垃圾填埋场城市道路地基处理方案研究

文/娄中波 张朝清

我国城市化进程加快，城市垃圾的增长速度也在加快。20世纪80年代—21世纪初，由于城市垃圾处理能力相对滞后于城市生活垃圾的增长速度，在城市近郊出现了很多小型的简易垃圾处理场，统计资料显示，仅北京近郊就有数百个简易的生活垃圾处理场［1］。随着城市面积的进一步扩张，以前的城市近郊，开始规划建设，位于城市近郊的简易垃圾处理场随着城市规划的更新，调整为城镇建设用地的案例屡见不鲜。

垃圾土工程力学性能差、抗剪强度小、压缩性高，腐化空洞后自身承载能力低。国内外关于垃圾填埋场的研究主要集中于填埋场地本身的稳定性和安全性方面，如何加固垃圾土地基，提高地基承载能力和后续稳定性，以利于市政工程建设，成为了摆在市政工程建设者面前的棘手问题。本文以实际工程为例，介绍垃圾填埋场地基处理方法。

1 工程概况

郑州市某城市次干路采用单幅路形式，双向四车道，标准横断面布置形式：5 m 人行道+20 m 车行道+5 m人行道。道路规划标高接近原场地标高，填挖高为-0.5～0.2 m，沥青混凝土路面结构，要求路床顶面的土基回弹模量≥30 MPa。

根据地质勘察报告，场地地层属第四系全新统和上更新统，按其物理力学性质及工程地质特性，自上而下依次为杂填土、粉土粉土杂填土层厚度大多为1.2～1.5 m，但沿线存在多处简易生活垃圾填埋场，涉及路线长度约600 m。

2 垃圾土埋藏情况

垃圾土大致可分为4 个独立的区域：A 区长160 m，宽15～30 m，深度约15 m；B 区长37 m，深9.6 m，宽25～30 m；C 区长131 m，深5.3 m，宽15.5～36 m；D 区长259.6 m，深6.5～8.5 m，宽13.9～36。

以上区域内垃圾土的生活垃圾含量40%～70%。生活垃圾具有易腐化空洞、路基填埋环境下易产生恶臭气体等特性，属特殊土，不得直接用于路基填筑。C区垃圾埋深较浅，A、B、D 区，垃圾土较深且距离周边在建建筑物较近。

3 垃圾土地基处理方案

3.1 常用方案

国内常用的垃圾土地基处理方案为换填法，即将垃圾土挖除后，换填符合路基要求的材料。C区垃圾土埋深较浅且距离周边建筑物较远，推荐采用换填法。A、B、D区域垃圾土较深且距离周边地块的建筑很近，采用全部挖除换填的方案不具备可行性，这是因为：

1）清运区域紧邻已建高层建筑，垃圾清运时需要对基坑进行支护，工期长，建设成本高；

2）一次性挖出的垃圾方量将近10万m3，附近无如此大容量处理能力的垃圾处理场，垃圾清理后无处消纳；

3）垃圾土外运成本高昂，清运垃圾需要租用专用的垃圾运输车，还需要远运到周边的垃圾处理场，清运加处理费用超过300元/m3。

3.2 深层地基处理方案

3.2.1 方案比选

对于深层地基处理方案，国内通常采用强夯法、加固土桩法、挤密桩法和预制桩法。见表1。

表1 地基处理工艺的适用性分析

由表1可知，挤密桩法和预制桩法适用于本工程，以下对这两种方案进行比选。

3.2.2方案确定

挤密桩通常先通过振动、冲击等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石挤压入土孔中，形成大直径的密实桩体。成孔过程中，桩管周围地基土受水平挤压作用，孔隙率减小，密实度增加，承载力提高［2］。预制管桩是刚性桩，可通过静压或锤击法施工。施工过程中，对桩间土体也有明显的挤密作用［3］。

1）施工难易程度：两种方法均有成熟的施工工艺；但预制管桩具有打设速度快，成桩质量好的优点。

2）环境污染及工期：预制桩在工厂预制成型，现场打设，无需破土施工，无环境污染，可在冬季“封土令”期间施工，节省工期；挤密桩需进行露天施工，存在施工扬尘且“封土令”期间存在碎石外购困难等问题，影响工期。

3）抵抗垃圾土腐化变质：预制管桩为刚性桩，后期受垃圾土腐化影响较小；挤密桩为散体桩，主要是挤密桩间土体，通过桩土共同作用进行地基加固，本工程垃圾土虽已填埋多年，但后期发生腐化降解，仍对地基承载力影响较大。

4）经济性：预制管桩单延米造价较挤密桩略贵。

本工程为周边地块的配套工程，目前，周边项目已经部分建设完成，政府对工期要求很紧；因此综合比较工期、成桩质量、工程造价等多方面因素，推荐采用预制桩的地基处理方式。

3.2.3 试桩

为进一步确定方案的可行性，对预制桩进行试桩，桩径0.5 m，桩间距2.5 m。分别采用钻探勘察和静力触探方式对垃圾土的加固效果进行检测。勘察孔一组位于打桩范围内，另一组远离打桩范围。见图1。

图1 试桩及钻孔布置

经钻孔勘测，打桩处理后桩间土的摩阻力有明显提高。经承载能力试验，桩基复合地基承载力超160 MPa，满足设计要求。

4 地基处理方案设计

4.1 地基处理

场地内的探坑先采用素土分层回填，施工前应对场地碾压密实。预制桩三角形布置，采用锤击法或静压法成桩，预制桩须穿透垃圾土层进入持力层1.5 m以上。桩基验收合格后，铺筑石灰土垫层，层间铺设两层钢塑土工格栅。石灰土7 d 龄期无侧限抗压强度标准0.7 MPa。

4.2 生活垃圾封场处理

生活垃圾填埋场可看作是一个生物化学反应堆，无时无刻不在发生着生物化学反应。在这个反应堆中，各种垃圾是主要的输入物质，填埋气体、渗滤液是主要的输出物质。随着渗滤液的输出，垃圾土体含水量不断增大，使得垃圾土骨架软化，工程力学强度降低，承载能力下降，导致沉降变形增大［4］；而减少渗滤液产生的直接手段，就是做好垃圾土体的防水和隔水设计。

经调研，本工程所在垃圾处理场已经过8 a以上的理化反应，接近稳定；但为了最大限度减小渗滤液的产生，在桩顶设置了灰土垫层：一是协调桩土共同作用；二是为了防止降雨、地表径流等侵入垃圾土体，同时阻断填埋气体与外界环境的联系。

5 结语

由于新鲜垃圾土在填埋初期，内部水解和生化反应比较剧烈，对地基土影响较大；因此，对于刚刚封场的垃圾土地基，应尤其重视垃圾土的腐化变质问题。垃圾填埋场作为路基基础时，首先要保证路基强度和稳定性，其次还要考虑垃圾土的环境污染问题。实施过程需考虑雨水导排、封堵、防渗及后续渗滤液处理问题，在确保安全、环保、经济的情况下，根据工程实际情况制定可实施性方案。