高速公路穿越大型垃圾填埋坑處理技術研究

劉洪洋 王安勐 張智航

北京市市政工程設計研究總院有限公司 北京 100082

近年來，隨著城市基礎設施建設的發展，不斷遇到城市郊區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，南起六環路土城立交，向西北方向跨越京密引水渠，經四家莊、亭自莊后與溫南路相交，經坦克部隊北側向西北，由白羊城溝進入山區，沿白羊城溝東側山體布線，經過鹿角灣、澆花峪、梯子峪后轉向石峽、幫水峪村，在八達嶺滑雪場東側轉向北，上跨京藏高速和京包鐵路，終點至八達嶺機場東側與延崇高速相接。路線途經昌平區、延慶區，全長約42.2km。

本項目第二標段K7+943.68～K8+060路基段，東接蓄洪區高架橋，西接服務區出口。本段路面設計標高為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，設計方案為低填路基。后在施工進場并經專項勘察后，發現該段實為面積達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 、工程地質及水文情況

根據勘察報告揭示，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，該層在場區內不均勻分布，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120m為民房，從工程技術、環保、經濟角度，考慮四個方案。

方案一考慮采用橋梁型式，因本段位于服務區加寬漸變段，采用5跨、跨徑30m現澆小箱梁結構，樁基穿透雜填土，并考慮相對松散雜填土的負摩阻。總計橋梁方案造價約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。

方案三考慮換填結合復合地基擠密技術，常規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合地基進行處理。

方案四考慮換填結合強夯擠密技術，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“資源節約、環境友好”的綠色理念，最終推薦方案三，即造價相對低且對環境影響相對小的換填結合柱錘沖擴樁復合地基方案，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 、地基處理設計

1）將本段垃圾土統一開挖至標高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合地基處理，散體材料樁復合地基計算如下：

其中樁土應力比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，經計算，處理后復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。

本項目山區段隧道長約16km，產生的隧道洞渣用于平原區填方路基。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，且不易風化破碎的石料，經檢測合格后方可使用。

填料充盈系數不宜小于1.5。

5 、施工要點

將本段垃圾土統一開挖至標高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、質量1.5～5.0t凹形底柱錘樁，升降柱錘的設備可選用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。每個樁孔應夯填至樁頂設計標高以上至少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，并經晾槽拍底或振動壓路機碾壓后，再鋪設50cm厚砂石墊層壓實，墊層的夯填度不應大于0.9。

6 、施工質量控制和檢測

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

柱錘沖擴樁施工完成后，應按相關規程、規范進行檢測、驗收。施工結束后14d，采用標準貫入試驗對樁身及樁間土進行抽樣檢驗，檢驗數量不應少于沖擴樁總數的2%，且總檢驗點數不應少于6點。

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

7 、主要結論和建議

1）近年來城市郊區道路建設，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勢。

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

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

4）因本項目興延高速為世園會、冬奧會配套工程，社會關注度高，路基施工質量不容有失，產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濟指標。目前的相關規范對道路通過垃圾填埋坑的地基處理技術、驗收標準尚無明確要求，這是今后值得研究的一個方向。