廢棄渣土造陸的分層填埋方式對比

王婧，曾慶軍，陳平山，周紅星，李一航

（1.中交四航工程研究院有限公司，廣東 廣州 510230；2.中交交通基礎工程環保與安全重點實驗室，廣東 廣州 510230）

0 引言

近年來，隨著城市規模的不斷擴大，土地資源變得越來越稀少。圍海造陸工程成為解決此問題的主要措施之一。而長期使用海砂和河砂進行回填，會打破江河沖淤平衡，使得江、河、海岸失穩，造成水土流失，對環境造成破壞。目前由于我國的各種類型的固體廢棄物快速積聚，包括工業固體廢棄物、生活固體垃圾、建筑垃圾、渣土等，亟需解決[1-3]。采用固體廢棄物的渣土作為填料進行造陸填埋，既處理了多余的固體廢棄物，又解決了海砂和河砂有限的問題[4-5]。

渣土的組成與產生來源、建筑構造和施工工藝有很大關系，不同類別的渣土組成相差很大。余土、道路改造垃圾和建材生產垃圾，組成一般比較簡單，其再生利用或處置比較容易[6-7]。而新建筑物建設施工垃圾和舊建筑物拆除垃圾的組成相對比較復雜。目前利用廢棄渣土進行填埋造陸僅是簡單的堆填，然后進行地基處理，并沒有事先對渣土進行分類分選[8-9]。性質迥異的渣土填埋效果差異明顯，且后期地基處理難度大，費用增加，產生不均勻沉降等問題。

深圳海洋新興產業基地陸域形成工程是利用廢棄渣土作為填料進行填埋造陸的，本文依托該工程開展廢棄渣土造陸的分層填埋方式對比研究。通過室內模型試驗，對比研究渣土分選后分層填埋和未分選混合填埋的效果，從而驗證渣土分層填埋的合理性及可行性，并提出廢棄渣土造陸的分選分層填埋技術，可為廢棄渣土的合理填埋提供參考。

1 工程概況

深圳市海洋新興產業基地陸域形成工程I標段工程，臨時蓄泥區場地位于珠江入?？谏钲谑嘘懹蛭鞅眰?，北側與茅洲（東寶）河相接，東側自北向南分別為屬于沙井街道管轄的民主村和屬于福永街道管轄的和平村，南側與福洲大道相距1 km。場區地貌主要為海陸交互沉積區地貌，總體地勢平緩。

結合現狀地形等建設條件，開展陸域形成及地基處理工程，主要建設內容包括圍堤工程、棄土回填陸域形成工程及地基處理工程。陸域形成的堆填料為渣土，主要來自深圳光明新區渣土受納場和深圳會展中心渣土受納場。現場廢棄渣土來源豐富，成分復雜，且工程性質差異性大。

2 試驗材料與裝置

2.1 試驗材料

工程場地原軟土層淤泥厚13 m，深灰、灰黑色，飽和，流塑～軟塑狀態，手摸具滑膩感，易污手，略具臭味，含有機質及少量貝殼碎屑，局部夾薄層粉細砂。淤泥物理力學性質特征如表1所示。

表1 淤泥物理力學性質Table1 Physical and mechanical properties of silt

由于廢棄渣土含較多塊石及黏土等復雜成分，根據本試驗目的對廢棄渣土分選出碎紅磚和紅黏土（以下簡稱渣土）兩種屬性填料，具體材料屬性如表2所示。碎紅磚是現場的建筑廢棄物的一種，屬于廢棄磚塊類，碎紅磚的主要粒徑集中在16～26.5 mm之間，級配不均勻。紅黏土的主要粒徑集中在0.075～5 mm之間，含粉粒等黏性顆粒。

表2 渣土物理力學性質Table2 Physical and mechanical properties of waste residue

下臥淤泥地基處理試驗所用排水板為SPB-B型塑料排水板。

2.2 試驗裝置

試驗裝置主要包括：土樣模型筒2套（透明有機玻璃材料，直徑為25 cm、高度為130 cm），反力框架，堆載加壓砝碼。

監控量測系統主要包括：自動數據采集系統1臺，臺式電腦1臺，微型十字板剪切儀，沉降觀測專用尺子和鉛錘。

3 試驗方案

根據依托工程現場回填造陸的方式，設計渣土與碎紅磚混合回填方案一和分層回填方案二兩組室內模型對比試驗（見表3）。其中兩種回填方案，下臥為原場地淤泥，上覆回填料，并打設排水板作為豎向排水通道。堆載方案與依托工程試驗區的堆載方案一致，分三級堆載：7 kPa、32 kPa、56 kPa。堆載方案如圖1所示。兩組對比試驗的示意圖如圖2所示。

表3 室內模型試驗方案Table 3 Laboratory model test scheme

圖1 堆載方案Fig.1 Stack-load scheme

圖2 兩種填埋方式示意圖Fig.2 Schematic diagramsof two landfills

試驗流程：筒內填料總高80 cm，底層淤泥40 cm，上覆渣土40 cm；按照模型筒比尺，將常規尺寸排水板裁剪成高90 cm，寬4 cm的試驗用排水板，插設于模型筒中心位置，頂端露出渣土表層10 cm。

1）將紅黏土與碎紅磚混合，混合方式為質量1∶1；

2）先將裁剪后的排水板，固定到有機玻璃桶的中心位置，隨后開始向模型桶中加入淤泥至高40 cm位置，加料的過程，對淤泥搖動，壓實，控制其密實度與現場一致；

3）方案一：保持排水板不動，在淤泥層上，繼續加入混合渣土至80 cm，根據體積和密度換算出相應所需的渣土質量；

4）方案二：保持排水板不動，在淤泥層上，先填20 cm高紅黏土，再填20 cm高碎紅磚，達到80 cm標高；

5）渣土層上面蓋上蓋板，在蓋板一周設置對稱的2個沉降觀測點，記為測點A、測點B；

6）將設置好的模型筒，安置在反力架上，利用千斤頂，分級加載7 kPa，32 kPa，56 kPa；

7）每一級加載完成后，沉降穩定，即沉降量不超過0.5 mm/d方可進行下一級加載；

8）從第一級加載開始，測量并記錄沉降數據，保持每天測1次，沉降變化幅度較大時，可加大測量頻率；

9）試驗完畢，檢測其加固效果。

4 試驗結果及分析

4.1 不均勻沉降產生原因

廢棄渣土混合填埋容易引起不均勻沉降，原因是混合填埋易使大顆粒土（或塊石）和小顆粒分別聚集在某處，導致其承受上部荷載的能力以及可壓縮的空間都極不平衡。而分層填埋則將廢棄渣土中大顆粒（或塊石）以及小顆粒土進行分選，然后對其有規律地分層填埋，使得場地受力均勻，承受荷載能力更加均衡。

4.2 沉降分析

對方案一和方案二兩組對比試驗的對稱A、B測點進行沉降監測，加載過程沉降曲線如圖3、圖4所示。

圖3 方案一混合回填沉降變化曲線Fig.3 Curve of mixed backfill settlement of scheme1

圖4 方案二分層回填沉降變化曲線Fig.4 Curve of layer backfill settlement of scheme2

由圖3、圖4對比可見，混合回填和分層回填兩種回填方式，總的沉降量基本一致。其中方案一混合回填方式試驗由最初的80 cm沉降至76.6 cm，方案二分層回填方式沉降至76.2 cm。

此外，方案一混合填埋的A、B測點最終的沉降值不一致，測點A沉降至76.6 cm，測點B為77.1 cm，兩者相差0.5 cm，存在明顯的不均勻沉降。分層填埋的A、B測點最終的沉降值基本吻合，測點A為76.3 cm，測點B為76.2 cm，兩者之差為0.1 cm，基本無不均勻沉降。

因此，方案二分層回填總沉降一致，且無不均勻沉降。

4.3 十字板剪切強度

對方案一和方案二兩組對比試驗加固后的效果進行檢測，采用自主研發的微型十字板剪切儀測試其下層淤泥的抗剪強度，如圖5所示。

圖5 不同回填方式底層淤泥抗剪強度Fig.5 Shear strength of bottom silt with different backfill methods

混合回填和分層回填兩種不同的渣土回填方式，采用相同的地基處理方法及堆載方案，下臥淤泥層的抗剪強度值分別為4.7 kPa、4.8 kPa，二者加固效果接近。而原狀淤泥強度為3.5 kPa，渣土填埋后強度有所增長。因此，回填方式對加固效果影響不明顯。

結合兩組試驗的沉降數據可以看出，廢棄渣土混合回填方式，容易產生不均勻沉降。而后者首先對廢棄渣土進行分選，然后分層回填，加固效果良好。

綜上所述，利用廢棄渣土進行填埋造陸，首先應對其進行分選，對不同性質及顆粒的土進行分層回填，可以有效地保證地基的整體均質性，減小不均勻沉降，為后續工程的建設打好堅實的基礎。

5 結語

1）廢棄渣土是一種可以循環利用的材料，可用于填埋造陸。

2）廢棄渣土分層回填方式地基總沉降與混合回填接近，但不均勻沉降小于混合回填方式。

3）兩種不同回填方式對地基加固效果區別不明顯。

4）利用廢棄渣土進行填埋造陸，首先應對其進行分選，然后對不同性質及顆粒的土進行分層回填，有效減小地基產生的不均勻沉降。