抛石挤淤换填处理津港高速垃圾填埋段路基的试验研究

王雪松，秦晓燕，郭 友

（1.中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津市300074；2.天津市交通科学研究院，天津市300300）

1 工程概况

津港高速公路起于洞庭路与外环线平交口，终于大港区胜利路，全长25.13km。桩号K1+500～K4+500段范围内沿既有取土坑分布有大量生活垃圾，分布范围集中，工程性能较差，其厚度随取土坑深度不同而变化。其中K2+225～K2+425段有一较深水塘，表层漂浮着大量生活垃圾。在水塘边缘处有大量的生活垃圾和建筑垃圾混合物。

生活垃圾填埋场地由于其成份复杂，有机物及可腐烂物多，力学稳定性和化学稳定性较差，地基处理比较困难，大部分工程选址都应尽量予以绕避。因此，针对生活垃圾填埋场地进行相关地基处理的研究相对较少。工程实践中主要的处理方法有：分拣有机物换填处理、抛石挤淤换填、强夯置换等。

根据岩土工程勘察结果，生活垃圾填埋场地基本土性参数如下：天然密度为0.79～1.34g/cm3，天然含水量32.6%～124.0%，比重1.55～2.46,有机质含量43.6%～10.8%，压缩系数变化范围较大，α1-2在0.72～3.2之间变化，属高压缩性土，压缩模量在0.88～3.28MPa之间。

为满足工程设计、施工的需要，确保地基处理方法的科学、合理与经济，结合工程实际，对K2+225～K2+425段水塘采用抛石挤淤并换填拆房土的方法进行地基处理并开展相关试验研究。

2 地基处理方案与试验结果

2.1 试验方案

将路基范围内水塘的水降至离坑底3.0～5.0m后抛石挤淤，然后整平抛石顶面并用18t以上冲击压路机碾压，测定不同碾压遍数下基底沉降及其承载力。在承载力满足要求后，分层回填拆房土，测定几种虚铺厚度在不同碾压遍数时填料的沉降量、干密度等参数，确定最佳虚铺厚度和碾压遍数。然后，在拆房土顶面碾压填筑两层总厚度为60cm的山皮土后，用贝克曼梁法进行回弹模量测试，为路面设计提供设计依据。

2.2 试验结果及分析

2.2.1 抛石挤淤处理的冲击碾压试验

抛石挤淤后，用冲击压路机对其进行碾压。每碾压2遍测定一次抛石顶面沉降标的标高并计算出相应的沉降量。沉降观测结果见图1和图2所示。

图1 冲击碾压遍数与分级沉降量关系曲线图

图2 冲击碾压遍数与累计沉降量关系曲线图

由图1和图2可见，在冲击压路机碾压40遍后，抛石顶面的分级沉降及累计沉降都趋于稳定，最佳碾压遍数确定为40遍。

2.2.2 冲击碾压处理后承载力试验

冲击碾压完成后，采用直径0.707m的圆形承载板测定抛石顶面的承载力。试验结果如图3～图6所示。

图3 测点1地基承载力p-s曲线图

图4 测点2地基承载力p-s曲线图

图5 测点3地基承载力p-s曲线图

图6 测点4地基承载力p-s曲线图

由于p-s为缓变型，采用相对沉降法确定地基土的承载力。确定原则：当承压板面积为0.25～0.50m2时，根据土类及其状态取s/b=0.01～0.015所对应的荷载作为地基承载力特征值（b为基础宽度），且其值不应大于最大加载量的一半。该试验取s/b=0.0125即s=8.83mm所对应的荷载作为地基承载力特征值。图3～图6得出各测点地基容许承载力分别为 198.0kPa、207.0kPa、214.0kPa、215.0kPa，取其平均值208.5kPa作为地基承载力的特征值。

2.2.3 拆房土松铺厚度和碾压遍数关系试验

按60cm、80cm、100cm厚摊铺拆房土，整平后采用冲击压路机碾压，观测不同碾压遍数下的沉降，得到每层拆房土在冲击压路机压实过程中沉降量与碾压遍数的关系，如图7、图8所示。

图7 分级沉降量与碾压遍数关系曲线图

图8 累计沉降量与碾压遍数关系曲线图

由图7、图8可见：填料松铺厚度60cm，冲击碾压20遍时，分级沉降量为0.6mm，累计沉降量为43.2mm；填料松铺厚度80cm，冲击碾压28遍，分级沉降量为1.2mm，累计沉降量为72.2mm；填料松铺厚度100cm，冲击碾压40遍后，分级沉降量为2.0mm，累计沉降量为105.4mm。图7中部分数值为负值，其主要原因为测点正好处在压路机轮迹边缘，土体发生挤出变形；或填料碾压遍数过多发生“反弹”现象。

2.2.4 干密度与碾压遍数关系试验

在拆房土填筑碾压过程中，测试几种虚铺厚度在不同碾压遍数时的干密度，数据整理成果如图9所示。

图9 干密度与碾压遍数关系曲线图

由图9可见：拆房土松铺厚度60cm，碾压遍数20遍，干密度基本不再增长；松铺厚度80cm，碾压遍数28遍，干密度不再增长；松铺厚度100cm，表层和底层填料的干密度随碾压遍数的增加一直缓慢增长。

2.2.5 路基回弹模量试验

山皮土填筑碾压完成后，在其顶面采用贝克曼梁法进行回弹模量试验，测得弯沉代表值为144.7（0.01mm），相应的回弹模量值为 64.4MPa，满足路基设计要求。

3 结语

通过对深水生活垃圾填埋场进行抛石挤淤并换填拆房土进行地基处理的试验研究，得出以下几点结论：

（1）对存有生活垃圾的深水塘进行抛石挤淤处理后，随碾压遍数的增加，抛石顶面分级沉降量逐渐减小，累计沉降量趋于稳定，最佳碾压遍数确定为40遍。

（2）在拆房土压实过程中，随碾压遍数的增加，分级沉降迅速减小，累计沉降趋于稳定；压实功一定情况下，累计沉降随松铺厚度的增大而增大，仅靠增加碾压遍数来提高土体的密实度较为困难。因此，合理地确定虚铺厚度、碾压遍数，有助于达到理想的工程效果。

（3）抛石挤淤基底的承托作用较为明显，其顶面在冲击碾压处理后承载力相对较高，可达200kPa，能满足路基设计的相关要求；拆房土换填碾压后，其顶面回弹模量可达64.4MPa，能满足路面结构设计要求。

综上所述，对于深水生活垃圾填埋段路基采用抛石挤淤并用拆房土换填方法处理的工程实践切实可行，试验效果能达到预期并满足设计要求，具有良好的技术效果和经济效益。其成果对类似工程的设计、施工具有借鉴、指导和推广意义。