值表2-9-2

N10

10

20

30

40

fk（kPa）

85

115

135

160

注：

本表只适用于黏性土与粉土组成的素填土。

北京地区素填土地基承载力标准值表2-9-3

ES（MPa）

1.5

3.0

5.0

7.0

9.0

11.0

fka（kPa）

70

90

105

120

135

150

注：

适用于自重压密已完成，饱和度Sr=0.75（0.6～0.9）的

均匀亚黏土填土。

北京地区素填土地基承载力标准值表2-9-4

N10

5

9

14

20

26

31

fka（kPa）

70

90

105

120

135

150

注：

适用于自重压密已完成，饱和度Sr=0.75（0.6～0.9）的

均匀亚黏土填土。

西安市黏性素填土地基承载力标准值表2-9-5

N10

15～20

18～25

23～30

27～35

32～40

35～50

e

fka（kPa）

1.25～1.15

40～70

1.20～1.10

60～90

1.15～1.00

80～120

1.05～0.90

100～150

0.95～0.80

130～180

＜0.80

150～200

注：

饱和度Sr＞0.60取下限，Sr＜0.50取上限。

成都地区素填土地基承载力基本值表2-9-6

填土内主要

成分

e

f0（kPa）

ES（MPa）

有机物

粉质黏土（比较均匀）

0.5

0.7

0.9

1.0

230

200

150

130

12.0

10.0

8.0

7.0

少于8%

少于8%

少于8%

少于8%

注：

本表适用于基础宽度为0.6～1.0m，基础埋深为1.5～2.0m，当不在上述范围内，应进行修正。

苏州地区素填土地基承载力基本值表2-9-7

填土名称

填土性质

f0（kPa）

黏土素填土

亚黏土素填土

粉土素填土

根据密度和状态选定

80～180

70～160

80～120

北京地区变质炉灰填土地基承载力标准值表2-9-8

ES（MPa）

1.5

3.0

5.0

7.0

9.0

11.0

N10

5

9

14

20

26

31

fka（kPa）

60

75

90

100

115

130

注：

适用于自重压密已完成，饱和度Sr=0.75（0.6～0.9）

的均匀变质炉灰填土。

各地杂填土地基承载力经验值表2-9-9

地区

资料来源

杂填土类型

工程地质特征

地基承载力

（kPa）

苏州市

“苏州市常用土壤分类及其地基强度”（草案），1971年

房渣土（含碎砖瓦块40%以上）

松，很湿～湿（堆积时间10年以内）

稍密，湿～很湿

中密，湿

需人工处理

80

100

碎砖夹填土（含碎砖瓦块20～40%）

松，很湿

稍密，湿～很湿

软塑，中密，湿

需人工处理

80

100

福州地区

“福州地区第四纪土分类表”，1965年

瓦砾填土

填垫10年以上，湿～饱和，ω＜ωL,瓦砾含量15～60%，有机质含量小于10%

70～120

江苏省

江苏省建筑设计院

房渣土

e0=0.82～1.23

60～80

武汉市

武汉市城市规划设计院等，1965年

砖渣土

堆填10年以上，土质较均匀，砖渣含量超过50%

100～120

旅大市

旅大市建筑设计院等，1967年

新炉渣土

老炉渣土

γd=8.5kN/m3,e0=1.71

γd=9.5kN/m3,e0=1.42

50

100

沈阳市

辽宁省建筑设计院

房渣土

堆填10年以上，砖瓦占40%以上

100

本溪市

冶金部沈阳勘察公司

高炉渣

建筑垃圾

纯工业垃圾

堆填10年以上

密实

密实

500

200

100

哈尔滨市

哈尔滨市勘测大队

炉灰土

密实

80

杭州市

杭州市勘测大队

房渣土

堆填几十年

80

工业垃圾

均匀，小块，稍密

均匀，小块，中密～密

100

100～150

南京市

南京市勘察大队

建筑垃圾

堆填几十年

100

济南市

山东省建筑设计院

房渣土

堆填百年以上

80～120

各地冲填土地基承载力经验值表2-9-10

地区

土的类型及物理力学性质

承载力标准值

（kPa）

上海

黏性土，IP=11.3～15.0,e=1.04～1.15

80～100

天津

黏性土，IP=14.0～15.5,e=0.99～1.30

60～100

广州

细砂～中砂

100～120

******《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）中填土的的勘察要求和方法

1）填土的勘察内容

①搜集资料，调查地形和地物的变迁，填土的来源、堆积年限和堆积方式。

②查明填土的分布、厚度、物质成分、颗粒级配、均匀性；密实性、压缩性和湿陷性。

③判定地下水对建筑材料的腐蚀性。

2）填土的勘探和取样

勘察应在常规的基础上加密勘探点，确定暗埋的塘、浜、坑的范围。

勘探孔的深度应穿透填土层。

勘探方法应根据填土性质确定。

对由粉土或黏性土组成的素填土，可采用钻探取样、轻型钻具与原位测试相结合的方法。

对含较多粗粒成分的素填土和杂填土宜采用动力触探、钻探，并应有一定数量的探井。

3）填土工程特性指标的测试方法

①填土的均匀性和密实度宜采用触探法，并辅以室内试验。

②填土的压缩性、湿陷性宜采用室内固结试验或现场载荷试验。

③杂填土的密度试验宜采用大容积法。

④对压实填土，在压实前应测定填料的最优含水量和最大干密度，压实后应测定其干密度，计算压实系数。

3．填土的岩土工程评价要求

1）阐明填土的成分、分布和堆积年代，判定地基的均匀性、压缩性和密实度。

必要时应按厚度、强度和变形特性分层或分区评价。

2）对堆积年限较长的素填土、冲填土和由建筑垃圾或性能稳定的工业废料组成的杂填土，当较均匀和较密实时可作为天然地基。

由有机质含量较高的生活垃圾和对基础有腐蚀性的工业废料组成的杂填土，不宜作为天然地基。

3）填土地基承载力应结合地区经验综合确定。

4）当填土底面的天然坡度大于20%时，应验算其稳定性。

此外，填土地基基坑开挖后应进行施工验槽。

处理后的填土地基应进行质量检验。

对复合地基，宜进行大面积载荷试验。