垃圾填埋場城市道路地基處理方案研究

文/婁中波 張朝清

我國城市化進(jìn)程加快，城市垃圾的增長速度也在加快。20世紀(jì)80年代—21世紀(jì)初，由于城市垃圾處理能力相對滯后于城市生活垃圾的增長速度，在城市近郊出現(xiàn)了很多小型的簡易垃圾處理場，統(tǒng)計(jì)資料顯示，僅北京近郊就有數(shù)百個(gè)簡易的生活垃圾處理場［1］。隨著城市面積的進(jìn)一步擴(kuò)張，以前的城市近郊，開始規(guī)劃建設(shè)，位于城市近郊的簡易垃圾處理場隨著城市規(guī)劃的更新，調(diào)整為城鎮(zhèn)建設(shè)用地的案例屢見不鮮。

垃圾土工程力學(xué)性能差、抗剪強(qiáng)度小、壓縮性高，腐化空洞后自身承載能力低。國內(nèi)外關(guān)于垃圾填埋場的研究主要集中于填埋場地本身的穩(wěn)定性和安全性方面，如何加固垃圾土地基，提高地基承載能力和后續(xù)穩(wěn)定性，以利于市政工程建設(shè)，成為了擺在市政工程建設(shè)者面前的棘手問題。本文以實(shí)際工程為例，介紹垃圾填埋場地基處理方法。

1 工程概況

鄭州市某城市次干路采用單幅路形式，雙向四車道，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置形式：5 m 人行道+20 m 車行道+5 m人行道。道路規(guī)劃標(biāo)高接近原場地標(biāo)高，填挖高為-0.5～0.2 m，瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)，要求路床頂面的土基回彈模量≥30 MPa。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，場地地層屬第四系全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)，按其物理力學(xué)性質(zhì)及工程地質(zhì)特性，自上而下依次為雜填土、粉土粉土雜填土層厚度大多為1.2～1.5 m，但沿線存在多處簡易生活垃圾填埋場，涉及路線長度約600 m。

2 垃圾土埋藏情況

垃圾土大致可分為4 個(gè)獨(dú)立的區(qū)域：A 區(qū)長160 m，寬15～30 m，深度約15 m；B 區(qū)長37 m，深9.6 m，寬25～30 m；C 區(qū)長131 m，深5.3 m，寬15.5～36 m；D 區(qū)長259.6 m，深6.5～8.5 m，寬13.9～36。

以上區(qū)域內(nèi)垃圾土的生活垃圾含量40%～70%。生活垃圾具有易腐化空洞、路基填埋環(huán)境下易產(chǎn)生惡臭氣體等特性，屬特殊土，不得直接用于路基填筑。C區(qū)垃圾埋深較淺，A、B、D 區(qū)，垃圾土較深且距離周邊在建建筑物較近。

3 垃圾土地基處理方案

3.1 常用方案

國內(nèi)常用的垃圾土地基處理方案為換填法，即將垃圾土挖除后，換填符合路基要求的材料。C區(qū)垃圾土埋深較淺且距離周邊建筑物較遠(yuǎn)，推薦采用換填法。A、B、D區(qū)域垃圾土較深且距離周邊地塊的建筑很近，采用全部挖除換填的方案不具備可行性，這是因?yàn)椋?/p>

1）清運(yùn)區(qū)域緊鄰已建高層建筑，垃圾清運(yùn)時(shí)需要對基坑進(jìn)行支護(hù)，工期長，建設(shè)成本高；

2）一次性挖出的垃圾方量將近10萬m3，附近無如此大容量處理能力的垃圾處理場，垃圾清理后無處消納；

3）垃圾土外運(yùn)成本高昂，清運(yùn)垃圾需要租用專用的垃圾運(yùn)輸車，還需要遠(yuǎn)運(yùn)到周邊的垃圾處理場，清運(yùn)加處理費(fèi)用超過300元/m3。

3.2 深層地基處理方案

3.2.1 方案比選

對于深層地基處理方案，國內(nèi)通常采用強(qiáng)夯法、加固土樁法、擠密樁法和預(yù)制樁法。見表1。

表1 地基處理工藝的適用性分析

由表1可知，擠密樁法和預(yù)制樁法適用于本工程，以下對這兩種方案進(jìn)行比選。

3.2.2方案確定

擠密樁通常先通過振動(dòng)、沖擊等方式在軟弱地基中成孔后，再將碎石擠壓入土孔中，形成大直徑的密實(shí)樁體。成孔過程中，樁管周圍地基土受水平擠壓作用，孔隙率減小，密實(shí)度增加，承載力提高［2］。預(yù)制管樁是剛性樁，可通過靜壓或錘擊法施工。施工過程中，對樁間土體也有明顯的擠密作用［3］。

1）施工難易程度：兩種方法均有成熟的施工工藝；但預(yù)制管樁具有打設(shè)速度快，成樁質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)。

2）環(huán)境污染及工期：預(yù)制樁在工廠預(yù)制成型，現(xiàn)場打設(shè)，無需破土施工，無環(huán)境污染，可在冬季“封土令”期間施工，節(jié)省工期；擠密樁需進(jìn)行露天施工，存在施工揚(yáng)塵且“封土令”期間存在碎石外購困難等問題，影響工期。

3）抵抗垃圾土腐化變質(zhì)：預(yù)制管樁為剛性樁，后期受垃圾土腐化影響較小；擠密樁為散體樁，主要是擠密樁間土體，通過樁土共同作用進(jìn)行地基加固，本工程垃圾土雖已填埋多年，但后期發(fā)生腐化降解，仍對地基承載力影響較大。

4）經(jīng)濟(jì)性：預(yù)制管樁單延米造價(jià)較擠密樁略貴。

本工程為周邊地塊的配套工程，目前，周邊項(xiàng)目已經(jīng)部分建設(shè)完成，政府對工期要求很緊；因此綜合比較工期、成樁質(zhì)量、工程造價(jià)等多方面因素，推薦采用預(yù)制樁的地基處理方式。

3.2.3 試樁

為進(jìn)一步確定方案的可行性，對預(yù)制樁進(jìn)行試樁，樁徑0.5 m，樁間距2.5 m。分別采用鉆探勘察和靜力觸探方式對垃圾土的加固效果進(jìn)行檢測?？辈炜滓唤M位于打樁范圍內(nèi)，另一組遠(yuǎn)離打樁范圍。見圖1。

圖1 試樁及鉆孔布置

經(jīng)鉆孔勘測，打樁處理后樁間土的摩阻力有明顯提高。經(jīng)承載能力試驗(yàn)，樁基復(fù)合地基承載力超160 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 地基處理方案設(shè)計(jì)

4.1 地基處理

場地內(nèi)的探坑先采用素土分層回填，施工前應(yīng)對場地碾壓密實(shí)。預(yù)制樁三角形布置，采用錘擊法或靜壓法成樁，預(yù)制樁須穿透垃圾土層進(jìn)入持力層1.5 m以上。樁基驗(yàn)收合格后，鋪筑石灰土墊層，層間鋪設(shè)兩層鋼塑土工格柵。石灰土7 d 齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)0.7 MPa。

4.2 生活垃圾封場處理

生活垃圾填埋場可看作是一個(gè)生物化學(xué)反應(yīng)堆，無時(shí)無刻不在發(fā)生著生物化學(xué)反應(yīng)。在這個(gè)反應(yīng)堆中，各種垃圾是主要的輸入物質(zhì)，填埋氣體、滲濾液是主要的輸出物質(zhì)。隨著滲濾液的輸出，垃圾土體含水量不斷增大，使得垃圾土骨架軟化，工程力學(xué)強(qiáng)度降低，承載能力下降，導(dǎo)致沉降變形增大［4］；而減少滲濾液產(chǎn)生的直接手段，就是做好垃圾土體的防水和隔水設(shè)計(jì)。

經(jīng)調(diào)研，本工程所在垃圾處理場已經(jīng)過8 a以上的理化反應(yīng)，接近穩(wěn)定；但為了最大限度減小滲濾液的產(chǎn)生，在樁頂設(shè)置了灰土墊層：一是協(xié)調(diào)樁土共同作用；二是為了防止降雨、地表徑流等侵入垃圾土體，同時(shí)阻斷填埋氣體與外界環(huán)境的聯(lián)系。

5 結(jié)語

由于新鮮垃圾土在填埋初期，內(nèi)部水解和生化反應(yīng)比較劇烈，對地基土影響較大；因此，對于剛剛封場的垃圾土地基，應(yīng)尤其重視垃圾土的腐化變質(zhì)問題。垃圾填埋場作為路基基礎(chǔ)時(shí)，首先要保證路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性，其次還要考慮垃圾土的環(huán)境污染問題。實(shí)施過程需考慮雨水導(dǎo)排、封堵、防滲及后續(xù)滲濾液處理問題，在確保安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的情況下，根據(jù)工程實(shí)際情況制定可實(shí)施性方案。