废弃渣土造陆的分层填埋方式对比

王婧，曾庆军，陈平山，周红星，李一航

（1.中交四航工程研究院有限公司，广东 广州 510230；2.中交交通基础工程环保与安全重点实验室，广东 广州 510230）

0 引言

近年来，随着城市规模的不断扩大，土地资源变得越来越稀少。围海造陆工程成为解决此问题的主要措施之一。而长期使用海砂和河砂进行回填，会打破江河冲淤平衡，使得江、河、海岸失稳，造成水土流失，对环境造成破坏。目前由于我国的各种类型的固体废弃物快速积聚，包括工业固体废弃物、生活固体垃圾、建筑垃圾、渣土等，亟需解决[1-3]。采用固体废弃物的渣土作为填料进行造陆填埋，既处理了多余的固体废弃物，又解决了海砂和河砂有限的问题[4-5]。

渣土的组成与产生来源、建筑构造和施工工艺有很大关系，不同类别的渣土组成相差很大。余土、道路改造垃圾和建材生产垃圾，组成一般比较简单，其再生利用或处置比较容易[6-7]。而新建筑物建设施工垃圾和旧建筑物拆除垃圾的组成相对比较复杂。目前利用废弃渣土进行填埋造陆仅是简单的堆填，然后进行地基处理，并没有事先对渣土进行分类分选[8-9]。性质迥异的渣土填埋效果差异明显，且后期地基处理难度大，费用增加，产生不均匀沉降等问题。

深圳海洋新兴产业基地陆域形成工程是利用废弃渣土作为填料进行填埋造陆的，本文依托该工程开展废弃渣土造陆的分层填埋方式对比研究。通过室内模型试验，对比研究渣土分选后分层填埋和未分选混合填埋的效果，从而验证渣土分层填埋的合理性及可行性，并提出废弃渣土造陆的分选分层填埋技术，可为废弃渣土的合理填埋提供参考。

1 工程概况

深圳市海洋新兴产业基地陆域形成工程I标段工程，临时蓄泥区场地位于珠江入海口深圳市陆域西北侧，北侧与茅洲（东宝）河相接，东侧自北向南分别为属于沙井街道管辖的民主村和属于福永街道管辖的和平村，南侧与福洲大道相距1 km。场区地貌主要为海陆交互沉积区地貌，总体地势平缓。

结合现状地形等建设条件，开展陆域形成及地基处理工程，主要建设内容包括围堤工程、弃土回填陆域形成工程及地基处理工程。陆域形成的堆填料为渣土，主要来自深圳光明新区渣土受纳场和深圳会展中心渣土受纳场。现场废弃渣土来源丰富，成分复杂，且工程性质差异性大。

2 试验材料与装置

2.1 试验材料

工程场地原软土层淤泥厚13 m，深灰、灰黑色，饱和，流塑～软塑状态，手摸具滑腻感，易污手，略具臭味，含有机质及少量贝壳碎屑，局部夹薄层粉细砂。淤泥物理力学性质特征如表1所示。

表1 淤泥物理力学性质Table1 Physical and mechanical properties of silt

由于废弃渣土含较多块石及黏土等复杂成分，根据本试验目的对废弃渣土分选出碎红砖和红黏土（以下简称渣土）两种属性填料，具体材料属性如表2所示。碎红砖是现场的建筑废弃物的一种，属于废弃砖块类，碎红砖的主要粒径集中在16～26.5 mm之间，级配不均匀。红黏土的主要粒径集中在0.075～5 mm之间，含粉粒等黏性颗粒。

表2 渣土物理力学性质Table2 Physical and mechanical properties of waste residue

下卧淤泥地基处理试验所用排水板为SPB-B型塑料排水板。

2.2 试验装置

试验装置主要包括：土样模型筒2套（透明有机玻璃材料，直径为25 cm、高度为130 cm），反力框架，堆载加压砝码。

监控量测系统主要包括：自动数据采集系统1台，台式电脑1台，微型十字板剪切仪，沉降观测专用尺子和铅锤。

3 试验方案

根据依托工程现场回填造陆的方式，设计渣土与碎红砖混合回填方案一和分层回填方案二两组室内模型对比试验（见表3）。其中两种回填方案，下卧为原场地淤泥，上覆回填料，并打设排水板作为竖向排水通道。堆载方案与依托工程试验区的堆载方案一致，分三级堆载：7 kPa、32 kPa、56 kPa。堆载方案如图1所示。两组对比试验的示意图如图2所示。

表3 室内模型试验方案Table 3 Laboratory model test scheme

图1 堆载方案Fig.1 Stack-load scheme

图2 两种填埋方式示意图Fig.2 Schematic diagramsof two landfills

试验流程：筒内填料总高80 cm，底层淤泥40 cm，上覆渣土40 cm；按照模型筒比尺，将常规尺寸排水板裁剪成高90 cm，宽4 cm的试验用排水板，插设于模型筒中心位置，顶端露出渣土表层10 cm。

1）将红黏土与碎红砖混合，混合方式为质量1∶1；

2）先将裁剪后的排水板，固定到有机玻璃桶的中心位置，随后开始向模型桶中加入淤泥至高40 cm位置，加料的过程，对淤泥摇动，压实，控制其密实度与现场一致；

3）方案一：保持排水板不动，在淤泥层上，继续加入混合渣土至80 cm，根据体积和密度换算出相应所需的渣土质量；

4）方案二：保持排水板不动，在淤泥层上，先填20 cm高红黏土，再填20 cm高碎红砖，达到80 cm标高；

5）渣土层上面盖上盖板，在盖板一周设置对称的2个沉降观测点，记为测点A、测点B；

6）将设置好的模型筒，安置在反力架上，利用千斤顶，分级加载7 kPa，32 kPa，56 kPa；

7）每一级加载完成后，沉降稳定，即沉降量不超过0.5 mm/d方可进行下一级加载；

8）从第一级加载开始，测量并记录沉降数据，保持每天测1次，沉降变化幅度较大时，可加大测量频率；

9）试验完毕，检测其加固效果。

4 试验结果及分析

4.1 不均匀沉降产生原因

废弃渣土混合填埋容易引起不均匀沉降，原因是混合填埋易使大颗粒土（或块石）和小颗粒分别聚集在某处，导致其承受上部荷载的能力以及可压缩的空间都极不平衡。而分层填埋则将废弃渣土中大颗粒（或块石）以及小颗粒土进行分选，然后对其有规律地分层填埋，使得场地受力均匀，承受荷载能力更加均衡。

4.2 沉降分析

对方案一和方案二两组对比试验的对称A、B测点进行沉降监测，加载过程沉降曲线如图3、图4所示。

图3 方案一混合回填沉降变化曲线Fig.3 Curve of mixed backfill settlement of scheme1

图4 方案二分层回填沉降变化曲线Fig.4 Curve of layer backfill settlement of scheme2

由图3、图4对比可见，混合回填和分层回填两种回填方式，总的沉降量基本一致。其中方案一混合回填方式试验由最初的80 cm沉降至76.6 cm，方案二分层回填方式沉降至76.2 cm。

此外，方案一混合填埋的A、B测点最终的沉降值不一致，测点A沉降至76.6 cm，测点B为77.1 cm，两者相差0.5 cm，存在明显的不均匀沉降。分层填埋的A、B测点最终的沉降值基本吻合，测点A为76.3 cm，测点B为76.2 cm，两者之差为0.1 cm，基本无不均匀沉降。

因此，方案二分层回填总沉降一致，且无不均匀沉降。

4.3 十字板剪切强度

对方案一和方案二两组对比试验加固后的效果进行检测，采用自主研发的微型十字板剪切仪测试其下层淤泥的抗剪强度，如图5所示。

图5 不同回填方式底层淤泥抗剪强度Fig.5 Shear strength of bottom silt with different backfill methods

混合回填和分层回填两种不同的渣土回填方式，采用相同的地基处理方法及堆载方案，下卧淤泥层的抗剪强度值分别为4.7 kPa、4.8 kPa，二者加固效果接近。而原状淤泥强度为3.5 kPa，渣土填埋后强度有所增长。因此，回填方式对加固效果影响不明显。

结合两组试验的沉降数据可以看出，废弃渣土混合回填方式，容易产生不均匀沉降。而后者首先对废弃渣土进行分选，然后分层回填，加固效果良好。

综上所述，利用废弃渣土进行填埋造陆，首先应对其进行分选，对不同性质及颗粒的土进行分层回填，可以有效地保证地基的整体均质性，减小不均匀沉降，为后续工程的建设打好坚实的基础。

5 结语

1）废弃渣土是一种可以循环利用的材料，可用于填埋造陆。

2）废弃渣土分层回填方式地基总沉降与混合回填接近，但不均匀沉降小于混合回填方式。

3）两种不同回填方式对地基加固效果区别不明显。

4）利用废弃渣土进行填埋造陆，首先应对其进行分选，然后对不同性质及颗粒的土进行分层回填，有效减小地基产生的不均匀沉降。