錢瑋

（江蘇中設集團股份有限公司,江蘇 無錫 214072）

1 概述

道路工程為線形建設項目,路線經(jīng)過地區(qū)地質(zhì)復雜,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,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,道路設計時無法避讓時,對道路路基處理帶來較大困難。這些垃圾一般為當?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,甚至會有編織條、生活雜物等,成分復雜。

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成本和土地成本,提高經(jīng)濟效益兼顧環(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,文獻提出,對我國多個城市的垃圾成分調(diào)查,有機類物質(zhì)占40%,無機類物質(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,因填埋時無壓實度要求,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,外運素土（必要時摻灰）,按道路路基施工要求分層碾壓后,進行正常路基路面施工。但當此類雜填土填埋場深度大于5 米時,需要從其工程經(jīng)濟性、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 實際工程的處理方案

本文以某一實際工程為例,該工程為蘇南某地一新建城市主干道,在項目建設過程中,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。

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)勘查項目組對該區(qū)域出現(xiàn)的雜填土范圍、土質(zhì)情況進行補勘調(diào)查。經(jīng)實驗分析,最終確認了雜填土分布的具體平面位置、分布的深度、該層土質(zhì)的承載能力等力學指標分析。

根據(jù)補勘,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）,為補勘重點：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。勘察揭示厚度為3.10～10.00m。

同時經(jīng)第三方檢測單位對此段雜填土填埋場內(nèi)垃圾性質(zhì)進行毒樣分析。報告詳細分析了垃圾中的化學成分性質(zhì),報告中的化學成分含量指標均反映在對人體無影響。結(jié)合地勘報告,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

從勘探報告顯示,填埋場最深處約10m,整個填埋場內(nèi)均為生活垃圾和建筑垃圾,預估雜填土方量近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。在進行方案設計時,從土質(zhì)適應性、工后沉降要求、減少外運土方量、縮短工期、降低造價等多方面因素進行定性分析并篩選。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)無適應性,不再作為對比項。

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、換填效果風險大,工程費用增加較多,同時開挖出來的大量垃圾土需要外運,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,而選取樁板結(jié)構(gòu)、預制管樁兩種方案進行充分分析與比較。

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。本項目希望減少雜填土外運問題,而考慮樁板結(jié)構(gòu)。

3.3.2 受力計算

板樁結(jié)構(gòu)其實質(zhì)為一種超靜定結(jié)構(gòu),本次計算重點是計算結(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,進行樁長計算?；钶d支反力按設計荷載城-A 自動計算,重要性系數(shù)為1.1,橫向布載時車道荷載按1 列加載,車輛荷載采用1 到6 列分別加載計算,車輛荷載的分項系數(shù)采用1.8。采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁,樁徑1.0m。

經(jīng)計算,樁頂軸力為1559.7KN,最小樁長27.83m。

3.3.3 設計方案

樁板結(jié)構(gòu)全長為280m,標準跨徑為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置2cm斷縫。單幅樁板橋?qū)挾葹?3～25.5m,縱向每4 跨設置一道4cm 縱向伸縮縫（見圖2）。橋面板厚度0.6～1.0m,在樁頂處設置1.5×1.0cm 橫系梁,基礎采用直徑1.0m 鉆孔灌注樁基礎,計算樁長為27.83m,最終樁長按照進入持力層31m 計入工程量。

圖2 順橋向立面布置圖

采用此方法,無需進行生活雜填土、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)設置D10 橋面鋼筋網(wǎng)。

3.4 方案二預制管樁

3.4.1 PHC 管樁是先張預應力離心成型工藝,并經(jīng)過10個大氣壓(1.0Mpa 左右)、180℃左右的蒸汽養(yǎng)護,制成一種空心圓筒型混凝土預制構(gòu)件。PHC 管樁適應性強,適合各類土質(zhì),樁身混凝土強度高,可打入密實的砂層和強風化巖層。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 管樁承載力設計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、標準化生產(chǎn),樁身質(zhì)量可靠;運輸?shù)跹b方便,機械化施工程度高,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 受力計算

按照《公路軟土地基路堤設計與施工技術(shù)細則》（JTGT D31-02-2013）規(guī)定,對該方案進行驗算。

3.4.2.1 采用理正軟土地基路堤設計軟件,對路基工后沉降作驗算。地基總沉降采用經(jīng)驗系數(shù)法,主固結(jié)沉降采用e-p 曲線法,沉降計算考慮超載,超載產(chǎn)生的地基附加應力采用直接法,沉降修正系數(shù)1.2,基底壓力按多層土實際容重計算,加固區(qū)主固結(jié)沉降采用復合地基樁身壓縮量法,樁身變形模量35Mpa,計算時考慮彌補地基沉降引起的路堤增高量,工后基準期起算時間為最后一級加載(路面施工)結(jié)束時。管樁按正方形布置,樁間距2.5m,樁直徑0.4m、壁厚0.095m,按管樁進入持力層長度20m 進行試算。樁頂路堤設計高度按5.0m 計,路堤設計頂寬26m。工后沉降基準期結(jié)束時間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)計算,路面竣工后,設計基準期內(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)細則5.8 關(guān)于剛性樁的規(guī)定,作單樁承載能力驗算。同沉降計算參數(shù),可計算得樁頂上荷載壓力Fcap 為195.95KN。（表3）

表3 地基參數(shù)2

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

3.4.3 設計方案

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PHC 管樁加固處理（見圖3）。管樁采用靜壓法施工,壓樁至設計深度后再澆筑樁帽,鋪筑碎石墊層,形成復合地基。

圖3 管樁布置設計圖

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)和預制管樁兩個方案在施工難度、施工工期、處理效果、環(huán)境保護及經(jīng)濟性分析等多方面比選,最終采用預制管樁處理方案。從實際施工情況看,確實施工方在一個月內(nèi)很順利完成了該段路基施工,保證項目按期完工。

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,采用工廠化預制,施工速度快,工程造價省,施工質(zhì)量有保證等優(yōu)點。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)省了清運雜填土的大量費用和時間,節(jié)省了工期,又避免另尋垃圾土堆填場地,保護了生態(tài)環(huán)境,同時施工過程中未對周圍環(huán)境造成影響,具有較好的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)保效益。