摘要：大型高速公路建设项目地形、地质条件复杂，从勘测设计至进场施工周期较长，路线两侧地形变化较大，局部路段已不具备按原设计施工的技术条件， 因此施工单位进场后应及时进行线路现场踏勘，一旦发现实际地形、地貌与设计不符，及时提出切实可行又经济合理的处置方案，以确保工程进度与质量。本文以甘肃兰州南绕城高速公路某大型垃圾填埋场为背景，简要阐述大型垃圾填埋场的几种处置方案。
关键词：高速公路 路基 垃圾填埋场 处置
1． 工程概况
该段路基位于兰州市西固区元坨峁沟，路线桩号K40+800～K41+150。其中YK40+880～YK41+150段冲沟已平整为地，并建有厂房等建筑物，施工图设计按Ⅳ级湿陷性黄土进行基底冲击碾压+灰土换填处理。
施工过程中，YK40+800～YK41+150段厂房等拆迁和清表时，发现该段基底为垃圾填埋区，随即进行了现场调查和补充勘探。通过地勘基本查明该区域地质情况：YK40+800～YK41+150段基底主要以生活垃圾和建筑垃圾为主，平均厚度约17m。
勘察设计阶段航测地形图显示该段落为平地且建有民房、厂房和驾校等建筑群，现场无垃圾填埋的痕迹；根据补充钻探和调查，该段落为垃圾填埋区，上覆薄层黄土。
2． 垃圾填埋场现状
（1）分布范围及规模
根据勘探与调查，该垃圾场位于西固南元坨峁沟，自1980年起一直倾倒，最深处大于30m，下部黄土被渗透严重污染2～5m。
垃圾场沿路线方向呈不规则状分布，最大长度约650m，最大宽度500m，线路附近揭露最大厚度达38.3m。均沿原有冲沟填筑，厚度不均。
路线从垃圾场中上部通过。在YK40+900～YK41+070段，杂填土（垃圾）厚度在2～26.2m，平均厚度17m左右，呈南浅北深、东西两头浅中间深。在YK41+070～YK41+160段，以素填土（黄土）为主，推测为早期整理垃圾场场地及修路等情况下填筑，地层相对杂填土段对工程影响较小。
（2）物质组成及特征
主要为生活垃圾和建筑垃圾组成，建筑垃圾组成物质包括碎砖块、水泥块等组成；少量生活垃圾呈浅黄色由塑料袋、生活废弃物等组成，呈黑褐色，有恶臭味。整个填埋体结构松散，物质组成复杂，均匀性差。
根据调查及钻探垃圾填筑体物质组成来看，其物质组成复杂，建筑垃圾及生活垃圾填筑杂乱，空隙大，结构松散，均匀性差；其次从动探原位测试结果来看，上覆填筑体动探击数N63.5=5～>50 ，其变化范围大，无规律可循，主要受动探试验点处填埋物质组成有关，其为砖块、水泥块等建筑垃圾是击数一般大于50，为松散生活垃圾是击数为5击左右；此外根据物探测试上覆垃圾填筑体波速在Vs=15～150Ω?m之间，电阻率范围大，表明介质不均。
3． 填筑土评价
（1）填筑土特性评价
填筑土以生活垃圾、建筑垃圾为主，垃圾场顶部采用黄土覆盖。揭露垃圾厚度最大约38.3m，平均含水量19%，根据多个钻孔资料，含水量在5～19m较大；有机质含量5～22%，下部黄土被渗透严重污染2～5m。
根据易溶盐化学分析资料，SO42-离子含量在200～800mg/l之间，Cl-离子含量在135～410mg/l之间，Mg2+离子含量在8～20mg/l之间，Ga2+离子含量在100～240mg/l之间，电导率在1.25～1.51Us/cm之间。综合评价，垃圾对混凝土结构具弱腐蚀性，对混凝土结构中钢筋弱腐蚀性。
（2）岩土体工程地质特征及工程地质问题
根据本路段工程地质调绘、物探、钻探及室内试验结果，主要岩土层工程物理力学指标见表1。该段场地土均匀性差，压缩性中等，主要工程地质问题为总沉降量及工后沉降量均较大，一般不满足规范要求。
表1 物理力学指标表
4． 方案比选
4．1 原设计方案
YK40+880～YK41+150段原设计按Ⅳ级湿陷性黄土进行特殊路基处理：
（1）路基坡脚处5m范围采用换填5%石灰土进行处治，中部采用原状素土翻挖2m后重新填筑进行处治。填方坡脚排水沟内侧设置1.0m宽、2.0m高灰土隔水墙，隔水墙外侧包裹复合土工膜防渗。
（2）基底采用25KJ冲击压路机辗压20遍，辗压后地面以下100cm深度内土的压实度最低应达到90%，使之湿陷性系数小于0.015。
图1 原设计方案
4．2 变更设计方案
4．2．1 病害分析及变更理由
该段垃圾填埋区主要以生活垃圾为主，并有部分建筑垃圾，填筑杂乱，成分复杂，空隙大，结构松散，均匀性差，压缩性为中等，承载力低，极易产生不均匀沉降。另外，由于本区路基填土高度8m左右，地面以上填筑路基部分按正常路基填筑，保证施工质量的前提下不会产生病害，主要的路基病害源自软弱基底，由于本冲沟纵坡较大，在路基填筑完成后在自重及附加荷载作用下，路基和垃圾填埋物可能会沿着深层软弱面产生蠕滑等病害，造成路基拉裂。
本段垃圾填埋区主要路基病害为软弱地基，生活垃圾填埋深度较深（最大厚度为26.5m），因此，仅按原设计处治不能从根本上解决路基沉降和可能蠕滑的问题。
4．2．2 方案比选原则
（1）一般情况下，高速公路路基下软弱下卧层或垃圾填埋场采用挖除换填的处置方式比较经济合理。但是，施工进场后该段基本被填平，采取挖除方案，容易引起场地及周边环境二次污染，且需要重新占用大片土地，对脆弱的生态环境极为不利。因此，挖除换填方案不在本次方案比选范围之列。
（2）由于垃圾覆盖层填筑杂乱，空隙大，结构松散，均匀性差，宜选用抗压及抗剪性能良好的桩体，不宜采用CFG等柔性桩。
（3）由于垃圾空隙大且生活垃圾与浆液粘结性差，高压旋喷桩、灌注桩可能出现跑浆、夹层等现象，因此不宜使用。
4．2．3 变更方案
方案一：采用高强度预应力管桩+桩帽进行基底加固处理。具体处治方案如下：
路基范围内垃圾场处治采用直径40cm，壁厚95mm的预应力管桩，桩间距为2.0m，正方形布置。桩帽采用尺寸为长1.2m×宽1.2m×高0.35m的C30混凝土现浇，桩顶增设0.6m厚天然砂砾褥垫层并铺设一层土工格栅，以减小桩体向上的刺入变形。
图2 预应力管桩+桩帽设计图
方案二：采用高强度预应力管桩+筏板（桩筏结构）进行基底加固处理。具体处治方案如下：
路基范围内垃圾场处治采用直径40cm，壁厚95mm预应力管桩，桩间距为2.0m，正方形布置。桩顶采用C30现浇混凝土联系梁进行连接，其中纵横梁宽0.4m，高0.5m，以提高桩的整体性能，减小路基不均匀沉降。
图3 预应力管桩+桩筏设计图
方案三：采用孔内深层强夯进行基底加固处理。孔内深层强夯法施工时先成孔，然后向孔内填筑灰土（含灰量5%），然后以高动能、超压强特异重锤在孔内深层领域进行扩充挤压，使填料灰土在强力推动下向孔周边和底部挤压以达到遇水不湿陷、地震不液化压缩变形小、承载力高的效果。
本垃圾场处治中在路基范围内垃圾场处治采用直径200cm的扩孔挤密桩，桩间距为3.6m，桩长15m，等边三角形布置，桩身采用5%石灰土回填。施工工艺要求：
（1）成孔：采用长螺旋钻机钻孔成孔，成孔直径400mm，深度达到设计要求。
（2）孔内填料、成桩：用标准料斗或运料车将拌合好的填料分层填入桩孔，用重锤夯实扩孔成桩体，根据重锤质量、锤长及落距根据实验确定分层填料量记夯击次数。扩孔直径达到2m，桩顶应高出设计高程50cm以上。
图5 桥梁横断面
4．2．4 方案经济技术比选（扣除原设计工程量）
表2 方案比选表
4．3 变更设计原则及推荐方案
4．3．1 变更设计原则
（1）因地制宜，综合治理，防治结合，争取一次根治，不留后患。
（2）安全第一，以人为本。对工程治理方案，综合考虑多种影响因素，特别是地形、降水等不利影响，结合全线公路技术标准，确保工程安全，不留隐患。同时在工程施工期间，采取完善的安保措施，确保施工人员及过往车辆、行人安全。
（3）技术可行，经济合理。对工程治理方案，采用成熟、可靠的岩土工程治理技术，拟定可行的多种方案进行技术、经济比选，确保工程安全性和可行性。在安全性和经济性发生矛盾时，优先选择工程安全性，不遗留隐患。
（4）便于实施，保障畅通。设计方案的选择，充分考虑工程施工便利性，因此推荐方案应具有可实施性、可操作性。
4．3．2 预应力管桩的优缺点
（1）优点
①单位承载力造价低。由于预应力混凝土管桩为空心结构，直径较小，且采用工厂化生产等因素，单位承载力造价比灌注桩低。
②成桩质量可控性强。预应力混凝土管桩是工厂化生产，桩身质量可控性强。
③设计选用范围广。由于管桩外径300～1200mm，强度C50～C120规格较多，因此既可用于多、高层建筑地基处理、工业厂房，也可用于高速公路、铁路软基处理等。
④工厂化生产效率高，沉桩方便，施工速度快。
⑤质量检测方便。预应力混凝土管桩的管径、壁厚、桩长和桩身质量等可直接进行观测。
（2）缺点
①预应力管桩属于挤密桩，沉桩时桩周土体被压密或挤开，使土体产生水平移动或竖向隆起，可造成邻近已压入的管桩产生上浮、桩位偏移和桩身翘曲折断甚至影响毗邻建筑物、管线和道路等等，因此必须选择合理的沉桩顺序。
②不宜穿透较厚坚硬土层，若地质条件复杂，存在孤石、漂石等的情况下沉桩困难。
③桩身截面面积小，抗弯抗剪能力相对较弱。
④受吊装、运输和沉桩机械等条件限制，单节预制桩长度一般不超过12m，长桩需要接桩，接头常形成桩身薄弱环节。
4．3．3 推荐方案
根据本项目地质特性，以达到处治效果及工程造价最低为目的，本次变更设计推荐方案一为变更方案：采用预应力混凝土管桩进行处治，
5． 结束语
随着我国交通事业的迅猛发展，大型高速公路建设项目地形、地质条件复杂，选择经济合理、技术可行的方案处置垃圾填埋场等特殊地质情况，对于高速公路后期运营安全将起到至关重要的作用。本文简单阐述了高速公路路基下垃圾填埋场的几种处置方案，推荐的预应力混凝土管桩处置方案顺利完成了对该段垃圾填埋场的处理，并获得了良好的效果。
参考文献:
[1]高文生等 关于预应力混凝土管桩工程应用中的几点认识 岩土力学 2015（08）610-616。
[2]史佩栋 桩基工程手册 北京[M]人民交通出版社，2008。
[3]中国建筑标准设计研究院 10G409 预应力混凝土管桩[s] 北京 中国计划出版社 2010。
论文作者:张毅
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/19
标签：路基论文; 垃圾论文; 方案论文; 预应力论文; 管桩论文; 基底论文; 垃圾场论文; 《防护工程》2017年第35期论文;