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        高速公路穿越大型垃圾填埋坑處理技術(shù)研究

        2021-05-08 01:22:26劉洪洋王安勐張智航
        關(guān)鍵詞:粒徑路基垃圾

        劉洪洋 王安勐 張智航

        北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司 北京 100082

        近年來,隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展,不斷遇到城市郊區(qū)道路穿越垃圾填埋坑的問題。由于歷史原因,原取土、取砂坑,被工業(yè)垃圾、建筑垃圾以及生活垃圾所填埋,該類回填材料屬于不良雜填土,回填歷史短、密實度不足,不能直接作為路基持力土層;且一般厚度、面積均較大,處理費用高,值得重點關(guān)注。

        1 、工程概況

        北京市興延高速公路位于北京市西北部、京藏高速公路以西。路線大致呈南北走向,南起六環(huán)路土城立交,向西北方向跨越京密引水渠,經(jīng)四家莊、亭自莊后與溫南路相交,經(jīng)坦克部隊北側(cè)向西北,由白羊城溝進入山區(qū),沿白羊城溝東側(cè)山體布線,經(jīng)過鹿角灣、澆花峪、梯子峪后轉(zhuǎn)向石峽、幫水峪村,在八達嶺滑雪場東側(cè)轉(zhuǎn)向北,上跨京藏高速和京包鐵路,終點至八達嶺機場東側(cè)與延崇高速相接。路線途經(jīng)昌平區(qū)、延慶區(qū),全長約42.2km。

        本項目第二標段K7+943.68~K8+060路基段,東接蓄洪區(qū)高架橋,西接服務(wù)區(qū)出口。本段路面設(shè)計標高為90.2~91.3m,原測量資料顯示本處為淺坑,場地標高為80.2~89.2m,設(shè)計方案為低填路基。后在施工進場并經(jīng)專項勘察后,發(fā)現(xiàn)該段實為面積達8650m2的大型垃圾填埋坑,場地標高為98.6~100.6m,最大垃圾填埋厚度為30.45m,需進行特殊處理。

        2 、工程地質(zhì)及水文情況

        根據(jù)勘察報告揭示,場地上部為垃圾坑填土層,其下為一般第四系沖積層。

        其中填土層由上至下依次為:①1雜填土:雜色,含建筑垃圾、裝修垃圾、廚余垃圾及生活垃圾,該層在場區(qū)內(nèi)不均勻分布,稍濕,松散;①2粉土素填土:以粉土為主,黃褐色~褐黃色,含植物根、磚灰渣等,稍濕,松散;①3生活垃圾素填土:以粉土為主,含生活垃圾,雜色,稍濕,松散;①4卵石素填土:卵石為主,雜色,級配較差,稍濕,松散。

        第四系沖積層由上至下依次為:②粉土:褐黃色,稍濕,密實,低壓縮性,含云母、氧化鐵、細砂顆粒;③卵石:雜色,粒徑一般為2~6cm,最大粒徑不小于13cm,中粗砂、礫石充填約35%~40%,中密~密實。

        擬建場地旁邊為排洪溝,作為蓄滯洪用途,平時無地下水,暴雨時水量較大。

        鉆孔鉆探深度內(nèi)未見地下水,由于本場地地下水埋藏較深,在進行地基處理設(shè)計時,可不考慮地下水的影響。

        3 、垃圾填埋坑處理方案研究過程

        場地內(nèi)大部份填土堆積年限不到三年,土源雜亂,包含建筑垃圾、生活垃圾、廚余垃圾、淤泥等;堆積方式為直接傾倒,各種物質(zhì)混雜,無明顯的成層界限,孔洞較多,均勻性差,壓縮性差、密實度低。

        垃圾坑雜填土不能直接作為路基土層,場地東側(cè)120m為民房,從工程技術(shù)、環(huán)保、經(jīng)濟角度,考慮四個方案。

        方案一考慮采用橋梁型式,因本段位于服務(wù)區(qū)加寬漸變段,采用5跨、跨徑30m現(xiàn)澆小箱梁結(jié)構(gòu),樁基穿透雜填土,并考慮相對松散雜填土的負摩阻??傆嫎蛄悍桨冈靸r約3645萬元。

        方案二考慮將路基影響范圍垃圾坑回填土全部挖除換填,開挖坡率取1:1.5,該方案土方量最大,挖方達30萬余方。

        方案三考慮換填結(jié)合復(fù)合地基擠密技術(shù),常規(guī)散體擠密樁有效作用深度一般為10m,故將上部約20m范圍垃圾土挖除換填,下部10m范圍垃圾土采用帶有橫向擠密效果的柱錘沖擴樁復(fù)合地基進行處理。

        方案四考慮換填結(jié)合強夯擠密技術(shù),采用12000kJ的高能級強夯工法,對下部10m范圍垃圾土進行豎向擠密,而上部開挖換填與方案三一致,綜合造價較方案三低約170萬元。

        以上方案在研究階段,均進行了深入論證,并在建設(shè)單位組織的專家咨詢會上進行了匯報討論。因場地距離民房較近,并本著“資源節(jié)約、環(huán)境友好”的綠色理念,最終推薦方案三,即造價相對低且對環(huán)境影響相對小的換填結(jié)合柱錘沖擴樁復(fù)合地基方案,樁體考慮材料就地利用。

        各方案對比情況見下表。

        表1 垃圾填埋坑處理方案對比表

        4 、地基處理設(shè)計

        1)將本段垃圾土統(tǒng)一開挖至標高78.05m。其中下口寬按原施工圖路堤坡腳30度擴散后的寬度取值,開挖坡率取1:1.5,10m一級臺階,平臺寬2m。

        2)開挖填埋土經(jīng)初步分揀,將其中的粉土、卵石、建筑垃圾作為回填料備用。生活垃圾應(yīng)全部挖除并妥善處置。

        3)對開挖下口面填埋土進行柱錘沖擴樁復(fù)合地基處理,散體材料樁復(fù)合地基計算如下:

        其中樁土應(yīng)力比n選3.5,處理后樁間土承載力特征值初選80kPa,樁徑0.6m,樁間距1.2m,面積置換率為0.227,經(jīng)計算,處理后復(fù)合地基承載力特征值為125kPa,滿足路基載荷要求。

        柱錘沖擴樁采用樁徑0.6m,樁間距1.2m,有效樁長10m。

        根據(jù)填埋土開挖情況,樁體材料可采用建筑垃圾中碎磚材料制作碎磚三合土,其體積比可采用生石灰:碎磚:黏性土為1:2:4。其中碎磚粒徑不宜大于12cm,如條件允許碎磚粒徑應(yīng)控制在6cm左右,且嚴禁使用粒徑大于24cm的磚料及混凝土塊。

        本項目山區(qū)段隧道長約16km,產(chǎn)生的隧道洞渣用于平原區(qū)填方路基。可采用符合柱錘沖擴樁粒徑要求的洞渣材料作為樁體材料,要求為含泥量不大于5%,粒徑范圍3cm~10cm,且不易風(fēng)化破碎的石料,經(jīng)檢測合格后方可使用。

        填料充盈系數(shù)不宜小于1.5。

        5 、施工要點

        將本段垃圾土統(tǒng)一開挖至標高78.05m。開挖垃圾土進行人工分揀,將其中的粉土、卵石、建筑垃圾作為回填料備用。生活垃圾全部挖除并妥善處置。

        柱錘沖擴樁施工步序可按“場地整平、布置樁位—施工機具就位,柱錘對準樁位—柱錘沖孔—成樁—施工機具移位,施工下一根樁”。

        柱錘采用鋼材制作,錘型選用φ377(mm)、長2~6m、質(zhì)量1.5~5.0t凹形底柱錘樁,升降柱錘的設(shè)備可選用10t~30t自行桿式起重機和多功能沖擴樁機或其他專用設(shè)備,采用自動脫鉤裝置。

        柱錘沖擴樁采用沖擊成孔,成孔和填料均沖擊夯實。每個樁孔應(yīng)夯填至樁頂設(shè)計標高以上至少0.5m,其上部樁孔宜用原地基土夯封,待全部柱錘沖擴樁完成后,再對樁頭部分基槽土開挖,并經(jīng)晾槽拍底或振動壓路機碾壓后,再鋪設(shè)50cm厚砂石墊層壓實,墊層的夯填度不應(yīng)大于0.9。

        6 、施工質(zhì)量控制和檢測

        柱錘沖擴樁復(fù)合地基,加固后復(fù)合地基承載力應(yīng)>120kPa,樁間土重型動力觸探平均擊數(shù)應(yīng)>3。

        柱錘沖擴樁施工完成后,應(yīng)按相關(guān)規(guī)程、規(guī)范進行檢測、驗收。施工結(jié)束后14d,采用標準貫入試驗對樁身及樁間土進行抽樣檢驗,檢驗數(shù)量不應(yīng)少于沖擴樁總數(shù)的2%,且總檢驗點數(shù)不應(yīng)少于6點。

        竣工驗收時,柱錘沖擴樁復(fù)合地基承載力檢驗應(yīng)采用復(fù)合地基靜載荷試驗,并應(yīng)在成樁14d后進行,檢驗數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的1%,且每個單體工程復(fù)合地基靜載荷試驗不應(yīng)少于3點。

        7 、主要結(jié)論和建議

        1)近年來城市郊區(qū)道路建設(shè),穿越垃圾土、雜填土填埋坑的情況頻頻被遇到。雖然橋梁跨越方案可通過增加樁長有效解決雜填土層持力不足問題,但其造價較高,一般情況下該方案不具備優(yōu)勢。

        2)強夯方案作為一種豎向擠密壓實工法,其經(jīng)濟指標優(yōu)勢明顯,但缺點是對環(huán)境影響較大。當(dāng)工點周邊無環(huán)境敏感點時,方可采用。

        3)柱錘沖擴樁作為一種橫向擠密復(fù)合地基工法,其樁體材料可就地部分利用雜填土中材料,且其小面積孔內(nèi)柱錘夯實工藝,可大大降低施工振動影響,是一種“資源節(jié)約、環(huán)境友好”的綠色工藝。該方案綜合優(yōu)勢明顯,可在處理大型垃圾填埋坑中結(jié)合換填法使用。

        4)因本項目興延高速為世園會、冬奧會配套工程,社會關(guān)注度高,路基施工質(zhì)量不容有失,產(chǎn)生任何明顯沉降都會造成較大輿論影響,故本方案采取了路基影響范圍內(nèi)垃圾填埋土全部處理的思路;而對于其他等級公路或城市道路,路基是允許一定范圍的工后沉降的。若僅對雜填土上部一定范圍土層進行換填、壓實擠密,形成相對“硬殼層”,進而將路基沉降控制在允許范圍,仍可有效解決工程問題,同時大大提高工程經(jīng)濟指標。目前的相關(guān)規(guī)范對道路通過垃圾填埋坑的地基處理技術(shù)、驗收標準尚無明確要求,這是今后值得研究的一個方向。

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