高速公路基底垃圾填埋处治方案比选

张晓峰 赵双喜 赵俊茗 裴安邦 李 可

(甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730030)

随着国家基础设施的快速发展，构建高速公路综合交通运输体系，是推动国家重大战略实施，支撑全面建成小康社会的客观要求。然而，由于国内过去经济的低迷以及垃圾处理手段的落后，大多数生活垃圾及建筑垃圾只是进行了简单填埋处理，由于垃圾成分复杂，填筑杂乱，空隙大，结构松散，均匀性差，压缩性为中等，承载力低，极易产生不均匀沉降等问题[1-3]，使得高速铁路路基途经垃圾填埋场时必须经过特殊处理才能满足高速公路建设控制标准。已有大量研究针对不同地区、处理方式以及处治效果等方面对垃圾填埋场进行了研究[4-6]。然而，本文遇到的工程位于典型的黄土地区，众所周知，黄土自身湿陷性大，当与垃圾填埋场交织在一起时，对设计以及施工单位等都带来了重大挑战，因此，针对具体工程，本文进行了四种处治方案的详细对比，以期对未来相似工程提供指导借鉴作用。

1 概述

1.1 工程概况

某高速公路段路基位于兰州市西固区，施工图设计阶段YK40+880～YK41+360段已平整为地，并建有厂房等建筑物，按Ⅳ级湿陷性黄土进行基底冲击碾压+灰土换填处理，现场概况如图1所示。施工过程中，YK40+880～YK41+360段厂房等拆迁和清表时，发现该段基底为垃圾填埋区，设计单位随即进行了现场调查和补充勘探，共完成工程测绘0.2 km2；钻孔14孔，进尺411.6 m；工程物探剖面3条，长1 750 m，通过地勘基本查明该区域地质情况，YK40+880～YK41+150段基底主要以生活垃圾和建筑垃圾为主。

1.2 工程水文特性

水文地质条件：本地貌单元的含水层主要为黄河及其支流河(沟)谷河流相沉积的砂卵(碎石)层，谷潜水主要接受农田灌溉、大气降水和部分沟谷潜水的侧向补给。本次勘察未揭露该层。

根据本路段工程地质调绘、物探、钻探及室内试验结果，主要岩土层工程物理力学指标见表1。

表1 主要岩土层物理力学指标表

1.3 垃圾填埋场现状

根据勘探与调查，自1980年起一直倾倒垃圾，最深处大于30 m，下部黄土被渗透严重污染2 m～5 m。垃圾场沿路线方向呈不规则状分布，最大长度约650 m，最大宽度500 m，线路附近揭露最大厚度达38.3 m。均沿原有冲沟填筑，厚度不均。路线从垃圾场中上部通过。在YK40+900～YK41+070段，杂填土(垃圾)厚度在2 m～26.2 m，平均厚度17 m左右，呈南浅北深、东西两头浅中间深。

根据调查及钻探垃圾填筑体物质组成来看，其物质组成复杂，建筑垃圾及生活垃圾填筑杂乱，空隙大，结构松散，均匀性差；其次从动探原位测试结果来看，上覆填筑体动探击数N63.5=5～>50，其变化范围大，无规律可循，主要受动探试验点处填埋物质组成有关，其为砖块、水泥块等建筑垃圾时击数一般大于50，为松散生活垃圾时击数为5击左右；此外根据物探测试上覆垃圾填筑体波速在Vs=15 Ω·m～150 Ω·m之间，电阻率范围大，表明介质不均。

1.4 填筑土评价

填筑土以生活垃圾、建筑垃圾为主，生活垃圾上部多已用建筑垃圾、黄土覆盖。揭露垃圾厚度最大约38.3 m，平均含水量19%，根据多个钻孔资料，含水量在5 m～19 m较大；有机质含量5%～22%，下部黄土被渗透严重污染2 m～5 m。

2 变更设计方案

2.1 原设计方案

该区段原设计按Ⅳ级湿陷性黄土进行特殊路基处理，具体处治方案如下：

1)路基坡脚处5 m范围采用换填5%石灰土进行处治，中部采用原状素土翻挖2 m后重新填筑进行处治。填方坡脚排水沟内侧设置1.0 m宽、2.0 m高灰土隔水墙，隔水墙外侧包裹复合土工膜防渗。

2)基底采用25 kJ冲击压路机碾压20遍，碾压后地面以下100 cm深度内土的压实度最低应达到90%，使之湿陷性系数小于0.015。

2.2 病害分析及变更理由

软弱地基由于强度低，工后沉降大，不能直接作为道路路基使用，本段垃圾填埋区主要以生活垃圾和建筑垃圾为主，成分复杂，填筑杂乱，空隙大，结构松散，均匀性差，压缩性为中等，承载力低，极易产生不均匀沉降。

由于本区路基填土高度为8 m左右，地面以上填筑路基部分按正常路基填筑，保证施工质量的前提下不会产生病害，主要的路基病害源自软弱基底，如果该路段填埋前冲沟纵坡较大，在渗水作用下垃圾覆盖层及以下1 m～2 m原状土容易形成深厚软弱层，产生沿冲沟方向的蠕滑条件，由于填埋垃圾结构松散，填筑路基施工完成后在自重及附加荷载作用下可能产生路基蠕滑等病害，造成路基拉裂，反射至路面形成纵向裂缝。

本段垃圾填埋区主要路基病害为软弱地基，生活垃圾填埋深度较深(最大厚度为26.5 m)，故原设计仅采用湿陷性黄土特殊路基处理无法满足路基基底承载力及工后沉降要求。变更设计拟采用复合地基对软弱基底进行处治，以提高路基承载力，减小工后不均匀沉降。

2.3 复合地基类型比选

1)由于垃圾覆盖层填筑杂乱，空隙大，结构松散，均匀性差，采用复合地基处理后基底局部产生不均匀沉降导致桩体容易出现倾斜，倾斜后桩体承受剪切荷载，因此宜选用抗压及抗剪性能良好的桩体，柔性桩不宜使用。

2)由于垃圾空隙大且生活垃圾与浆液粘结性差，高压旋喷桩、灌注桩可能出现跑浆、夹层等现象，导致浆液利用率及成桩后强度低，因此不宜使用。

3)由于该垃圾场为生活垃圾、建筑垃圾混填，成分复杂且填筑杂乱，建筑垃圾内含有大量大粒径孤石存在不宜钻孔，生活垃圾容易塌孔，故不宜采用CFG桩等钻孔桩。

2.4 变更方案

方案一：采用高强度预应力管桩+桩帽进行基底加固处理。具体处治方案如下：

路基范围内垃圾场处治采用直径40 cm，壁厚95 mm的预应力管桩，桩间距为2.0 m，正方形布置。桩帽采用尺寸为长1.2 m×宽1.2 m×高0.35 m的C30混凝土现浇，桩顶增设0.6 m厚天然砂砾褥垫层并铺设一层土工格栅，以减小桩体向上的刺入变形。

方案二：采用高强度预应力管桩+筏板(桩筏结构)进行基底加固处理。具体处治方案如下：

路基范围内垃圾场处治采用直径40 cm，壁厚95 mm的预应力管桩，桩间距为2.0 m，正方形布置。桩顶采用C30现浇混凝土联系梁进行连接，其中纵横梁宽0.4 m，高0.5 m，以提高桩的整体性能，减小路基不均匀沉降。

方案三：采用孔内深层强夯进行基底加固处理。具体处治方案如下：

路基范围内垃圾场处治采用直径200 cm的扩孔挤密桩，桩间距为3.6 m，桩长15 m，等边三角形布置，桩身采用素土(黄土)回填，不得含有有机杂物，粒径不大于15 mm。成孔宜采用冲扩法(不排土法)。

方案四：采用8 m～30 m桥跨越垃圾场。

2.5 变更方案对比分析

对各处治方案从处治深度、工后沉降、施工速度、整体性以及造价等方面进行了详细比较，对比结果如表2所示。

表2 处治方案比对

经各方面比对分析后，选择方案一为本项目处治高速公路路基途经垃圾填埋场段方案。

3 结语

由于垃圾成分复杂，填筑杂乱，空隙大，结构松散，均匀性差，压缩性为中等，承载力低，极易产生不均匀沉降等问题。因此，当垃圾填埋场作为路基段时，必须谨慎处理，以免对后续工程造成不利影响，其处治方案需根据各省市具体情况探讨比选，针对本典型黄土地区，最终综合比较后，选择采用高强度预应力管桩+桩帽进行基底加固处理。经后期线路正式通车运营，从现场长期沉降监测结果可知，处治方案符合预期效果，满足了规范规定的高速公路沉降控制标准。