楊書源

（天津市環(huán)境衛(wèi)生工程設計院，天津300201）

商河縣生活垃圾無害化處理場庫區(qū)雜填土地基處理

楊書源

（天津市環(huán)境衛(wèi)生工程設計院，天津300201）

針對山東省商河縣生活垃圾無害化處理場工程地質條件及垃圾堆載特點，介紹了地基處理方法的選用原則，根據地勘建議做水泥深層攪拌樁處理，與建筑常用的強夯法、換填法等處理方法進行綜合分析比選，確定采用強夯法處理最為適合，并提出了具體的施工方法，對強夯后地基進行載荷試驗檢測，結果符合設計要求。

垃圾填埋場；庫區(qū)地基處理；處理方法比選；強夯法

1 工程場地及設計條件

商河縣生活垃圾無害化處理場位于商河縣城區(qū)東約5 km，孫集鄉(xiāng)小郭家村南，在原垃圾臨時堆放場基礎上進行改擴建。

現場地自然標高約為12.00 m，地勢低洼，地表面以下大部分有蘆葦根，東西向有1道水渠通過，按工藝要求庫底設計標高最低點11.00 m，庫區(qū)四周筑壩，壩頂平均標高14.30～14.50 m，庫區(qū)西面為管理區(qū)及污水處理區(qū)，設計室外地坪標平均標高14.30 m，場區(qū)的東北部大坑為原垃圾臨時堆放區(qū)，區(qū)域所處位置為設計壩基和填埋庫區(qū)。占地面積2 500～3 000 m2，堆填總厚度約為8 m，堆放時間5～6 a。現有回填垃圾雜填土頂部標高12.30～15.46 m，庫底設計標高以下現有垃圾雜填土還有約6 m深，垃圾底部標高約5.00 m，地下水位標高8.7 m。從開挖現場看，回填垃圾為雜填土，主要成分為塑料布、石子等大顆粒物，細粒部分為爐灰等土壤類物質，黑色、分散、質粒不均勻，基本腐化為不穩(wěn)定的似土壤類物質。

場地地層主要由粉土、黏性土組成，自上而下劃分為6層，分述如下。

第①層粉土：0.00～0.50 m為素填土。厚度2.80～6.80 m，平均厚度4.01 m；層底標高7.41～13.24 m，平均標高9.00 m。

第②層黏土：厚度1.75～4.30 m，平均厚度2.62 m；層底標高4.35～9.24 m，平均標高6.38 m。

第③層粉土：厚度1.15～3.20 m，平均厚度2.31 m；層底標高2.25～7.04 m，平均標高4.07 m。

第④層粉土夾粉質黏土：厚度2.30～4.55 m，平均厚度3.55 m；層底標高-0.74～3.24 m，平均標高0.53 m。

第⑤層粉質黏土夾粉土：厚度1.90～4.10 m，平均厚度3.07 m；層底標高-3.79～0.44 m，平均標高-2.55 m。

第⑥層粉土：厚度2.10～5.85 m，平均厚度3.88m；層底標高-8.47～-2.06m，平均標高-6.35m。

根據勘察報告所提供的工程地質條件［1］，設計庫底地基持力層為第①層粉土，稍密，分布普遍，屬中等壓縮性土，地基承載力特征值fak＝100 kPa。

局部區(qū)域原垃圾雜填土底部為第④層粉土夾粉質黏土，中密～密實，分布普遍，屬中等壓縮性土，地基承載力特征值fak＝140 kPa?？辈炱陂g，地下潛水位埋深0.95～5.54 m，設計抗浮水位標高11.00 m。

按照填埋工藝設計要求庫底設計標高以上垃圾填埋高度為21 m，庫底面荷載最大值約為210 kPa，設計庫區(qū)底部標高以下局部區(qū)域存在的垃圾雜填土，已經不能滿足地基承載力及變形的要求，地基需要進行處理。

2 地基處理設計方案

2.1 概述

根據工藝提供的垃圾填埋堆體空間尺寸及填埋工藝，地面荷載為大面積堆載，根據勘察報告［1］，天然地基不經處理已經不能滿足地基承載力及穩(wěn)定性要求。垃圾場主堆放場建議采用水泥土攪拌樁復合地基，以第④層粉土夾粉質黏土為樁端持力層，樁長約8.50 m，樁徑500 mm，采用普通硅酸鹽水泥作固化劑。這是按建筑物對待提供的地基處理方法，實際上天然地基上垃圾堆體荷載是逐級施加，不同于建筑物，是在慢速堆載的情況下，歷時11 a才完成，地基土隨著固結度增長，地基強度會不斷提高，根據以往軟土地基慢速堆載試驗數據及設計經驗，庫區(qū)大部分區(qū)域天然地基在垃圾堆體快速堆載的情況下，垃圾填埋1次加荷控制高度不大于3 m［2］，此工程地基強度及穩(wěn)定性能夠滿足要求，設計庫底局部區(qū)域垃圾雜填土需要進行處理。

2.2 地基處理方法的選用

工程中地基處理方法很多，每種處理方法都有它的適用范圍和優(yōu)缺點，所以要根據工程的具體情況來選擇。

場區(qū)內局部區(qū)域庫底標高以下垃圾雜填土為高有機質含量、高含水率、高孔隙比、高壓縮性、低強度的軟土，此類垃圾雜填土軟土定量物理力學指標不好確定，缺少相應的設計規(guī)范和成熟的經驗，一般勘察單位不提供此類圖的物理力學指標。對條件復雜的軟土地基，由于每個工程的具體情況不同，所以在選擇地基處理方法時要充分綜合考慮各種影響因素，根據工程現狀、場地工程地質條件，在選用處理方法前首先要進行調查研究，如上部結構物的體型、剛度和受力體系、材料和使用要求、上部荷載對地基均勻性的要求、上部結構荷載大小分布和種類、基底壓力、地基土的類別、基礎類型和深度，處理后土的加固深度、穩(wěn)定安全系數和變形允許值等；施工區(qū)地形及地質成因、地基成層狀況，軟弱土層厚度、不均勻性和分布范圍，持力層位置及狀況、地下水情況及地基土的物理和力學性質指標，要深入現場詳細了解回填垃圾的現狀成分、范圍，綜合分析比較具體的地基條件、在地基處理施工中應考慮對場地環(huán)境的影響，如采用強夯法和砂樁擠密法要考慮施工時振動和噪音對相鄰建筑物和居民的影響，采用真空預壓法或降水預壓法時要考慮是否對相鄰建筑物地基會產生附加沉降，還應考慮施工的占地條件、材料來源及質量、施工難易程度等。

本工程的特點是地面荷載較大，且是大面積堆載，對地基的變形、穩(wěn)定性及不均勻沉降的要求嚴格，工期緊，設計加載計劃時需要注意此項，使地基在受壓過程中快速排水固結，增加一部分強度以滿足逐漸加荷條件下地基穩(wěn)定性的要求，并加速地基的固結沉降，縮短固結的時間。應充分考慮是否能夠達到設計的各項指標，確定處理范圍，采取減少不均勻沉降措施。施工工期、施工機械、施工技術條件和工程費用指標等是否符合要求。此外，要提高環(huán)保意識，注意節(jié)約能源和保護環(huán)境，本著“技術上可靠，經濟上合理”的原則，優(yōu)化選擇地基處理方案。

2.3 地基處理方案比選

2.3.1 堆載預壓法

利用前期荷載加速地基土的固結，使地基在建造建（構）筑物之前提前產生沉降，并由此提高地基土的抗剪強度地基承載力，以適應建（構）筑物荷載的作用并有效地減小施工后沉降和不均勻沉降。適用于處理厚度較大的飽和軟土地基。當厚度較大的淤泥質土層和有機質土層中需采用超載預壓法。該方法需要大量堆載材料和較長的預壓時間，預壓效果取決于地基土的固結特性、土層厚度、預壓荷載大小和預壓時間長短。

2.3.2 強夯法

該方法利用吊升設備將具有較大質量和一定規(guī)格尺寸的夯錘起吊至一定高度后，使其自由下落，強大的沖擊能量使地基產生強烈的振動和很高的動應力，使一定范圍內的土體壓縮強度提高、壓縮性降低，提高土層的均勻程度。強夯法一般適用于處理碎石土、砂土、粉土與黏性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，對于飽和黏性土等地基應用相對較少。近幾年，采用強夯法通過合理控制設計施工參數，也在一些工程中處理飽和粉土、黏性土、淤泥質土、雜填土等軟弱地基取得較好效果。

2.3.3 水泥土攪拌樁法

該方法是用于加固飽和黏性土、素填土地基的一種方法，是利用水泥（或水泥石灰拌合物）等材料作為固化劑，通過特制的攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑（漿液或粉體）強制攪拌，由固化劑和軟土間所產生的一系列物理化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的水泥加固土體，從而提高地基強度和減少不均勻沉降。主要適用于處理正常固結的淤泥與淤泥質土、粉土、飽和黃土、素填土、黏性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基。當用于處理泥炭土、有機質土、塑性指數Ip大于25的黏土，地下水有腐蝕性時以及缺少經驗地區(qū)，必須通過現場試驗確定其適用性。

2.3.4 換填法

當軟土地基的承載力和變形滿足不了上部荷載的要求，而軟土層的厚度又不是很大時，將基礎底面以下處理范圍內的軟土層的部分或全部挖除，然后分層回填強度較大的砂、碎石、素土、灰土、高爐干渣、粉煤灰或其他性能穩(wěn)定、無侵蝕性等材料，并壓（夯、振）實至規(guī)定要求的密實度為止。該方法適用于淤泥、淤泥質土、素填土、雜填土地基及溝、塘等的淺層處理。

通過綜合比較，堆載預壓法、水泥土攪拌樁法、換填法施工工期較長，需要的材料費較高，不滿足建設單位的要求，強夯法施工方法簡單，不發(fā)生材料費，結合此場地地質條件，確定此方法處理比較適合。

2.4 強夯法地基處理

2.4.1 加固深度

強夯法的加固深度（從起夯面算起）可根據現場試驗或當地經驗確定。有效加固深度H過去常用Menard公式估算，但有效加固深度實測值比估算值小，因此應用時通常進行修正，如黏性土、砂土取修正系數0.45～0.60，高填土取0.60～0.80。對同一種土采用一個修正系數也是不合適的，所以規(guī)范［2］考慮當地缺少試驗資料或經驗時提供強夯法的有效加固深度表，供設計人員確定有效加固深度參考。

考慮單位面積夯擊能和多遍夯加固影響，可得下列經驗公式：

式中：H為強夯加固影響深度（m）；E為單位面積夯擊能（kN·m/m2），取值2 000 kN·m/m2；M為錘質量（t），取值10 t；h為夯錘落距（m），取值12 m。

按照公式（1）計算得：H=7.08 m，大于6 m滿足要求。

2.4.2 夯擊能確定

夯擊能分為單擊夯擊能和單位夯擊能。單擊夯擊能（即夯錘質量和落距的乘積）一般根據工程要求的加固深度確定，有時也取決于現有起重機的起重能力和臂桿的長度。

錘質量和落距越大，單擊夯擊能越大，加固效果越好。一般夯錘采用10～25 t。夯錘平面宜選圓形，并帶有上下貫通的氣孔（孔徑為250～300 mm）。錘底面積宜按土的性質確定，對細顆粒土要加大錘底面積；一般砂性土錘底面積為2～4 m2，黏性土為3～6 m2，此工程采用2.5 m2。

夯錘確定后，根據要求的單擊夯擊能量來確定夯錘的落距。通常采用的落距為8～20 m。對相同的夯擊能量，常選用落距大的施工方法，增大落距能將大部分能量有效的影響到地下深處，增加深層夯實效果。

強夯加固場地的總夯擊能量（錘質量×落距×總夯擊數）除以加固面積稱為單位夯擊能。強夯的單位夯擊能應根據地基土類別、結構類型、荷載大小和要求加固處理的深度綜合考慮，可通過試驗確定。一般情況下，對粗粒土可取1 000～3 000 kN·m/m2，對細粒土可取1 500～4 000 kN·m/m2。

2.4.3 夯擊范圍和夯擊點布置

強夯法處理范圍應大于建（構）筑物基礎范圍，每邊超出基礎外緣的寬度一般為處理深度的1/2～2/3，且不小于3 m，此工程取3.5 m。

夯點位置可根據建（構）筑物基底平面形狀進行布置，夯點位置的合理與否與夯實效果和施工費用有直接的關系。一般為等邊、等腰三角形或正方形，此工程為大面積地基，采用正方形插檔布置。

夯距位置一般為夯錘直徑的2.5～3.5倍，通常為5～9 m，為便于超靜孔隙水壓力的消散使深層土得以加固，第1遍夯擊點的間距要大，下一遍夯點布置在上一遍夯點中間。對處理深度較深或單擊夯擊能較大的工程，第1遍夯擊點間距宜適當增大。此工程第1遍夯距采用5.5 m。

2.4.4 夯擊擊數和夯擊遍數

每遍每夯點夯擊擊數可通過試驗確定。按規(guī)范［2］以最后連續(xù)2擊的平均沉降量小于某一數值為標準，同時考慮夯坑周圍地面不發(fā)生過大的隆起，考慮施工方便不因夯坑過深使得起錘困難。

夯擊遍數應視現場地質條件和工程要求確定，也與每遍夯擊點夯擊次數有關。此工程夯擊遍數采用點夯2～3遍，最后以低能量滿夯2遍。滿夯采用輕錘低落距錘多次夯擊，錘印彼此重疊搭接。

2.4.5 間歇時間

間歇時間是指2遍夯擊之間的時間間隔。取決于土中超靜孔隙水壓力消散時間。對滲透性好的地基，超靜孔隙水壓力消散很快，夯完1遍，第2遍可連續(xù)夯擊。若地基土滲透性較差，間歇時間要長，黏性土地基夯完1遍一般需間歇3～4周才能進行下一遍夯擊。此工程要強夯的填土有一定的滲透性采用連續(xù)夯擊。

2.4.6 墊層

強夯前要求需要加固的場地應具有一層稍硬的表層，使其能支承起重設備，并便于夯擊能擴散，對場地地下水位在-2 m深度以下的砂礫石層，無需鋪設墊層可直接強夯；對地下水位較高的飽和黏性土需要地表鋪設砂礫或碎石墊層才能進行強夯，否則土體會發(fā)生流動。墊層厚度隨場地的土質條件、夯錘質量及其形狀等條件而定。當場地土質條件好，夯錘小或形狀構造合理，起吊時吸力小者，也可減少墊層厚度。墊層厚度一般為0.5～2.0 m，此工程需要加固的填土有一定的滲透性，表面整平后，直接進行強夯，強夯完成后經檢測符合設計要求后，回填壓實0.2～0.3 m厚基坑開挖出來的第①層粉質黏土至設計標高。

填埋庫區(qū)基坑開挖時庫底原水渠、水坑應排凈積水，底部清淤，水渠邊坡做好退蹬，采用此場區(qū)開挖出第①層粉質黏土，分層填筑、碾壓密實，壓實系數不小于0.93。填埋庫區(qū)底部天然地基為減少地基持力層的不均勻變形，確保防滲材料不受到破壞，基坑開挖至設計標高形成一定坡度后，對天然地基、水渠水坑處理后地基、強夯處理后區(qū)域的地基，整體按設計標高進行整平，統(tǒng)一用大型壓路機械進行碾壓，縱橫方向分別各碾壓3遍，加強地基整體的均勻性，為其上面的防滲襯層提供良好的基礎。

3 載荷試驗

按照規(guī)范［2］規(guī)定強夯處理的地基要進行檢測，本院按照設計要求與濟南亙富工程質量檢測有限公司共同對強夯處理后地基進行了載荷試驗。

3.1 試驗依據和測試系統(tǒng)簡介

試驗依據為建筑地基基礎設計規(guī)范GB 50007—2002［3］。

試驗方法：淺層平板載荷試驗，試驗采用慢速維持荷載法，加載反力裝置能提供的反力不得小于最大加載量的1.2倍。

3.2 測試原理及分析方法

加載分級：由于所在場地地質條件相同，各點設計承載力相同，故采用同一加荷方案。分8級加荷，每級加載值為天然地基極限值的1/8，卸荷分4級。

觀測方法：每加一級荷載后，按間隔10、10、10、15、15 min，以后每隔0.5 h測讀1次沉降量，當在連續(xù)2 h內，每小時的沉降量小于0.1 mm時，則認為已趨穩(wěn)定，可加下一級荷載。

3.3 壓板靜載試驗結果

測試日期2010-09-03；壓板面積：0.25 m2；試驗點號1#、2#、3#，見圖1，試驗結果見表1。

圖1 載荷試驗檢測試驗點位置平面2#

表1 試驗結果匯總

由表1可知：1#最大沉降量8.21 mm，最大回彈量2.51 mm，回彈率30.6%；2#最大沉降量8.05 mm，最大回彈量2.45 mm，回彈率30.4%；3#最大沉降量7.78 mm，最大回彈量2.38 mm，回彈率：30.6%。

3.4 試驗結果綜述

1#測試點加荷至220 kPa，滿足設計天然地基承載力的2倍，沉降穩(wěn)定，最大沉降量8.21 mm，分4級卸荷，最大回彈量為2.51 mm，取220 kPa為該試點的極限承載力。載荷試驗數量為3個點，設計天然地基承載力特征值為110 kPa，完全達到設計要求。

4 結束語

此工程庫區(qū)底部垃圾雜填土采用強夯法處理，提高地基承載力、土的密實度，減小沉降，來滿足上部垃圾堆填荷載作用的要求，這是用其他方法處理地基所不能比擬的。此方法施工機具比較簡單，比用換填處理節(jié)省開挖降水、回填土費用。比用水泥攪拌樁處理（地勘報告建議）節(jié)省水泥及設備費用，縮短工期，強夯法處理地基費用比水泥攪拌樁要便宜2～4倍。由于強夯法設計理論尚不成熟，尤其是此工程處理的垃圾雜填土存在性狀變化多端，夯擊時地基土的動力性質又不十分明確，采用強夯法要求應進行試驗性施工。日本首先采用信息化施工，這種方法在現場要進行一系列測試和檢驗，將實測結果利用計算機進行處理，對地基處理后的效果進行定量評價，數據反饋回來對原設計進行修改后再進行施工，如此進行直至達到理想效果，從而彌補了設計要求與實際不符的缺點，保證整個場地處理后的均勻性。強夯法信息化施工的安全性、經濟性及高效率融為一體，是一項先進的施工管理方法，在我國逐步推廣應用，能進一步提高強夯處理的工程質量和降低工程造價。

［1］濟南泰盛巖土工程有限公司.商河縣生活垃圾處理場的巖土工程勘察報告［R］.2009.

［2］JGJ 79—2002建筑地基處理技術規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［3］GB 50007—2002建筑地基基礎設計規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

Ground Treatment of Miscellaneous Fill in Shanghe Domestic Waste Hazard-free Treatment Plant

Yang Shuyuan
（Tianjin Environmental Sanitation Engineering Design Institute,Tianjin300201）

According to engineering geologic conditions and waste loading characteristics of Shanghe Domestic Waste Hazard-free Treatment Plant in Shandong,selection principles of ground treatment method were introduced.The treatment of cement deep-mixing pile was carried out on the basis of geological prospecting requirements.Through comparison and selection of dynamic compaction,replacement method and cement deep-mixing pile,it is certain that dynamic compaction is the best,and concrete constructing plan was put forward.The foundation after dynamic compaction treatment was performed loading test,and the results meet the design requirements.

waste landfill site；ground treatment in landfill area；comparison and selection of treatment method；dynamic compaction

X33

A

1005－8206（2012）03－0035－05

楊書源（1953—），高級工程師，主要從事工程建筑、結構、巖土、水工等專業(yè)設計及管理。

（責任編輯：鄭雯）

2012-02-09