钱玮

（江苏中设集团股份有限公司,江苏 无锡 214072）

1 概述

道路工程为线形建设项目,路线经过地区地质复杂,长三角平原地区常会遇到的淤泥质或粉质软土等含水量较大、地质承载力较低的土质,这类型土质处理已有相对比较成熟的软土地基处理经验,一般采用换填法、竖向排水板法、粉喷桩等处理方式,以提高路基承载力、强度,保证路基稳定性,避免路基出现沉降等问题。

随着城市的快速发展,城市垃圾的数量逐年增加,道路设计时无法避让时,对道路路基处理带来较大困难。这些垃圾一般为当地拆建过程中的固体废弃物,多为渣土、碎石块、混凝土块、植物根茎等,甚至会有编织条、生活杂物等,成分复杂。

本文结合杂填土土质情况,工程地基处理要求,结合实际工程,提出几种路基处理方案,尽量提高杂填土利用率及就地处置率,减少换填土方引起的建设成本和土地成本,提高经济效益兼顾环保效益。

2 杂填土工程特性

城市里的杂填土,主要以生活垃圾和工业及建筑垃圾为主,文献提出,对我国多个城市的垃圾成分调查,有机类物质占40%,无机类物质占15%左右。该类杂填土特征为均匀性差、植物腐殖质含量高,因填埋时无压实度要求,空隙大,杂填土中还可能存在一些污染物。

此类土质经压缩后,孔隙比也大于同类荷载条件下的其他土类孔隙比。其土的压缩性随着垃圾土中有机质含量的增加而增加。对于路基工程而言,更关注垃圾土的沉降参数,其e-lgp 曲线是非线性的,生化降解是影响垃圾土长期沉降的主要因素。此类土质需要解决的主要问题不再是降低含水量的问题,而是路基荷载和车辆荷载作用下,可能出现的沉降、坍塌等问题。

此类杂填土填埋场深度如果小于5 米,一般采用换填法,完全清除杂填土后,外运素土（必要时掺灰）,按道路路基施工要求分层碾压后,进行正常路基路面施工。但当此类杂填土填埋场深度大于5 米时,需要从其工程经济性、工期、以及换填后的工后沉降等问题重新考虑路基处理方案。

3 实际工程的处理方案

本文以某一实际工程为例,该工程为苏南某地一新建城市主干道,在项目建设过程中,发现一处杂填土填埋场,因土方量巨大,该处处理方案成为重要节点。

3.1 地质情况

本工程在路基开挖过程中,发现约200 米路基下多处存在黑色类似粉煤灰性状物质并夹杂塑料袋、衣物等生活杂填土。从现场情况看,此类物质大面积分布,且分布情况不明确,均在约50cm 表层杂填土以下位置。

地质勘查项目组对该区域出现的杂填土范围、土质情况进行补勘调查。经实验分析,最终确认了杂填土分布的具体平面位置、分布的深度、该层土质的承载能力等力学指标分析。

根据补勘,查明范围为主线约255m（见图1）,呈不规则分部,厚度3.1m～10m 不等。表层覆盖有1a 层杂填土（建筑垃圾）：杂色,稍湿～湿,主要由碎石、碎砖块、砼块、碎石渣、煤渣等建筑垃圾组成,局部夹少量黏性土,碎石含量一般约10%～30%,粒径一般10～80mm,土质不均,结构松散,压缩性较大。勘察揭示厚度为1.50～5.80m。下层为1aa 层杂填土（生活垃圾）,为补勘重点：杂色,稍湿～湿,主要由碎石、碎砖块、砼块、碎石渣、煤渣等建筑垃圾和塑料袋、废弃衣物等生活垃圾组成,局部夹少量黏性土,生活垃圾与建筑垃圾混杂,分布不均,结构松散,压缩性较大。勘察揭示厚度为3.10～10.00m。

同时经第三方检测单位对此段杂填土填埋场内垃圾性质进行毒样分析。报告详细分析了垃圾中的化学成分性质,报告中的化学成分含量指标均反映在对人体无影响。结合地勘报告,工程分类评级为I 类环境,具有微腐蚀性,杂填土土质对工程方案没有影响。

3.2 初选处理方案

从勘探报告显示,填埋场最深处约10m,整个填埋场内均为生活垃圾和建筑垃圾,预估杂填土方量近10 万方。生活垃圾会腐化压缩,产生变形,对路基稳固不好,易造成路基塌陷。

杂填土填埋场位于项目分离式立交的桥头段,桥头填土高度约5 米。该工程道路等级为城市主干道,桥头工后沉降按10cm 控制。在进行方案设计时,从土质适应性、工后沉降要求、减少外运土方量、缩短工期、降低造价等多方面因素进行定性分析并筛选。因竖向排水法、粉喷桩等软基处理方案对生活杂填土土质无适应性,不再作为对比项。

表1 地基处理比较表

从以上比较可以看出,换填法需将路基范围内的固废垃圾、生活垃圾全部清除,采用5%石灰土换填。虽然该方案可以消除软土对路基的影响,缓解不均匀沉降,但由于挖方及回填量较大、软土较深,施工难度大、周期长,工后沉降较难控制、换填效果风险大,工程费用增加较多,同时开挖出来的大量垃圾土需要外运,或另觅地方填埋,占用土地、对生态环境影响大。因此换填法不再作为方案备选项,而选取桩板结构、预制管桩两种方案进行充分分析与比较。

3.3 方案一 桩板结构

3.3.1 板桩结构路基是路基下钢筋混凝土桩基、路基与上部的钢筋混凝土承载板组成,板桩固接,并与路基土共同组成一个承载结构。它充分利用桩- 板- 土三者的共同作用来满足路基的稳定与变形要求。该形式结构简单、受力明确,具有较高的纵向、横向和竖向刚度,纵横向稳定性好,竖向变形小。本项目希望减少杂填土外运问题,而考虑桩板结构。

3.3.2 受力计算

板桩结构其实质为一种超静定结构,本次计算重点是计算结构桩长。

本次采用桥梁通软件,将板桩结构简化为10m 简支板梁,进行桩长计算。活载支反力按设计荷载城-A 自动计算,重要性系数为1.1,横向布载时车道荷载按1 列加载,车辆荷载采用1 到6 列分别加载计算,车辆荷载的分项系数采用1.8。采用钢筋混凝土钻孔灌注桩,桩径1.0m。

经计算,桩顶轴力为1559.7KN,最小桩长27.83m。

3.3.3 设计方案

桩板结构全长为280m,标准跨径为10m,共28 跨,总面积为11200m2。桥梁采用双幅桥,在中分带左右幅间设置2cm断缝。单幅桩板桥宽度为13～25.5m,纵向每4 跨设置一道4cm 纵向伸缩缝（见图2）。桥面板厚度0.6～1.0m,在桩顶处设置1.5×1.0cm 横系梁,基础采用直径1.0m 钻孔灌注桩基础,计算桩长为27.83m,最终桩长按照进入持力层31m 计入工程量。

图2 顺桥向立面布置图

采用此方法,无需进行生活杂填土、固废土处置。

板桩结构以上摊铺沥青面层,采用8cmC40 混凝土调平层+10cm 沥青混凝土,混凝土铺装内设置D10 桥面钢筋网。

3.4 方案二预制管桩

3.4.1 PHC 管桩是先张预应力离心成型工艺,并经过10个大气压(1.0Mpa 左右)、180℃左右的蒸汽养护,制成一种空心圆筒型混凝土预制构件。PHC 管桩适应性强,适合各类土质,桩身混凝土强度高,可打入密实的砂层和强风化岩层。挤压作用下桩端承载力可比原状土质提高70%～80%,桩侧摩阻力提高20%～40%。因此,PHC 管桩承载力设计值要比同样直径的沉管灌注桩、钻孔灌注桩和人工挖孔桩高。PHC 管桩是工厂化、专业化、标准化生产,桩身质量可靠;运输吊装方便,机械化施工程度高,操作简单,易控制,施工速度快、工效高、工期短,社会效益大。

3.4.2 受力计算

按照《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》（JTGT D31-02-2013）规定,对该方案进行验算。

3.4.2.1 采用理正软土地基路堤设计软件,对路基工后沉降作验算。地基总沉降采用经验系数法,主固结沉降采用e-p 曲线法,沉降计算考虑超载,超载产生的地基附加应力采用直接法,沉降修正系数1.2,基底压力按多层土实际容重计算,加固区主固结沉降采用复合地基桩身压缩量法,桩身变形模量35Mpa,计算时考虑弥补地基沉降引起的路堤增高量,工后基准期起算时间为最后一级加载(路面施工)结束时。管桩按正方形布置,桩间距2.5m,桩直径0.4m、壁厚0.095m,按管桩进入持力层长度20m 进行试算。桩顶路堤设计高度按5.0m 计,路堤设计顶宽26m。工后沉降基准期结束时间180 月。地基土层数6 层,地下水埋深1.5m。（表2）

表2 地基参数1

经计算,路面竣工后,设计基准期内的残余沉降2.6cm,满足工后沉降10cm 的要求。

3.4.2.2 根据细则5.8 关于刚性桩的规定,作单桩承载能力验算。同沉降计算参数,可计算得桩顶上荷载压力Fcap 为195.95KN。（表3）

表3 地基参数2

管桩设计承载力用经验法和双桥探头静力触探两种方法分别验算,最终数值为332.2KN 和339.9KN,均大于Fcap,即单桩设计承载力满足要求。

3.4.3 设计方案

主线桥头段（30m）,为减少固废挖方,在挖除[1a] 杂填土(生活垃圾、固废)至路床顶面以下150cm 后,实施PHC 管桩（桥头处理后工后沉降为2.6cm）,桩径40cm,桩长20m,桩间距2.5m；桥头过渡段（50m）采用PHC 管桩,桩长20m,桩间距3.0m。同时为缓解不均匀沉降,主线两侧的辅道及其他固废范围内开挖至路床顶面以下150cm 后,也增设PHC 管桩加固处理（见图3）。管桩采用静压法施工,压桩至设计深度后再浇筑桩帽,铺筑碎石垫层,形成复合地基。

图3 管桩布置设计图

该方案将路基范围内路床部分的杂填土（生活垃圾、固废）清除,换填符合路基填筑要求的灰土,路床以下采用PHC 管桩加固,降低软土对路基影响的同时减少了开挖回填的工作量,施工难度小,工期短。本方案开挖的杂填土（生活垃圾、固废）约2 万立方,经过筛分可以回填至该段河塘内,填筑材料（约1 万立方）,多余垃圾土填筑至绿化带内。

3.5 方案比选（表4）

表4 方案比选表

通过对桩板结构和预制管桩两个方案在施工难度、施工工期、处理效果、环境保护及经济性分析等多方面比选,最终采用预制管桩处理方案。从实际施工情况看,确实施工方在一个月内很顺利完成了该段路基施工,保证项目按期完工。

4 结论

本文所论述的生活杂填土处理方案,适用于填埋深度较深的情况。该方案采用管桩施工,满足地基承载力和工后沉降的要求,采用工厂化预制,施工速度快,工程造价省,施工质量有保证等优点。原本较深的大面积需要清除的属于“垃圾”范畴的杂填土保留于路基填筑中,既节省了清运杂填土的大量费用和时间,节省了工期,又避免另寻垃圾土堆填场地,保护了生态环境,同时施工过程中未对周围环境造成影响,具有较好的经济效益、社会效益和环保效益。