錢瑋

（江蘇中設(shè)集團(tuán)股份有限公司,江蘇 無錫 214072）

1 概述

道路工程為線形建設(shè)項(xiàng)目,路線經(jīng)過地區(qū)地質(zhì)復(fù)雜,長三角平原地區(qū)常會遇到的淤泥質(zhì)或粉質(zhì)軟土等含水量較大、地質(zhì)承載力較低的土質(zhì),這類型土質(zhì)處理已有相對比較成熟的軟土地基處理經(jīng)驗(yàn),一般采用換填法、豎向排水板法、粉噴樁等處理方式,以提高路基承載力、強(qiáng)度,保證路基穩(wěn)定性,避免路基出現(xiàn)沉降等問題。

隨著城市的快速發(fā)展,城市垃圾的數(shù)量逐年增加,道路設(shè)計(jì)時(shí)無法避讓時(shí),對道路路基處理帶來較大困難。這些垃圾一般為當(dāng)?shù)夭鸾ㄟ^程中的固體廢棄物,多為渣土、碎石塊、混凝土塊、植物根莖等,甚至?xí)芯幙棗l、生活雜物等,成分復(fù)雜。

本文結(jié)合雜填土土質(zhì)情況,工程地基處理要求,結(jié)合實(shí)際工程,提出幾種路基處理方案,盡量提高雜填土利用率及就地處置率,減少換填土方引起的建設(shè)成本和土地成本,提高經(jīng)濟(jì)效益兼顧環(huán)保效益。

2 雜填土工程特性

城市里的雜填土,主要以生活垃圾和工業(yè)及建筑垃圾為主,文獻(xiàn)提出,對我國多個(gè)城市的垃圾成分調(diào)查,有機(jī)類物質(zhì)占40%,無機(jī)類物質(zhì)占15%左右。該類雜填土特征為均勻性差、植物腐殖質(zhì)含量高,因填埋時(shí)無壓實(shí)度要求,空隙大,雜填土中還可能存在一些污染物。

此類土質(zhì)經(jīng)壓縮后,孔隙比也大于同類荷載條件下的其他土類孔隙比。其土的壓縮性隨著垃圾土中有機(jī)質(zhì)含量的增加而增加。對于路基工程而言,更關(guān)注垃圾土的沉降參數(shù),其e-lgp 曲線是非線性的,生化降解是影響垃圾土長期沉降的主要因素。此類土質(zhì)需要解決的主要問題不再是降低含水量的問題,而是路基荷載和車輛荷載作用下,可能出現(xiàn)的沉降、坍塌等問題。

此類雜填土填埋場深度如果小于5 米,一般采用換填法,完全清除雜填土后,外運(yùn)素土（必要時(shí)摻灰）,按道路路基施工要求分層碾壓后,進(jìn)行正常路基路面施工。但當(dāng)此類雜填土填埋場深度大于5 米時(shí),需要從其工程經(jīng)濟(jì)性、工期、以及換填后的工后沉降等問題重新考慮路基處理方案。

3 實(shí)際工程的處理方案

本文以某一實(shí)際工程為例,該工程為蘇南某地一新建城市主干道,在項(xiàng)目建設(shè)過程中,發(fā)現(xiàn)一處雜填土填埋場,因土方量巨大,該處處理方案成為重要節(jié)點(diǎn)。

3.1 地質(zhì)情況

本工程在路基開挖過程中,發(fā)現(xiàn)約200 米路基下多處存在黑色類似粉煤灰性狀物質(zhì)并夾雜塑料袋、衣物等生活雜填土。從現(xiàn)場情況看,此類物質(zhì)大面積分布,且分布情況不明確,均在約50cm 表層雜填土以下位置。

地質(zhì)勘查項(xiàng)目組對該區(qū)域出現(xiàn)的雜填土范圍、土質(zhì)情況進(jìn)行補(bǔ)勘調(diào)查。經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析,最終確認(rèn)了雜填土分布的具體平面位置、分布的深度、該層土質(zhì)的承載能力等力學(xué)指標(biāo)分析。

根據(jù)補(bǔ)勘,查明范圍為主線約255m（見圖1）,呈不規(guī)則分部,厚度3.1m～10m 不等。表層覆蓋有1a 層雜填土（建筑垃圾）：雜色,稍濕～濕,主要由碎石、碎磚塊、砼塊、碎石渣、煤渣等建筑垃圾組成,局部夾少量黏性土,碎石含量一般約10%～30%,粒徑一般10～80mm,土質(zhì)不均,結(jié)構(gòu)松散,壓縮性較大?？辈旖沂竞穸葹?.50～5.80m。下層為1aa 層雜填土（生活垃圾）,為補(bǔ)勘重點(diǎn)：雜色,稍濕～濕,主要由碎石、碎磚塊、砼塊、碎石渣、煤渣等建筑垃圾和塑料袋、廢棄衣物等生活垃圾組成,局部夾少量黏性土,生活垃圾與建筑垃圾混雜,分布不均,結(jié)構(gòu)松散,壓縮性較大?？辈旖沂竞穸葹?.10～10.00m。

同時(shí)經(jīng)第三方檢測單位對此段雜填土填埋場內(nèi)垃圾性質(zhì)進(jìn)行毒樣分析。報(bào)告詳細(xì)分析了垃圾中的化學(xué)成分性質(zhì),報(bào)告中的化學(xué)成分含量指標(biāo)均反映在對人體無影響。結(jié)合地勘報(bào)告,工程分類評級為I 類環(huán)境,具有微腐蝕性,雜填土土質(zhì)對工程方案沒有影響。

3.2 初選處理方案

從勘探報(bào)告顯示,填埋場最深處約10m,整個(gè)填埋場內(nèi)均為生活垃圾和建筑垃圾,預(yù)估雜填土方量近10 萬方。生活垃圾會腐化壓縮,產(chǎn)生變形,對路基穩(wěn)固不好,易造成路基塌陷。

雜填土填埋場位于項(xiàng)目分離式立交的橋頭段,橋頭填土高度約5 米。該工程道路等級為城市主干道,橋頭工后沉降按10cm 控制。在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí),從土質(zhì)適應(yīng)性、工后沉降要求、減少外運(yùn)土方量、縮短工期、降低造價(jià)等多方面因素進(jìn)行定性分析并篩選。因豎向排水法、粉噴樁等軟基處理方案對生活雜填土土質(zhì)無適應(yīng)性,不再作為對比項(xiàng)。

表1 地基處理比較表

從以上比較可以看出,換填法需將路基范圍內(nèi)的固廢垃圾、生活垃圾全部清除,采用5%石灰土換填。雖然該方案可以消除軟土對路基的影響,緩解不均勻沉降,但由于挖方及回填量較大、軟土較深,施工難度大、周期長,工后沉降較難控制、換填效果風(fēng)險(xiǎn)大,工程費(fèi)用增加較多,同時(shí)開挖出來的大量垃圾土需要外運(yùn),或另覓地方填埋,占用土地、對生態(tài)環(huán)境影響大。因此換填法不再作為方案備選項(xiàng),而選取樁板結(jié)構(gòu)、預(yù)制管樁兩種方案進(jìn)行充分分析與比較。

3.3 方案一 樁板結(jié)構(gòu)

3.3.1 板樁結(jié)構(gòu)路基是路基下鋼筋混凝土樁基、路基與上部的鋼筋混凝土承載板組成,板樁固接,并與路基土共同組成一個(gè)承載結(jié)構(gòu)。它充分利用樁- 板- 土三者的共同作用來滿足路基的穩(wěn)定與變形要求。該形式結(jié)構(gòu)簡單、受力明確,具有較高的縱向、橫向和豎向剛度,縱橫向穩(wěn)定性好,豎向變形小。本項(xiàng)目希望減少雜填土外運(yùn)問題,而考慮樁板結(jié)構(gòu)。

3.3.2 受力計(jì)算

板樁結(jié)構(gòu)其實(shí)質(zhì)為一種超靜定結(jié)構(gòu),本次計(jì)算重點(diǎn)是計(jì)算結(jié)構(gòu)樁長。

本次采用橋梁通軟件,將板樁結(jié)構(gòu)簡化為10m 簡支板梁,進(jìn)行樁長計(jì)算?；钶d支反力按設(shè)計(jì)荷載城-A 自動計(jì)算,重要性系數(shù)為1.1,橫向布載時(shí)車道荷載按1 列加載,車輛荷載采用1 到6 列分別加載計(jì)算,車輛荷載的分項(xiàng)系數(shù)采用1.8。采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁,樁徑1.0m。

經(jīng)計(jì)算,樁頂軸力為1559.7KN,最小樁長27.83m。

3.3.3 設(shè)計(jì)方案

樁板結(jié)構(gòu)全長為280m,標(biāo)準(zhǔn)跨徑為10m,共28 跨,總面積為11200m2。橋梁采用雙幅橋,在中分帶左右幅間設(shè)置2cm斷縫。單幅樁板橋?qū)挾葹?3～25.5m,縱向每4 跨設(shè)置一道4cm 縱向伸縮縫（見圖2）。橋面板厚度0.6～1.0m,在樁頂處設(shè)置1.5×1.0cm 橫系梁,基礎(chǔ)采用直徑1.0m 鉆孔灌注樁基礎(chǔ),計(jì)算樁長為27.83m,最終樁長按照進(jìn)入持力層31m 計(jì)入工程量。

圖2 順橋向立面布置圖

采用此方法,無需進(jìn)行生活雜填土、固廢土處置。

板樁結(jié)構(gòu)以上攤鋪瀝青面層,采用8cmC40 混凝土調(diào)平層+10cm 瀝青混凝土,混凝土鋪裝內(nèi)設(shè)置D10 橋面鋼筋網(wǎng)。

3.4 方案二預(yù)制管樁

3.4.1 PHC 管樁是先張預(yù)應(yīng)力離心成型工藝,并經(jīng)過10個(gè)大氣壓(1.0Mpa 左右)、180℃左右的蒸汽養(yǎng)護(hù),制成一種空心圓筒型混凝土預(yù)制構(gòu)件。PHC 管樁適應(yīng)性強(qiáng),適合各類土質(zhì),樁身混凝土強(qiáng)度高,可打入密實(shí)的砂層和強(qiáng)風(fēng)化巖層。擠壓作用下樁端承載力可比原狀土質(zhì)提高70%～80%,樁側(cè)摩阻力提高20%～40%。因此,PHC 管樁承載力設(shè)計(jì)值要比同樣直徑的沉管灌注樁、鉆孔灌注樁和人工挖孔樁高。PHC 管樁是工廠化、專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),樁身質(zhì)量可靠;運(yùn)輸?shù)跹b方便,機(jī)械化施工程度高,操作簡單,易控制,施工速度快、工效高、工期短,社會效益大。

3.4.2 受力計(jì)算

按照《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》（JTGT D31-02-2013）規(guī)定,對該方案進(jìn)行驗(yàn)算。

3.4.2.1 采用理正軟土地基路堤設(shè)計(jì)軟件,對路基工后沉降作驗(yàn)算。地基總沉降采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法,主固結(jié)沉降采用e-p 曲線法,沉降計(jì)算考慮超載,超載產(chǎn)生的地基附加應(yīng)力采用直接法,沉降修正系數(shù)1.2,基底壓力按多層土實(shí)際容重計(jì)算,加固區(qū)主固結(jié)沉降采用復(fù)合地基樁身壓縮量法,樁身變形模量35Mpa,計(jì)算時(shí)考慮彌補(bǔ)地基沉降引起的路堤增高量,工后基準(zhǔn)期起算時(shí)間為最后一級加載(路面施工)結(jié)束時(shí)。管樁按正方形布置,樁間距2.5m,樁直徑0.4m、壁厚0.095m,按管樁進(jìn)入持力層長度20m 進(jìn)行試算。樁頂路堤設(shè)計(jì)高度按5.0m 計(jì),路堤設(shè)計(jì)頂寬26m。工后沉降基準(zhǔn)期結(jié)束時(shí)間180 月。地基土層數(shù)6 層,地下水埋深1.5m。（表2）

表2 地基參數(shù)1

經(jīng)計(jì)算,路面竣工后,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的殘余沉降2.6cm,滿足工后沉降10cm 的要求。

3.4.2.2 根據(jù)細(xì)則5.8 關(guān)于剛性樁的規(guī)定,作單樁承載能力驗(yàn)算。同沉降計(jì)算參數(shù),可計(jì)算得樁頂上荷載壓力Fcap 為195.95KN。（表3）

表3 地基參數(shù)2

管樁設(shè)計(jì)承載力用經(jīng)驗(yàn)法和雙橋探頭靜力觸探兩種方法分別驗(yàn)算,最終數(shù)值為332.2KN 和339.9KN,均大于Fcap,即單樁設(shè)計(jì)承載力滿足要求。

3.4.3 設(shè)計(jì)方案

主線橋頭段（30m）,為減少固廢挖方,在挖除[1a] 雜填土(生活垃圾、固廢)至路床頂面以下150cm 后,實(shí)施PHC 管樁（橋頭處理后工后沉降為2.6cm）,樁徑40cm,樁長20m,樁間距2.5m；橋頭過渡段（50m）采用PHC 管樁,樁長20m,樁間距3.0m。同時(shí)為緩解不均勻沉降,主線兩側(cè)的輔道及其他固廢范圍內(nèi)開挖至路床頂面以下150cm 后,也增設(shè)PHC 管樁加固處理（見圖3）。管樁采用靜壓法施工,壓樁至設(shè)計(jì)深度后再澆筑樁帽,鋪筑碎石墊層,形成復(fù)合地基。

圖3 管樁布置設(shè)計(jì)圖

該方案將路基范圍內(nèi)路床部分的雜填土（生活垃圾、固廢）清除,換填符合路基填筑要求的灰土,路床以下采用PHC 管樁加固,降低軟土對路基影響的同時(shí)減少了開挖回填的工作量,施工難度小,工期短。本方案開挖的雜填土（生活垃圾、固廢）約2 萬立方,經(jīng)過篩分可以回填至該段河塘內(nèi),填筑材料（約1 萬立方）,多余垃圾土填筑至綠化帶內(nèi)。

3.5 方案比選（表4）

表4 方案比選表

通過對樁板結(jié)構(gòu)和預(yù)制管樁兩個(gè)方案在施工難度、施工工期、處理效果、環(huán)境保護(hù)及經(jīng)濟(jì)性分析等多方面比選,最終采用預(yù)制管樁處理方案。從實(shí)際施工情況看,確實(shí)施工方在一個(gè)月內(nèi)很順利完成了該段路基施工,保證項(xiàng)目按期完工。

4 結(jié)論

本文所論述的生活雜填土處理方案,適用于填埋深度較深的情況。該方案采用管樁施工,滿足地基承載力和工后沉降的要求,采用工廠化預(yù)制,施工速度快,工程造價(jià)省,施工質(zhì)量有保證等優(yōu)點(diǎn)。原本較深的大面積需要清除的屬于“垃圾”范疇的雜填土保留于路基填筑中,既節(jié)省了清運(yùn)雜填土的大量費(fèi)用和時(shí)間,節(jié)省了工期,又避免另尋垃圾土堆填場地,保護(hù)了生態(tài)環(huán)境,同時(shí)施工過程中未對周圍環(huán)境造成影響,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)保效益。