高速公路穿越大型垃圾填埋坑處理技術(shù)研究

劉洪洋 王安勐 張智航

北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司 北京 100082

近年來，隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，不斷遇到城市郊區(qū)道路穿越垃圾填埋坑的問題。由于歷史原因，原取土、取砂坑，被工業(yè)垃圾、建筑垃圾以及生活垃圾所填埋，該類回填材料屬于不良雜填土，回填歷史短、密實(shí)度不足，不能直接作為路基持力土層；且一般厚度、面積均較大，處理費(fèi)用高，值得重點(diǎn)關(guān)注。

1 、工程概況

北京市興延高速公路位于北京市西北部、京藏高速公路以西。路線大致呈南北走向，南起六環(huán)路土城立交，向西北方向跨越京密引水渠，經(jīng)四家莊、亭自莊后與溫南路相交，經(jīng)坦克部隊(duì)北側(cè)向西北，由白羊城溝進(jìn)入山區(qū)，沿白羊城溝東側(cè)山體布線，經(jīng)過鹿角灣、澆花峪、梯子峪后轉(zhuǎn)向石峽、幫水峪村，在八達(dá)嶺滑雪場東側(cè)轉(zhuǎn)向北，上跨京藏高速和京包鐵路，終點(diǎn)至八達(dá)嶺機(jī)場東側(cè)與延崇高速相接。路線途經(jīng)昌平區(qū)、延慶區(qū)，全長約42.2km。

本項(xiàng)目第二標(biāo)段K7+943.68～K8+060路基段，東接蓄洪區(qū)高架橋，西接服務(wù)區(qū)出口。本段路面設(shè)計(jì)標(biāo)高為90.2～91.3m，原測量資料顯示本處為淺坑，場地標(biāo)高為80.2～89.2m，設(shè)計(jì)方案為低填路基。后在施工進(jìn)場并經(jīng)專項(xiàng)勘察后，發(fā)現(xiàn)該段實(shí)為面積達(dá)8650m2的大型垃圾填埋坑，場地標(biāo)高為98.6～100.6m，最大垃圾填埋厚度為30.45m，需進(jìn)行特殊處理。

2 、工程地質(zhì)及水文情況

根據(jù)勘察報(bào)告揭示，場地上部為垃圾坑填土層，其下為一般第四系沖積層。

其中填土層由上至下依次為：①1雜填土：雜色，含建筑垃圾、裝修垃圾、廚余垃圾及生活垃圾，該層在場區(qū)內(nèi)不均勻分布，稍濕，松散；①2粉土素填土：以粉土為主，黃褐色～褐黃色，含植物根、磚灰渣等，稍濕，松散；①3生活垃圾素填土：以粉土為主，含生活垃圾，雜色，稍濕，松散；①4卵石素填土：卵石為主，雜色，級(jí)配較差，稍濕，松散。

第四系沖積層由上至下依次為：②粉土：褐黃色，稍濕，密實(shí)，低壓縮性，含云母、氧化鐵、細(xì)砂顆粒；③卵石：雜色，粒徑一般為2～6cm，最大粒徑不小于13cm，中粗砂、礫石充填約35%～40%，中密～密實(shí)。

擬建場地旁邊為排洪溝，作為蓄滯洪用途，平時(shí)無地下水，暴雨時(shí)水量較大。

鉆孔鉆探深度內(nèi)未見地下水，由于本場地地下水埋藏較深，在進(jìn)行地基處理設(shè)計(jì)時(shí)，可不考慮地下水的影響。

3 、垃圾填埋坑處理方案研究過程

場地內(nèi)大部份填土堆積年限不到三年，土源雜亂，包含建筑垃圾、生活垃圾、廚余垃圾、淤泥等；堆積方式為直接傾倒，各種物質(zhì)混雜，無明顯的成層界限，孔洞較多，均勻性差，壓縮性差、密實(shí)度低。

垃圾坑雜填土不能直接作為路基土層，場地東側(cè)120m為民房，從工程技術(shù)、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)角度，考慮四個(gè)方案。

方案一考慮采用橋梁型式，因本段位于服務(wù)區(qū)加寬漸變段，采用5跨、跨徑30m現(xiàn)澆小箱梁結(jié)構(gòu)，樁基穿透雜填土，并考慮相對(duì)松散雜填土的負(fù)摩阻。總計(jì)橋梁方案造價(jià)約3645萬元。

方案二考慮將路基影響范圍垃圾坑回填土全部挖除換填，開挖坡率取1:1.5，該方案土方量最大，挖方達(dá)30萬余方。

方案三考慮換填結(jié)合復(fù)合地基擠密技術(shù)，常規(guī)散體擠密樁有效作用深度一般為10m，故將上部約20m范圍垃圾土挖除換填，下部10m范圍垃圾土采用帶有橫向擠密效果的柱錘沖擴(kuò)樁復(fù)合地基進(jìn)行處理。

方案四考慮換填結(jié)合強(qiáng)夯擠密技術(shù)，采用12000kJ的高能級(jí)強(qiáng)夯工法，對(duì)下部10m范圍垃圾土進(jìn)行豎向擠密，而上部開挖換填與方案三一致，綜合造價(jià)較方案三低約170萬元。

以上方案在研究階段，均進(jìn)行了深入論證，并在建設(shè)單位組織的專家咨詢會(huì)上進(jìn)行了匯報(bào)討論。因場地距離民房較近，并本著“資源節(jié)約、環(huán)境友好”的綠色理念，最終推薦方案三，即造價(jià)相對(duì)低且對(duì)環(huán)境影響相對(duì)小的換填結(jié)合柱錘沖擴(kuò)樁復(fù)合地基方案，樁體考慮材料就地利用。

各方案對(duì)比情況見下表。

表1 垃圾填埋坑處理方案對(duì)比表

4 、地基處理設(shè)計(jì)

1）將本段垃圾土統(tǒng)一開挖至標(biāo)高78.05m。其中下口寬按原施工圖路堤坡腳30度擴(kuò)散后的寬度取值，開挖坡率取1:1.5，10m一級(jí)臺(tái)階，平臺(tái)寬2m。

2）開挖填埋土經(jīng)初步分揀，將其中的粉土、卵石、建筑垃圾作為回填料備用。生活垃圾應(yīng)全部挖除并妥善處置。

3）對(duì)開挖下口面填埋土進(jìn)行柱錘沖擴(kuò)樁復(fù)合地基處理，散體材料樁復(fù)合地基計(jì)算如下：

其中樁土應(yīng)力比n選3.5，處理后樁間土承載力特征值初選80kPa，樁徑0.6m，樁間距1.2m，面積置換率為0.227，經(jīng)計(jì)算，處理后復(fù)合地基承載力特征值為125kPa，滿足路基載荷要求。

柱錘沖擴(kuò)樁采用樁徑0.6m，樁間距1.2m，有效樁長10m。

根據(jù)填埋土開挖情況，樁體材料可采用建筑垃圾中碎磚材料制作碎磚三合土，其體積比可采用生石灰：碎磚：黏性土為1：2：4。其中碎磚粒徑不宜大于12cm，如條件允許碎磚粒徑應(yīng)控制在6cm左右，且嚴(yán)禁使用粒徑大于24cm的磚料及混凝土塊。

本項(xiàng)目山區(qū)段隧道長約16km，產(chǎn)生的隧道洞渣用于平原區(qū)填方路基。可采用符合柱錘沖擴(kuò)樁粒徑要求的洞渣材料作為樁體材料，要求為含泥量不大于5%，粒徑范圍3cm～10cm，且不易風(fēng)化破碎的石料，經(jīng)檢測合格后方可使用。

填料充盈系數(shù)不宜小于1.5。

5 、施工要點(diǎn)

將本段垃圾土統(tǒng)一開挖至標(biāo)高78.05m。開挖垃圾土進(jìn)行人工分揀，將其中的粉土、卵石、建筑垃圾作為回填料備用。生活垃圾全部挖除并妥善處置。

柱錘沖擴(kuò)樁施工步序可按“場地整平、布置樁位—施工機(jī)具就位，柱錘對(duì)準(zhǔn)樁位—柱錘沖孔—成樁—施工機(jī)具移位，施工下一根樁”。

柱錘采用鋼材制作，錘型選用φ377（mm）、長2～6m、質(zhì)量1.5～5.0t凹形底柱錘樁，升降柱錘的設(shè)備可選用10t～30t自行桿式起重機(jī)和多功能沖擴(kuò)樁機(jī)或其他專用設(shè)備，采用自動(dòng)脫鉤裝置。

柱錘沖擴(kuò)樁采用沖擊成孔，成孔和填料均沖擊夯實(shí)。每個(gè)樁孔應(yīng)夯填至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上至少0.5m，其上部樁孔宜用原地基土夯封，待全部柱錘沖擴(kuò)樁完成后，再對(duì)樁頭部分基槽土開挖，并經(jīng)晾槽拍底或振動(dòng)壓路機(jī)碾壓后，再鋪設(shè)50cm厚砂石墊層壓實(shí)，墊層的夯填度不應(yīng)大于0.9。

6 、施工質(zhì)量控制和檢測

柱錘沖擴(kuò)樁復(fù)合地基，加固后復(fù)合地基承載力應(yīng)＞120kPa，樁間土重型動(dòng)力觸探平均擊數(shù)應(yīng)＞3。

柱錘沖擴(kuò)樁施工完成后，應(yīng)按相關(guān)規(guī)程、規(guī)范進(jìn)行檢測、驗(yàn)收。施工結(jié)束后14d，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)對(duì)樁身及樁間土進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，檢驗(yàn)數(shù)量不應(yīng)少于沖擴(kuò)樁總數(shù)的2%，且總檢驗(yàn)點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于6點(diǎn)。

竣工驗(yàn)收時(shí)，柱錘沖擴(kuò)樁復(fù)合地基承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，并應(yīng)在成樁14d后進(jìn)行，檢驗(yàn)數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的1%，且每個(gè)單體工程復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)不應(yīng)少于3點(diǎn)。

7 、主要結(jié)論和建議

1）近年來城市郊區(qū)道路建設(shè)，穿越垃圾土、雜填土填埋坑的情況頻頻被遇到。雖然橋梁跨越方案可通過增加樁長有效解決雜填土層持力不足問題，但其造價(jià)較高，一般情況下該方案不具備優(yōu)勢。

2）強(qiáng)夯方案作為一種豎向擠密壓實(shí)工法，其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)勢明顯，但缺點(diǎn)是對(duì)環(huán)境影響較大。當(dāng)工點(diǎn)周邊無環(huán)境敏感點(diǎn)時(shí)，方可采用。

3）柱錘沖擴(kuò)樁作為一種橫向擠密復(fù)合地基工法，其樁體材料可就地部分利用雜填土中材料，且其小面積孔內(nèi)柱錘夯實(shí)工藝，可大大降低施工振動(dòng)影響，是一種“資源節(jié)約、環(huán)境友好”的綠色工藝。該方案綜合優(yōu)勢明顯，可在處理大型垃圾填埋坑中結(jié)合換填法使用。

4）因本項(xiàng)目興延高速為世園會(huì)、冬奧會(huì)配套工程，社會(huì)關(guān)注度高，路基施工質(zhì)量不容有失，產(chǎn)生任何明顯沉降都會(huì)造成較大輿論影響，故本方案采取了路基影響范圍內(nèi)垃圾填埋土全部處理的思路；而對(duì)于其他等級(jí)公路或城市道路，路基是允許一定范圍的工后沉降的。若僅對(duì)雜填土上部一定范圍土層進(jìn)行換填、壓實(shí)擠密，形成相對(duì)“硬殼層”，進(jìn)而將路基沉降控制在允許范圍，仍可有效解決工程問題，同時(shí)大大提高工程經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。目前的相關(guān)規(guī)范對(duì)道路通過垃圾填埋坑的地基處理技術(shù)、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)尚無明確要求，這是今后值得研究的一個(gè)方向。