高速公路基底垃圾填埋處治方案比選

張曉峰 趙雙喜 趙俊茗 裴安邦 李 可

(甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030)

隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展，構(gòu)建高速公路綜合交通運輸體系，是推動國家重大戰(zhàn)略實施，支撐全面建成小康社會的客觀要求。然而，由于國內(nèi)過去經(jīng)濟(jì)的低迷以及垃圾處理手段的落后，大多數(shù)生活垃圾及建筑垃圾只是進(jìn)行了簡單填埋處理，由于垃圾成分復(fù)雜，填筑雜亂，空隙大，結(jié)構(gòu)松散，均勻性差，壓縮性為中等，承載力低，極易產(chǎn)生不均勻沉降等問題[1-3]，使得高速鐵路路基途經(jīng)垃圾填埋場時必須經(jīng)過特殊處理才能滿足高速公路建設(shè)控制標(biāo)準(zhǔn)。已有大量研究針對不同地區(qū)、處理方式以及處治效果等方面對垃圾填埋場進(jìn)行了研究[4-6]。然而，本文遇到的工程位于典型的黃土地區(qū)，眾所周知，黃土自身濕陷性大，當(dāng)與垃圾填埋場交織在一起時，對設(shè)計以及施工單位等都帶來了重大挑戰(zhàn)，因此，針對具體工程，本文進(jìn)行了四種處治方案的詳細(xì)對比，以期對未來相似工程提供指導(dǎo)借鑒作用。

1 概述

1.1 工程概況

某高速公路段路基位于蘭州市西固區(qū)，施工圖設(shè)計階段YK40+880～YK41+360段已平整為地，并建有廠房等建筑物，按Ⅳ級濕陷性黃土進(jìn)行基底沖擊碾壓+灰土換填處理，現(xiàn)場概況如圖1所示。施工過程中，YK40+880～YK41+360段廠房等拆遷和清表時，發(fā)現(xiàn)該段基底為垃圾填埋區(qū)，設(shè)計單位隨即進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)查和補充勘探，共完成工程測繪0.2 km2；鉆孔14孔，進(jìn)尺411.6 m；工程物探剖面3條，長1 750 m，通過地勘基本查明該區(qū)域地質(zhì)情況，YK40+880～YK41+150段基底主要以生活垃圾和建筑垃圾為主。

1.2 工程水文特性

水文地質(zhì)條件：本地貌單元的含水層主要為黃河及其支流河(溝)谷河流相沉積的砂卵(碎石)層，谷潛水主要接受農(nóng)田灌溉、大氣降水和部分溝谷潛水的側(cè)向補給。本次勘察未揭露該層。

根據(jù)本路段工程地質(zhì)調(diào)繪、物探、鉆探及室內(nèi)試驗結(jié)果，主要巖土層工程物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 主要巖土層物理力學(xué)指標(biāo)表

1.3 垃圾填埋場現(xiàn)狀

根據(jù)勘探與調(diào)查，自1980年起一直傾倒垃圾，最深處大于30 m，下部黃土被滲透嚴(yán)重污染2 m～5 m。垃圾場沿路線方向呈不規(guī)則狀分布，最大長度約650 m，最大寬度500 m，線路附近揭露最大厚度達(dá)38.3 m。均沿原有沖溝填筑，厚度不均。路線從垃圾場中上部通過。在YK40+900～YK41+070段，雜填土(垃圾)厚度在2 m～26.2 m，平均厚度17 m左右，呈南淺北深、東西兩頭淺中間深。

根據(jù)調(diào)查及鉆探垃圾填筑體物質(zhì)組成來看，其物質(zhì)組成復(fù)雜，建筑垃圾及生活垃圾填筑雜亂，空隙大，結(jié)構(gòu)松散，均勻性差；其次從動探原位測試結(jié)果來看，上覆填筑體動探擊數(shù)N63.5=5～>50，其變化范圍大，無規(guī)律可循，主要受動探試驗點處填埋物質(zhì)組成有關(guān)，其為磚塊、水泥塊等建筑垃圾時擊數(shù)一般大于50，為松散生活垃圾時擊數(shù)為5擊左右；此外根據(jù)物探測試上覆垃圾填筑體波速在Vs=15 Ω·m～150 Ω·m之間，電阻率范圍大，表明介質(zhì)不均。

1.4 填筑土評價

填筑土以生活垃圾、建筑垃圾為主，生活垃圾上部多已用建筑垃圾、黃土覆蓋。揭露垃圾厚度最大約38.3 m，平均含水量19%，根據(jù)多個鉆孔資料，含水量在5 m～19 m較大；有機質(zhì)含量5%～22%，下部黃土被滲透嚴(yán)重污染2 m～5 m。

2 變更設(shè)計方案

2.1 原設(shè)計方案

該區(qū)段原設(shè)計按Ⅳ級濕陷性黃土進(jìn)行特殊路基處理，具體處治方案如下：

1)路基坡腳處5 m范圍采用換填5%石灰土進(jìn)行處治，中部采用原狀素土翻挖2 m后重新填筑進(jìn)行處治。填方坡腳排水溝內(nèi)側(cè)設(shè)置1.0 m寬、2.0 m高灰土隔水墻，隔水墻外側(cè)包裹復(fù)合土工膜防滲。

2)基底采用25 kJ沖擊壓路機碾壓20遍，碾壓后地面以下100 cm深度內(nèi)土的壓實度最低應(yīng)達(dá)到90%，使之濕陷性系數(shù)小于0.015。

2.2 病害分析及變更理由

軟弱地基由于強度低，工后沉降大，不能直接作為道路路基使用，本段垃圾填埋區(qū)主要以生活垃圾和建筑垃圾為主，成分復(fù)雜，填筑雜亂，空隙大，結(jié)構(gòu)松散，均勻性差，壓縮性為中等，承載力低，極易產(chǎn)生不均勻沉降。

由于本區(qū)路基填土高度為8 m左右，地面以上填筑路基部分按正常路基填筑，保證施工質(zhì)量的前提下不會產(chǎn)生病害，主要的路基病害源自軟弱基底，如果該路段填埋前沖溝縱坡較大，在滲水作用下垃圾覆蓋層及以下1 m～2 m原狀土容易形成深厚軟弱層，產(chǎn)生沿沖溝方向的蠕滑條件，由于填埋垃圾結(jié)構(gòu)松散，填筑路基施工完成后在自重及附加荷載作用下可能產(chǎn)生路基蠕滑等病害，造成路基拉裂，反射至路面形成縱向裂縫。

本段垃圾填埋區(qū)主要路基病害為軟弱地基，生活垃圾填埋深度較深(最大厚度為26.5 m)，故原設(shè)計僅采用濕陷性黃土特殊路基處理無法滿足路基基底承載力及工后沉降要求。變更設(shè)計擬采用復(fù)合地基對軟弱基底進(jìn)行處治，以提高路基承載力，減小工后不均勻沉降。

2.3 復(fù)合地基類型比選

1)由于垃圾覆蓋層填筑雜亂，空隙大，結(jié)構(gòu)松散，均勻性差，采用復(fù)合地基處理后基底局部產(chǎn)生不均勻沉降導(dǎo)致樁體容易出現(xiàn)傾斜，傾斜后樁體承受剪切荷載，因此宜選用抗壓及抗剪性能良好的樁體，柔性樁不宜使用。

2)由于垃圾空隙大且生活垃圾與漿液粘結(jié)性差，高壓旋噴樁、灌注樁可能出現(xiàn)跑漿、夾層等現(xiàn)象，導(dǎo)致漿液利用率及成樁后強度低，因此不宜使用。

3)由于該垃圾場為生活垃圾、建筑垃圾混填，成分復(fù)雜且填筑雜亂，建筑垃圾內(nèi)含有大量大粒徑孤石存在不宜鉆孔，生活垃圾容易塌孔，故不宜采用CFG樁等鉆孔樁。

2.4 變更方案

方案一：采用高強度預(yù)應(yīng)力管樁+樁帽進(jìn)行基底加固處理。具體處治方案如下：

路基范圍內(nèi)垃圾場處治采用直徑40 cm，壁厚95 mm的預(yù)應(yīng)力管樁，樁間距為2.0 m，正方形布置。樁帽采用尺寸為長1.2 m×寬1.2 m×高0.35 m的C30混凝土現(xiàn)澆，樁頂增設(shè)0.6 m厚天然砂礫褥墊層并鋪設(shè)一層土工格柵，以減小樁體向上的刺入變形。

方案二：采用高強度預(yù)應(yīng)力管樁+筏板(樁筏結(jié)構(gòu))進(jìn)行基底加固處理。具體處治方案如下：

路基范圍內(nèi)垃圾場處治采用直徑40 cm，壁厚95 mm的預(yù)應(yīng)力管樁，樁間距為2.0 m，正方形布置。樁頂采用C30現(xiàn)澆混凝土聯(lián)系梁進(jìn)行連接，其中縱橫梁寬0.4 m，高0.5 m，以提高樁的整體性能，減小路基不均勻沉降。

方案三：采用孔內(nèi)深層強夯進(jìn)行基底加固處理。具體處治方案如下：

路基范圍內(nèi)垃圾場處治采用直徑200 cm的擴(kuò)孔擠密樁，樁間距為3.6 m，樁長15 m，等邊三角形布置，樁身采用素土(黃土)回填，不得含有有機雜物，粒徑不大于15 mm。成孔宜采用沖擴(kuò)法(不排土法)。

方案四：采用8 m～30 m橋跨越垃圾場。

2.5 變更方案對比分析

對各處治方案從處治深度、工后沉降、施工速度、整體性以及造價等方面進(jìn)行了詳細(xì)比較，對比結(jié)果如表2所示。

表2 處治方案比對

經(jīng)各方面比對分析后，選擇方案一為本項目處治高速公路路基途經(jīng)垃圾填埋場段方案。

3 結(jié)語

由于垃圾成分復(fù)雜，填筑雜亂，空隙大，結(jié)構(gòu)松散，均勻性差，壓縮性為中等，承載力低，極易產(chǎn)生不均勻沉降等問題。因此，當(dāng)垃圾填埋場作為路基段時，必須謹(jǐn)慎處理，以免對后續(xù)工程造成不利影響，其處治方案需根據(jù)各省市具體情況探討比選，針對本典型黃土地區(qū)，最終綜合比較后，選擇采用高強度預(yù)應(yīng)力管樁+樁帽進(jìn)行基底加固處理。經(jīng)后期線路正式通車運營，從現(xiàn)場長期沉降監(jiān)測結(jié)果可知，處治方案符合預(yù)期效果，滿足了規(guī)范規(guī)定的高速公路沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。