李红刚

（云南建投第十建设有限公司，昆明 650000）

1 高回填区域土方变形与沉降的机理

1.1 变形机理

高回填区域土方的变形机理涉及一系列复杂的地质、物理和力学过程。土壤的颗粒大小、形状和排列方式决定了土壤的初始结构和质地，在颗粒间的空隙中，水分和空气可以在其中迁移，形成了复杂的土壤水气系统。当外部载荷作用于土壤时，颗粒间的接触点会受到压力，可能导致土壤颗粒的移动和重新排列，从而引起土壤的变形。土壤的化学特性，特别是矿物成分和土壤酸碱度，也对土壤的变形有重要影响。膨胀性的黏土矿物，如蒙脱石，会在吸水后膨胀，增加土壤体积，导致土壤变形；而土壤的酸碱度会影响土壤颗粒的电荷特性，影响颗粒间的吸引力和排斥力，引发土壤变形[1]。此外，土壤的力学特性，尤其是抗压强度和抗剪强度，是决定土壤变形程度的重要因素，当土壤承受外部载荷时，如果其抗压强度或抗剪强度不足，可能出现过度塑性变形或断裂。

1.2 沉降机理

在受到外部荷载作用时，土壤颗粒会发生位移，空隙会被压缩，导致土壤体积减小并引起沉降。颗粒间的相互作用还可能导致水分从较大空隙流向较小的空隙，导致土壤体积的变化，进一步加剧沉降。土壤质地变化也是影响沉降机理的重要因素，例如，黏土膨胀收缩性能会引发体积变化引起沉降；某些土壤中有机质会在受到压力时分解，导致土壤体积减小，进而引起沉降。在建筑物、道路或其他结构物的荷载作用下，土壤会经受压缩，其内部的空隙会被减少，土壤的承载能力不足，或者荷载超过土壤的承载能力，引发过度沉降，出现一系列工程问题。

2 高回填区域土方变形与沉降的影响因素

2.1 环境因素

高回填区域土方的变形与沉降受到众多环境因素的影响，包括但不限于气候条件、地下水位变化、地质条件、植被覆盖等。（1）气候条件对土壤的湿度和温度有直接影响。高温和干旱使土壤中的水分蒸发，可提高土壤的抗压强度，减少沉降，但长期的干旱条件也可能导致土壤的干缩，使土壤体积减小，加剧土壤的沉降；过多的降水会增加土壤的湿度，降低其抗压强度，增加土壤的沉降；极端气候条件，如洪水洪涝，会导致土壤剧烈变形和沉降。（2）地下水位的上升可能会增加土壤的湿度，降低其抗压强度；地下水位的下降，特别是人为抽水，可能导致土壤干缩，加剧土壤沉降；地下水流动也可能冲刷和侵蚀土壤，改变土壤的物理结构，导致土壤的变形和沉降。（3）地质条件，包括地形、地质构造和土壤类型，也是影响土壤变形和沉降的重要因素[2]，例如，斜坡地形和活动的地质构造可能引起土壤的位移，引发土壤的变形和沉降。而不同类型的土壤，其物理和力学特性也有很大差异，承受荷载时变形程度也不同。（4）植被覆盖，尤其是大型植物，如树木，其根系能改善土壤结构，提高土壤的稳定性，减少土壤的变形和沉降。大型植物的生长和死亡可能改变土壤的物理结构，导致土壤变形和沉降。

2.2 材料因素

土壤类型决定了土壤的物理、化学和力学性质，例如，黏土由于其颗粒微小和较高的吸水性，具有较强的塑性和较小的剪切强度，因此，更易于发生变形和沉降。相比之下，砂土和砾石土由于其颗粒大、排列紧密，通常具有较高的剪切强度和较小的变形，但如果颗粒间的接触被破坏，如在振动或荷载作用下，也可能发生显著变形。土壤状态，包括土壤的湿度、密度和孔隙率，对土壤的变形与沉降有重要影响。湿度会改变土壤的黏聚力和内摩擦角，影响土壤的剪切强度和压缩模量；密度和孔隙率则决定了土壤颗粒的排列方式和空隙的大小，影响土壤的变形性和沉降。此外，土壤的厚度也是一个重要的因素，土壤的厚度越大，其变形和沉降的潜力就越大。厚度大的土层受到的自重压力更大，且其内部的应力传递和调整过程更复杂，所以，更容易发生变形和沉降。填土材料的质量直接决定了回填土层的物理和力学性质，包括颗粒大小分布、含水量、压缩性、强度等。高质量的填土材料，其颗粒大小分布均匀、含水量适中、压缩性小、强度高，因此，其变形和沉降的可能性较小。

3 高回填区域土方变形与沉降的监测方法

3.1 地面监测方法

地面监测方法是高回填土方回填区域变形与沉降的重要手段，通过地面设备对地面变形和沉降进行实时或定期的监测，以获得准确的、连续的地面变形数据。地面监测技术包括水准测量、全站仪测量、测斜仪测量、激光扫描和地面雷达干涉等，需要根据具体的工程条件和需求，进行综合考虑和选择。（1）水准测量是最常用的地面监测方法之一，通过设立一系列的水准点，定期进行水准测量，可以得到各测点的高程变化数据，从而监测地面的沉降[3]。（2）全站仪测量则可以同时获取测点的平面和高程变化数据，监测范围更全面。（3）测斜仪测量通过在地面或地下设立测斜管，可以监测土壤的深层位移和变形，但设备成本和维护成本较高。（4）激光扫描和地面雷达干涉则是近年来发展起来的新型地面监测方法，激光扫描通过高精度的激光距离和角度测量，可以快速获取大范围的地表形态数据，监测效率高，但数据处理复杂；地面雷达干涉则通过对地表的连续雷达观测，可以获取地表的微小位移变化，精度较高，但受到气象条件的影响较大。

3.2 地下监测方法

地下监测方法对于及时掌握地下土壤结构的变化、识别潜在的地质灾害风险和评估工程安全性具有重要意义。（1）地质钻探是地下监测中的基础工作，能够获得土壤的样本，以便进行实验室分析和测试，获取土壤的物理、化学、力学等性质数据，这是理解土壤变形与沉降机理的关键。（2）压力计和孔隙水压力计则可以监测土壤的应力和水压变化，为了解土壤变形与沉降提供关键依据。压力计通常设置在土壤或结构中，监测土壤或结构的应力变化，而孔隙水压力计则设置在土壤孔隙水中，监测孔隙水的压力变化，能够帮助工程人员了解土壤在荷载和环境变化下的响应和变化，预测和控制土壤的变形与沉降[4]。

4 高回填区域土方变形与沉降的控制

4.1 土壤改良

土壤改良是通过改善土壤的物理、化学和力学性质，提高土壤的承载能力，减小土壤的压缩性和变形性，以达到控制变形与沉降的目的。土壤改良通常包括土壤稳定、土壤固化、土壤交换和土壤混合等，可以改善土壤的强度、硬度、稠度、排水性和抗剪强度等性质，使其更适合作为高回填土方材料。（1）土壤稳定技术主要是通过添加稳定剂，如石灰、水泥、沥青等，改善土壤的力学性质和工程性能，使其与土壤反应，形成较硬的、稳定的土壤结构，提高土壤的承载能力和强度[5]。（2）土壤固化技术主要是通过添加固化剂，如硅酸盐、有机高分子等，改善土壤的物理性质和化学稳定性，填充土壤孔隙，增加土壤的紧密性和固结性，降低土壤的压缩性和变形性。（3）土壤交换技术则是通过替换部分或全部的原土壤，用具有更好工程性能的土壤代替，以改善土壤的工程性质，适用于原土壤工程性质较差，难以通过改良达到工程要求的情况。（4）土壤混合技术是通过将土壤与其他材料混合，形成新的土壤材料，以改善土壤的性质和工程性能。根据工程需要，选择合适的混合材料，如沙石、粉煤灰、高炉渣等，达到理想的改良效果。

4.2 结构优化设计

结构优化设计是通过科学合理的工程设计，考虑土壤、地质、气候、工程功能等多种因素，优化工程结构和施工方案，使之与回填土壤的性质和条件相匹配，能够在设计阶段就尽可能降低结构变形和沉降的可能性和影响。（1）结构设计需要充分考虑土壤的性质和状态，如物理性质、化学性质、力学性质，以及地质条件、地形地貌、地下水状况等，这些因素会直接影响土壤的承载能力、变形性、稳定性，影响工程结构的性能和安全。（2）结构设计需要考虑工程的功能和要求，如结构的用途、载荷、使用寿命、安全要求等，对于承载力要求高、使用寿命长、安全性要求严格的工程结构，应采用深基础、增强地基、刚性结构等设计方案。

4.3 管理和维护策略

在土方回填过程中，有效的维护和管理策略旨在预防和减轻土壤的变形与沉降，以保持工程结构的安全性和稳定性。（1）防止水土流失是一个重要的保护措施。因为水分流失可以引发土壤结构的改变，进一步导致土壤质地疏松，增加土壤的变形和沉降的可能性。（2）对工程结构进行检修和维护是保证其安全和稳定的重要手段。出现裂缝的结构应及时进行清理和修复，以防止裂缝的扩展和深化；支撑不足的结构应加强其支撑，以提高其抗变形和抗沉降的能力；性能不佳的结构应通过改进设计或施工方法来改善其性能，如提高其刚度、强度或韧性等。（3）调整施工方法和使用状况也是一种有效的策略，应根据土壤和工程的具体情况选择适合的方法，如减轻载荷、采用温和的施工方式等，以减小对土壤和结构的影响；对于使用状况，应根据实际需求和可能的风险进行调整和优化，如改变使用方式、延长使用周期等，以减小变形和沉降的可能性。

5 结语

总的来说，高回填区域土方变形与沉降是一个复杂的工程问题，涉及多种因素和环节，需要综合运用地质、土壤、结构、工程等领域的知识和技术进行研究和控制。虽然目前已经有了一些有效的监测方法和控制技术，但由于地质环境的复杂性和不确定性，还需要进一步研究和改进，增强对这个问题的认识和关注，提高对工程安全和稳定的重视，采取更科学、更有效的管理和措施，减轻变形与沉降的影响，保障工程的安全、稳定和经济性。