拋石擠淤換填處理津港高速垃圾填埋段路基的試驗(yàn)研究

王雪松，秦曉燕，郭 友

（1.中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津市300074；2.天津市交通科學(xué)研究院，天津市300300）

1 工程概況

津港高速公路起于洞庭路與外環(huán)線平交口，終于大港區(qū)勝利路，全長25.13km。樁號K1+500～K4+500段范圍內(nèi)沿既有取土坑分布有大量生活垃圾，分布范圍集中，工程性能較差，其厚度隨取土坑深度不同而變化。其中K2+225～K2+425段有一較深水塘，表層漂浮著大量生活垃圾。在水塘邊緣處有大量的生活垃圾和建筑垃圾混合物。

生活垃圾填埋場地由于其成份復(fù)雜，有機(jī)物及可腐爛物多，力學(xué)穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性較差，地基處理比較困難，大部分工程選址都應(yīng)盡量予以繞避。因此，針對生活垃圾填埋場地進(jìn)行相關(guān)地基處理的研究相對較少。工程實(shí)踐中主要的處理方法有：分揀有機(jī)物換填處理、拋石擠淤換填、強(qiáng)夯置換等。

根據(jù)巖土工程勘察結(jié)果，生活垃圾填埋場地基本土性參數(shù)如下：天然密度為0.79～1.34g/cm3，天然含水量32.6%～124.0%，比重1.55～2.46,有機(jī)質(zhì)含量43.6%～10.8%，壓縮系數(shù)變化范圍較大，α1-2在0.72～3.2之間變化，屬高壓縮性土，壓縮模量在0.88～3.28MPa之間。

為滿足工程設(shè)計(jì)、施工的需要，確保地基處理方法的科學(xué)、合理與經(jīng)濟(jì)，結(jié)合工程實(shí)際，對K2+225～K2+425段水塘采用拋石擠淤并換填拆房土的方法進(jìn)行地基處理并開展相關(guān)試驗(yàn)研究。

2 地基處理方案與試驗(yàn)結(jié)果

2.1 試驗(yàn)方案

將路基范圍內(nèi)水塘的水降至離坑底3.0～5.0m后拋石擠淤，然后整平拋石頂面并用18t以上沖擊壓路機(jī)碾壓，測定不同碾壓遍數(shù)下基底沉降及其承載力。在承載力滿足要求后，分層回填拆房土，測定幾種虛鋪厚度在不同碾壓遍數(shù)時(shí)填料的沉降量、干密度等參數(shù)，確定最佳虛鋪厚度和碾壓遍數(shù)。然后，在拆房土頂面碾壓填筑兩層總厚度為60cm的山皮土后，用貝克曼梁法進(jìn)行回彈模量測試，為路面設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 拋石擠淤處理的沖擊碾壓試驗(yàn)

拋石擠淤后，用沖擊壓路機(jī)對其進(jìn)行碾壓。每碾壓2遍測定一次拋石頂面沉降標(biāo)的標(biāo)高并計(jì)算出相應(yīng)的沉降量。沉降觀測結(jié)果見圖1和圖2所示。

圖1 沖擊碾壓遍數(shù)與分級沉降量關(guān)系曲線圖

圖2 沖擊碾壓遍數(shù)與累計(jì)沉降量關(guān)系曲線圖

由圖1和圖2可見，在沖擊壓路機(jī)碾壓40遍后，拋石頂面的分級沉降及累計(jì)沉降都趨于穩(wěn)定，最佳碾壓遍數(shù)確定為40遍。

2.2.2 沖擊碾壓處理后承載力試驗(yàn)

沖擊碾壓完成后，采用直徑0.707m的圓形承載板測定拋石頂面的承載力。試驗(yàn)結(jié)果如圖3～圖6所示。

圖3 測點(diǎn)1地基承載力p-s曲線圖

圖4 測點(diǎn)2地基承載力p-s曲線圖

圖5 測點(diǎn)3地基承載力p-s曲線圖

圖6 測點(diǎn)4地基承載力p-s曲線圖

由于p-s為緩變型，采用相對沉降法確定地基土的承載力。確定原則：當(dāng)承壓板面積為0.25～0.50m2時(shí)，根據(jù)土類及其狀態(tài)取s/b=0.01～0.015所對應(yīng)的荷載作為地基承載力特征值（b為基礎(chǔ)寬度），且其值不應(yīng)大于最大加載量的一半。該試驗(yàn)取s/b=0.0125即s=8.83mm所對應(yīng)的荷載作為地基承載力特征值。圖3～圖6得出各測點(diǎn)地基容許承載力分別為 198.0kPa、207.0kPa、214.0kPa、215.0kPa，取其平均值208.5kPa作為地基承載力的特征值。

2.2.3 拆房土松鋪厚度和碾壓遍數(shù)關(guān)系試驗(yàn)

按60cm、80cm、100cm厚攤鋪拆房土，整平后采用沖擊壓路機(jī)碾壓，觀測不同碾壓遍數(shù)下的沉降，得到每層拆房土在沖擊壓路機(jī)壓實(shí)過程中沉降量與碾壓遍數(shù)的關(guān)系，如圖7、圖8所示。

圖7 分級沉降量與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線圖

圖8 累計(jì)沉降量與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線圖

由圖7、圖8可見：填料松鋪厚度60cm，沖擊碾壓20遍時(shí)，分級沉降量為0.6mm，累計(jì)沉降量為43.2mm；填料松鋪厚度80cm，沖擊碾壓28遍，分級沉降量為1.2mm，累計(jì)沉降量為72.2mm；填料松鋪厚度100cm，沖擊碾壓40遍后，分級沉降量為2.0mm，累計(jì)沉降量為105.4mm。圖7中部分?jǐn)?shù)值為負(fù)值，其主要原因?yàn)闇y點(diǎn)正好處在壓路機(jī)輪跡邊緣，土體發(fā)生擠出變形；或填料碾壓遍數(shù)過多發(fā)生“反彈”現(xiàn)象。

2.2.4 干密度與碾壓遍數(shù)關(guān)系試驗(yàn)

在拆房土填筑碾壓過程中，測試幾種虛鋪厚度在不同碾壓遍數(shù)時(shí)的干密度，數(shù)據(jù)整理成果如圖9所示。

圖9 干密度與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線圖

由圖9可見：拆房土松鋪厚度60cm，碾壓遍數(shù)20遍，干密度基本不再增長；松鋪厚度80cm，碾壓遍數(shù)28遍，干密度不再增長；松鋪厚度100cm，表層和底層填料的干密度隨碾壓遍數(shù)的增加一直緩慢增長。

2.2.5 路基回彈模量試驗(yàn)

山皮土填筑碾壓完成后，在其頂面采用貝克曼梁法進(jìn)行回彈模量試驗(yàn)，測得彎沉代表值為144.7（0.01mm），相應(yīng)的回彈模量值為 64.4MPa，滿足路基設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語

通過對深水生活垃圾填埋場進(jìn)行拋石擠淤并換填拆房土進(jìn)行地基處理的試驗(yàn)研究，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）對存有生活垃圾的深水塘進(jìn)行拋石擠淤處理后，隨碾壓遍數(shù)的增加，拋石頂面分級沉降量逐漸減小，累計(jì)沉降量趨于穩(wěn)定，最佳碾壓遍數(shù)確定為40遍。

（2）在拆房土壓實(shí)過程中，隨碾壓遍數(shù)的增加，分級沉降迅速減小，累計(jì)沉降趨于穩(wěn)定；壓實(shí)功一定情況下，累計(jì)沉降隨松鋪厚度的增大而增大，僅靠增加碾壓遍數(shù)來提高土體的密實(shí)度較為困難。因此，合理地確定虛鋪厚度、碾壓遍數(shù)，有助于達(dá)到理想的工程效果。

（3）拋石擠淤基底的承托作用較為明顯，其頂面在沖擊碾壓處理后承載力相對較高，可達(dá)200kPa，能滿足路基設(shè)計(jì)的相關(guān)要求；拆房土換填碾壓后，其頂面回彈模量可達(dá)64.4MPa，能滿足路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

綜上所述，對于深水生活垃圾填埋段路基采用拋石擠淤并用拆房土換填方法處理的工程實(shí)踐切實(shí)可行，試驗(yàn)效果能達(dá)到預(yù)期并滿足設(shè)計(jì)要求，具有良好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。其成果對類似工程的設(shè)計(jì)、施工具有借鑒、指導(dǎo)和推廣意義。