程海陸 韓澤坤 王 濤 逯鵬宇

(北京城建勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，北京 100101)

0 引言

填土是一種常見的特殊性土，在建設(shè)工程中經(jīng)常會(huì)遇到規(guī)模較大的填土坑，填土一般分為雜填土、素填土、沖填土和壓實(shí)填土，具有不均勻性、高壓縮性、濕陷性、低強(qiáng)度性等性質(zhì)[1-4]。在道路工程遇多處大規(guī)模、成分復(fù)雜的填土坑，結(jié)合梅市口路工程將垃圾類別細(xì)分，將生活垃圾細(xì)分為焚燒和未焚燒垃圾，對規(guī)范法分類進(jìn)行補(bǔ)充，根據(jù)細(xì)分的填土分類，有針對性地對建筑垃圾、焚燒、未焚燒垃圾采取多種處理方式，進(jìn)而形成一套完整的深大填土坑勘察體系。

1 工程背景

梅市口路道路工程是北京市豐臺河西地區(qū)與市區(qū)聯(lián)系的主要東西向道路之一，同時(shí)也是第九屆世界園藝博覽會(huì)配套市政工程。

工程為城市主干道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，全長8.5 km，東起玉泉路，終點(diǎn)至長興路。該道路規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為三幅路，全寬50 m，其中機(jī)動(dòng)車道三上三下，寬24 m，單側(cè)機(jī)非分隔帶寬2 m，非機(jī)動(dòng)車道寬5 m，人行步道寬6 m。沿線存在6個(gè)大型的填土坑，對線路影響極大，本次取3個(gè)典型填土坑進(jìn)行論述。線路與填土坑位置關(guān)系圖見圖1。

圖1 線路與填土坑位置關(guān)系圖

2 典型填土特點(diǎn)分析

2.1 典型填土成分特點(diǎn)

3個(gè)典型填土坑分別位于三個(gè)里程區(qū)段，各有特點(diǎn)，包括未焚燒生活垃圾、建筑垃圾夾生活垃圾，以及建筑垃圾夾焚燒后垃圾，其填土成分特點(diǎn)見表1。

表1 典型填土成分特點(diǎn)分析

2.2 填土的分布

填土分布主要采用鉆探手段查明，鉆孔間距10～20 m，輔以等厚線圖、三維圖說明填土范圍及深度，典型填土坑等厚線圖、三維地質(zhì)圖、剖面圖見圖2—圖4。

圖2 K1+690～K1+840填土坑埋深等值線圖

圖3 K2+260～K2+920段填土坑三維地質(zhì)圖

圖4 k5+140～k5+480段填土坑典型剖面圖

2.3 填土的力學(xué)性質(zhì)

填土成分復(fù)雜且不均勻，呈欠固結(jié)狀態(tài)，承載力及沉降量不能滿足路基設(shè)計(jì)要求。如果地基處理不當(dāng)，將會(huì)造成管線因不均勻沉降被折斷，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致路面坍塌，影響人身安全[5]。典型填土層原位測試指標(biāo)見表2。

表2 典型填土層原位測試指標(biāo)

2.4 細(xì)化填土分類

線路填土類型多樣、成分不一，有建筑垃圾、生活垃圾，有建筑垃圾與生活垃圾混雜，對比未焚燒生活垃圾和已焚燒生活垃圾力學(xué)指標(biāo)，未焚燒生活垃圾離散性極大，極不均勻，而焚燒后生活垃圾測試數(shù)據(jù)離散性相對較小，經(jīng)過焚燒后更加均勻。

因此將生活垃圾進(jìn)行細(xì)分類，分為未焚燒生活垃圾和已焚燒生活垃圾，見圖5所示。

圖5 規(guī)范分類與本次補(bǔ)充分類關(guān)系圖

3 生活垃圾填土地基處理研究

垃圾土中的有機(jī)物降解是一個(gè)同時(shí)進(jìn)行物理、化學(xué)和生物反應(yīng)的復(fù)雜又漫長的過程，一般要持續(xù)幾十年甚至上百年[6]，隨著填埋時(shí)間延長，腐化程度加大，垃圾土的結(jié)構(gòu)組分和力學(xué)特性將會(huì)發(fā)生變化[7]。國內(nèi)生活垃圾一般采取清除后換填，部分采用強(qiáng)夯法取得了一定效果，采用混凝土樁的處理方法極少。本研究根據(jù)上述生活垃圾細(xì)化分類，嘗試采用兩種不同的方法進(jìn)行處理，并分別進(jìn)行驗(yàn)算分析。針對未焚燒垃圾采用CFG樁+鋼筋混凝土蓋板，在CFG樁頂植筋與鋼筋混凝土蓋板相連的方法；對焚燒后生活垃圾采用CFG樁+碎石褥墊層的方式，前者相當(dāng)于橋梁式跨越法模型，后者相當(dāng)于樁與填土的復(fù)合地基模型[8]。

3.1 CFG樁+混凝土蓋板方式

樁端進(jìn)入卵石地層，樁徑為500 mm，樁長9～10 m，樁距1.5 m，梅花形布置，采用C20混凝土灌注，蓋板采用C25現(xiàn)澆鋼筋砼板，板厚20 cm，寬14.1 m，長150 m，主筋φ25@200，分布筋φ8@200，卵石端阻按3000 kPa考慮，不考慮填土側(cè)摩阻力，按式(1)[9]計(jì)算。

Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp

(1)

單樁豎向承載力特征值Ra為294.4 kN。布樁1105根，提供324284.4 kN，提供單位面積反力153.8 kN，大于荷載要求120 kPa。如圖6所示。

圖6 CFG樁+混凝土蓋板(單位：cm)

3.2 CFG樁+樁頂填筑褥墊層方式

樁布置情況與上述相同，褥墊層總厚度為50 cm，根據(jù)原位測試數(shù)值，垃圾承載力按50 kPa，置換率m為0.1，折減系數(shù)β取0.75；根據(jù)式(2)[10]計(jì)算。

(2)

式中：Ra為單樁豎向承載力特征值，kN；Ap為樁的截面積，m2；β為樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取0.75；fspk為復(fù)合地基承載力特征值，kPa；fsk為處理后樁間土承載力特征值，kPa，本次按50 kPa考慮。

復(fù)合地基承載力特征值為184.9 kPa，也滿足設(shè)計(jì)要求。為使受力更加均勻，可加鋪1層三向土工格柵(見圖7)。

圖7 CFG樁及樁頂布置(單位：cm)

4 建筑垃圾填土地基處理研究

4.1 柱錘沖擴(kuò)樁法試驗(yàn)

4.1.1 試驗(yàn)布置

為了解不同地基處理工藝施工效果，結(jié)合現(xiàn)場條件，確定選擇2個(gè)試驗(yàn)區(qū)，平面位置見圖8。

圖8 柱錘沖擴(kuò)樁試驗(yàn)區(qū)位置圖

根據(jù)已有施工經(jīng)驗(yàn)，確定各試驗(yàn)區(qū)試驗(yàn)參數(shù)見表3，各試驗(yàn)區(qū)樁(孔)位平面布置詳見圖9。

表3 試驗(yàn)區(qū)主要參數(shù)表

圖9 試驗(yàn)區(qū)樁位平面布置詳圖(單位：m)

4.1.2 檢測結(jié)果

(1)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)結(jié)果

① 試驗(yàn)1區(qū)2組單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，在最大加載壓力作用上，最終沉降量均小于18 mm，因此，fspk≥240 kPa；

② 試驗(yàn)2區(qū)2組單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，最終沉降量分別為17.51 mm和 17.53 mm，s/b=0.008，對應(yīng)的壓力分別為170 kPa和150 kPa，均滿足設(shè)計(jì)承載力之要求。

試驗(yàn)點(diǎn)號1—107點(diǎn)載荷試驗(yàn)結(jié)果見圖10。

圖10 試驗(yàn)點(diǎn)號1—107荷載試驗(yàn)結(jié)果

(2)鉆孔波速測試

通過施工前后剪切波速對比分析，可知：

①柱錘沖擴(kuò)碎石渣土樁施工后，地層等效波速值平均提高19.1 m/s，3孔平均等效波速平均值為187.0 m/s；柱錘沖擴(kuò)碎石渣土樁及柱錘沖擴(kuò)灰土樁均在2.0～8.0 m范圍內(nèi)，波速值提高較為明顯。

②柱錘沖擴(kuò)灰土樁施工后，地層等效波速值平均提高37.3 m/s，3孔平均等效波速平均值為201.8 m/s；柱錘沖擴(kuò)灰土樁比柱錘沖擴(kuò)碎石渣土樁地層等效波速值提高幅度略高，樁間土擠密效果略好。

試驗(yàn)2區(qū)1點(diǎn)波速結(jié)果見圖11。

圖11 試驗(yàn)2區(qū)1點(diǎn)波速試驗(yàn)結(jié)果對比

(3)重型動(dòng)力觸探

①渣土碎石樁施工后，錘擊數(shù)平均提高1.9，三孔平均值達(dá)到8.0擊。

②灰土樁施工后，錘擊數(shù)平均提高1.5，三孔平均值達(dá)到8.0擊。

4.2 換填法試驗(yàn)

4.2.1 試驗(yàn)布置

檢驗(yàn)砂石質(zhì)量→分層鋪筑砂石→灑水→夯實(shí)或碾壓→找平驗(yàn)收。

對級配砂石進(jìn)行技術(shù)鑒定，將砂石拌和均勻，分層鋪筑砂石，鋪筑砂石的每層厚度不超過40 cm，分層厚度用樣樁控制。

4.2.2 檢驗(yàn)結(jié)果

a.換填地基平板載荷試驗(yàn)測試，最終沉降量為12.25～15.35 mm；

b.換填地基豎向抗壓承載力特征值滿足不小于120 kPa設(shè)計(jì)要求。

換填碾壓地基某點(diǎn)載荷試驗(yàn)結(jié)果見圖12。

圖12 荷載試驗(yàn)p-s曲線

4.3 注漿法試驗(yàn)

4.3.1 試驗(yàn)布置

加固材料：水泥漿(水灰質(zhì)量比0.5)；

孔位布置：間距1.8 m，正三角形布置；

注漿孔參數(shù)：直徑130 mm，長度約8.5 m；

試驗(yàn)規(guī)模：5孔×5孔。

試驗(yàn)區(qū)孔位平面布置詳見圖13。

圖13 試驗(yàn)區(qū)注漿孔位布置(單位：m)

4.3.2 檢驗(yàn)結(jié)果

a.試驗(yàn)點(diǎn)邊緣區(qū)重力觸探擊數(shù)前后增長不明顯，中間區(qū)略有增長，平均增長2～3擊；

b.試驗(yàn)中間區(qū)檢驗(yàn)結(jié)果比邊緣區(qū)檢驗(yàn)結(jié)果較好。

4.4 試驗(yàn)研究對比分析

(1)以建筑垃圾為主的填土坑，柱錘沖擴(kuò)樁法與換填法基本都能滿足設(shè)計(jì)及施工要求。

(2)從充填材料來源分析，柱錘沖擴(kuò)渣土碎石樁的施工材料方便易取，現(xiàn)場即可解決部分，如采用柱錘沖擴(kuò)樁法，可采用柱錘沖擴(kuò)渣土碎石樁，并適當(dāng)提高樁的置換率，樁間距建議取1.4～1.5 m。

(3)當(dāng)采用換填法時(shí)，由于填土坑較深，后期有長期沉降的影響存在，建議增加換填厚度，換填前進(jìn)行預(yù)碾壓，碾壓采用大噸位震動(dòng)碾壓法。

(4)特殊地段采用注漿工藝，注漿孔間距可適當(dāng)減小，施工順序應(yīng)由外圍向中心注漿。

5 結(jié)論

(1)根據(jù)填土成分、規(guī)模大小進(jìn)行分類，將填土類型按區(qū)域、按成分分別進(jìn)行細(xì)化，將生活垃圾劃分為焚燒后垃圾與未焚燒垃圾，提供了下一步針對性的地基處理的依據(jù)，也可作為規(guī)范分類的補(bǔ)充。

(2)根據(jù)細(xì)化后的填土分類，通過不同的地基處理方法研究，從成本、進(jìn)度、效果對比各種處理方法，并根據(jù)填土種類以及對應(yīng)不同構(gòu)筑物進(jìn)行分別處理，采取有區(qū)別的處理方式，快速高效經(jīng)濟(jì)。

(3)現(xiàn)今大部分程序勘察和地基處理是分離的，在勘察過程中極少做地基處理研究，如果將二者有機(jī)地結(jié)合，當(dāng)遇到大范圍不良地質(zhì)和特殊性土，進(jìn)行一些地基處理研究，不但能極大地完善勘察報(bào)告，對設(shè)計(jì)也更有指導(dǎo)意義，是今后勘察走向的一種趨勢。