新型工程設計在處理車站垃圾填埋場工程中的應用

賈坤 田輝

收稿日期：2023-11-28

作者簡介：賈坤（1991—），男，碩士研究生，工程師，研究方向：巖土工程設計。

摘要 以青島北站垃圾填埋場地基處理為工程背景，結合傳統地基處理方式，提出了成孔灌注拌和料樁+柱錘沖擴樁結合處理方法，并通過現場試樁試驗對地基處理效果進行了檢測和分析。結果表明：路基在堆載預壓處理下，經過近6個月的監測，其監測點路基變形量均不超過60 mm，在沉降允許范圍內，且趨于穩定。驗證了該方法在控制深厚層垃圾填土工后沉降中的技術優勢。由于該方法具有充分的可行性和經濟性，可為大型深厚層垃圾填土地基處理提供借鑒。

關鍵詞 青島北站；垃圾填埋場；地基處理、成孔灌注拌和料樁；柱錘沖擴樁

中圖分類號 X705文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）01-0057-04

0 引言

隨著我國的城市化建設進程不斷加快，越來越多的垃圾填埋場被用于工程建設用地，然而其復雜的土質成分往往會給工程建設地基處理造成困難[1]，尤其是對地基承載力和沉降要求較高的鐵路工程建設。

柱錘沖擴樁在成孔及成樁的過程中，通過對原狀土的充填置換、動力擠密等作用，可以使原軟弱土層得到加固[2-5]，因此在處理較復雜的垃圾填埋場時，有顯著優勢。然而，當垃圾填埋場內淤泥質土層（含腐爛生活垃圾層）較厚時，采用柱錘沖擴樁處理地基往往會出現成孔困難的情況。

該文以青島北客站的垃圾填埋場地基處理工程為例，采用柱錘沖擴樁、拌和料樁+柱錘沖擴樁以及振沖碎石樁三種方法對其地基進行處理，并通過現場試樁試驗，驗證了成孔灌注拌和料樁+柱錘沖擴樁結合方案在處理含淤泥質土層的垃圾填埋場時的優越性。

1 工程概況

1.1 工程簡介

青島北客站共設到發線（含正線）18條、站臺面14個。起訖里程為KDK14+410～KDK18+300，全長3 890 m。站區位于青島市太原路垃圾填埋場內，原為海灣沉積地貌的濱海沼澤地，瀕臨膠州灣東岸，后被開辟成為青島垃圾填埋場，從1993—2002年填海造地而成，地面高程一般在3～8 m之間，填埋厚度約2～17 m。

1.2 工程地質條件

站區內地表廣泛分布第四系人工棄填土，以建筑垃圾、生活垃圾等雜填土為主；以下為淤泥質土、砂層、軟黏性土、粉質黏土；基巖為流紋巖、泥質砂巖夾細礫巖、砂巖、角礫巖等。其中，KDK14+410～KDK16+670段道岔區及正線通過區域內生活垃圾腐爛層含有超過40%的塑料制品、約8%的木竹類物質，其長期腐爛情況存在不確定性。

1.3 水文地質特征

段內地表水主要有李村河河水、溝水、積水水塘及海潮水，水量隨季節變化明顯。賦積于人工棄填土和含砂類土層中的地下水，與膠州灣海水有一定的水力聯系，含水量極為豐富。

2 地基處理控制因素分析

2.1 承載力要求

青島北站正線按Ⅰ級鐵路設計，其余站線按Ⅱ級鐵路設計。正線路堤基床底層范圍內地基土承載力σ0≥180 kPa，路塹基床底層及路堤基底地基土承載力σ0≥150 kPa；站線路堤基床底層范圍內地基土承力σ0≥150 kPa，路塹基床底層及路堤基底地基土承載力σ0≥120 kPa。各層巖土物理力學指標如表1所示，根據基本承載力數據，現狀土層不能滿足上述承載力要求。

2.2 沉降要求

正線路基工后沉降量不大于20 cm[6]；站線路基工后沉降量不大于30 cm[6]。

路基工后沉降受路基處理方式、填挖高度、軟弱土層厚度等眾多因素影響。以柱錘沖擴樁處理地基為例，當路基填挖高度為2 m時，路基工后沉降理論計算如圖1所示。

通過圖1可以發現：

（1）雜填土地基不處理，路基工后沉降不滿足要求。

（2）當下臥淤泥質土厚度小于4 m時，僅處理雜填土，工后沉降基本滿足要求，下臥層厚度大于4 m時，不滿足要求。

綜上分析，現狀地基需進行相關地基處理。

3 地基處理方案比選

考慮段內地下水位較高，同時存在淤泥質土，選擇具有代表性的典型地段，采用柱錘沖擴樁、拌和料樁+柱錘沖擴樁以及振沖碎石樁多種方案開展現場試樁試驗。同時進行了原狀土、樁間土、樁體及復合地基的檢測。從現場施工和檢測資料可以得出以下結論：

（1）采用柱錘沖擴樁在建筑垃圾及生活垃圾內成孔容易（場地地下水位較高范圍，增加降水措施），樁體達到中密以上，樁間土擠密效果明顯，但在淤泥質土層（含腐爛生活垃圾層）中采用柱錘沖擴樁成孔困難。

（2）拌和料樁+柱錘沖擴樁，即先采用振動沉管施工下部拌和料后，再采用沖擴樁機施工上部柱錘沖擴樁。其在淤泥質土層范圍內拌和料膠結較差，但均能形成比較連續的樁體，基本能夠達到散粒材料樁的技術要求。

（3）振沖碎石樁施工時大量泥漿涌出地面，漫流施工現場，環境污染嚴重，通過現場成樁施工表明，該措施不適宜用于該工程地基處理。

通過試樁試驗進行方案比選可以發現：淤泥質土層（含腐爛生活垃圾層）厚度小于3 m時，適宜采用柱錘沖擴樁方案；淤泥質土層厚度大于3 m時，適宜采用柱錘沖擴樁結合拌和料樁。

下列地段正線路基基底無生活垃圾層、淤泥較薄，站線基底雖有生活垃圾，但淤泥較薄，采用柱錘沖擴樁或拌和料樁+柱錘沖擴樁處理地基：

KDK14+410～KDK15+025，長615 m；

KDK15+190～KDK15+300站線范圍，長110 m；

KDK15+930～KDK16+010站線范圍，長80 m。

4 施工工藝

4.1 施工方法及步驟

（1）按設計高程清理平整施工場地，布置樁位，確定樁孔位置并進行編號[7-8]。

（2）柱錘沖擴樁施工方法及步驟：

①成孔方法：利用沉管或柱錘沖孔跟進護管的方法成孔。柱錘沖擴樁宜用直徑300～500 mm、長度2～6 m、質量1～8 t的柱狀錘（柱錘）進行施工。②成樁：成孔時護管達到淤泥質土層頂面后，從淤泥質土頂面向下夯擊碎塊石成樁。根據淤泥層內樁身長度，按不小于0.65 m3/m填料量或貫入度滿足設計要求來控制淤泥層內沖擴樁施工。上部樁體按不小于0.65 m3/m填料量，將碎石（或碎石夾礫砂）分層填入樁孔進行夯實，直至樁頂高程。③對沒有淤泥質土地段，當孔深度達到設計要求時，在孔內填少量碎石繼續夯擊，直到孔底被夯密實，然后分層填料夯實成樁，直至設計樁頂高程。

（3）成孔灌注拌和料樁+柱錘沖擴樁施工方法及步驟：

①可根據地質情況選擇振動沉管或振動沉管與柱錘沖孔相結合的方式，將帶混凝土預制樁尖的護管下沉到淤泥質土層下持力層內不小于0.5 m成孔。②施工時當帶樁尖的護管底部沉至淤泥質土層頂面時，按淤泥質土層內樁長計算填料量，向孔內投放拌和料，邊下沉邊加料直至設計樁底，然后向上緩慢振動提升護管，直至淤泥質土頂面，拌和料則留在淤泥質土中，形成直徑不小于Φ0.5 m的拌和料樁。③待護管底升至雜填土內0.5 m左右，再向管內分層投放碎石或碎石夾礫砂填充料，采用柱錘夯擊填充料成樁，直至地面。

（4）柱錘沖擴樁在成樁過程中，用單擊貫入度來控制分次填料量和夯擊次數，單擊貫入度不大于20 cm（距地面1～2 m時，柱錘落距宜適當減小，采用低能量夯擊填充料成樁），填料量按不小于0.65 m3/m控制，以形成平均直徑不小于Φ0.8 m的碎石或碎石夾礫砂沖擴樁。

（5）每個樁孔應緊密夯填至平整后的地面高程。柱錘的質量、錘長、落距、分層填料量、夯擊次數等應根據施工情況確定，可以參照試樁相關工藝參數。

（6）施工中應做好記錄，并及時對發現的問題進行處理。施工質量要求見表2。

4.2 施工質量檢測

（1）施工過程中應隨時檢查施工記錄及現場施工情況，并對照預定的施工工藝標準，對每根樁進行質量評定。

（2）柱錘沖擴樁施工結束7～14 d后，采用重型動力觸探、鉆機取樣對樁身質量進行檢驗[9]。

①每一分區檢驗數量應分別不少于總樁數的3‰，且不少于3根。②在全樁長范圍內，在樁心附近采用鉆機取樣，以檢測樁身的完整性和連續性。

（3）柱錘沖擴樁施工結束7～14 d后應對樁間土的處理效果進行檢驗。

在樁間形心點、成孔擠密深度范圍內采用動力觸探對樁間土的擠密效果進行檢測，沿線路縱向連續每50 m抽樣檢驗不少于3處。

（4）柱錘沖擴樁承載力檢驗宜在成樁28d后進行。采用復合地基載荷試驗，檢驗數量為總樁數的2‰，并不少于3根。

5 地基處理效果檢測

KDK15+190～KDK16+010段站線范圍內的拌和料樁+柱錘沖擴樁在進行施工質量檢測時，復合地基均能滿足設計要求，但在對樁身進行鉆孔取芯和動探檢測時，由于上下兩段樁體分別采用不同的機具在不同的時間段內施工完成，存在上、下樁體對樁誤差，進行動探和鉆孔取芯時，下面的樁段存在打偏的情況，難以對下部拌和料樁進行鉆孔取芯和動探檢測。

為此，可通過選取代表性地段，采用堆載預壓，進行沉降觀測來判斷拌和料樁處理下部淤泥質土層是否滿足設計要求。

經過近6個月的沉降觀測，KDK15+200的地基累計沉降隨時間的變化如圖2所示。

KDK15+210～KDK15+235，KDK15+265～KDK15+

290段采用堆載預壓處理，結合路基實際沉降情況及整個工程工期的要求，堆載預壓期不少于6個月。設計預壓土高度為3.3 m，邊坡坡率為1∶1，頂面長15 m，頂面寬25 m，底面長21.6 m，底面寬31.6 m。堆載預壓路基橫斷面設計和觀測元件布置分別如圖3和圖4所示。

觀測結果如圖5和圖6所示。

自2012年9月7日—2013年3月24日進行觀測以來，各測點沉降量均在規范允許范圍內，到2012年12月已趨于穩定。累計最大沉降量發生在KDK15+200斷面的13#點，為58.63 mm，在沉降允許范圍內。結果表明：堆載預壓后路基變形量在允許范圍內，路基處理采用成孔灌注拌和料樁+柱錘沖擴樁能夠滿足設計要求。

6 結語

該文通過實際案例詳細分析了成孔灌注拌和料樁+柱錘沖擴樁在控制深厚層垃圾填土工后沉降中的技術優勢，得出以下結論：

（1）成孔灌注拌和料樁+柱錘沖擴樁結合方案在處理垃圾填埋場地基時，能有效解決由于淤泥質土層過厚，造成施工困難的問題，并為類似地層條件的地基加固提供借鑒。

（2）在經過成孔灌注拌和料樁+柱錘沖擴樁處理后，地基在堆載預壓6個月過程中，沉降較小，證明了該處理方案的有效性。

（3）柱錘沖擴樁法可以采用土、砂、石、建筑渣土等作為樁體材料，依據工程就地取材，其工程造價比較低，方案具有較為明顯的經濟性。

參考文獻

[1]徐曉兵， 詹良通， 陳云敏， 等. 城市生活垃圾填埋場沉降監測與分析[J]. 巖土力學， 2011（12）： 3721-3727.

[2]王恩遠， 劉熙媛. 柱錘沖擴樁法加固機理研究[J]. 建筑科學， 2008（9）： 63-67+49.

[3]牛志榮. 地基處理技術及工程應用[M]. 北京：中國建材工業出版社， 2004.

[4]代國忠， 林峰. 柱錘沖擴樁法地基加固機理與施工工藝[J]. 常州工學院學報， 2009（4）： 1-4.

[5]盧慶練. 大型鐵路客運站柱錘沖擴樁軟基加固施工技術[J]. 石家莊鐵路職業技術學院學報， 2016（4）： 28-33.

[6]鐵路路基設計規范： TB10001—2016[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2017.

[7]劉正峰. 地基與基礎工程新技術實用手冊[M]. 北京：海潮出版社， 2000.

[8]鐵路工程地基處理技術規程： TB10106—2023[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2023.

[9]鐵路工程測量規范： TB10101—2009[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2009.