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(chǔ)工程環(huán)保與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510230）

0 引言

近年來，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)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(zhǎng)期使用海砂和河砂進(jìn)行回填，會(huì)打破江河沖淤平衡，使得江、河、海岸失穩(wěn)，造成水土流失，對(duì)環(huán)境造成破壞。目前由于我國(guó)的各種類型的固體廢棄物快速積聚，包括工業(yè)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(jìn)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(chǎn)生來源、建筑構(gòu)造和施工工藝有很大關(guān)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(chǎn)垃圾，組成一般比較簡(jiǎn)單，其再生利用或處置比較容易[6-7]。而新建筑物建設(shè)施工垃圾和舊建筑物拆除垃圾的組成相對(duì)比較復(fù)雜。目前利用廢棄渣土進(jìn)行填埋造陸僅是簡(jiǎn)單的堆填，然后進(jìn)行地基處理，并沒有事先對(duì)渣土進(jìn)行分類分選[8-9]。性質(zhì)迥異的渣土填埋效果差異明顯，且后期地基處理難度大，費(fèi)用增加，產(chǎn)生不均勻沉降等問題。

深圳海洋新興產(chǎn)業(yè)基地陸域形成工程是利用廢棄渣土作為填料進(jìn)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(duì)比研究。通過室內(nèi)模型試驗(yàn)，對(duì)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(yàn)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(shù)，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(chǎn)業(yè)基地陸域形成工程I標(biāo)段工程，臨時(shí)蓄泥區(qū)場(chǎng)地位于珠江入?？谏钲谑嘘懹蛭鞅眰?cè)，北側(cè)與茅洲（東寶）河相接，東側(cè)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(cè)與福洲大道相距1 km。場(chǎng)區(qū)地貌主要為海陸交互沉積區(qū)地貌，總體地勢(shì)平緩。

結(jié)合現(xiàn)狀地形等建設(shè)條件，開展陸域形成及地基處理工程，主要建設(shè)內(nèi)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(qū)渣土受納場(chǎng)和深圳會(huì)展中心渣土受納場(chǎng)。現(xiàn)場(chǎng)廢棄渣土來源豐富，成分復(fù)雜，且工程性質(zhì)差異性大。

2 試驗(yàn)材料與裝置

2.1 試驗(yàn)材料

工程場(chǎng)地原軟土層淤泥厚13 m，深灰、灰黑色，飽和，流塑～軟塑狀態(tài)，手摸具滑膩感，易污手，略具臭味，含有機(jī)質(zhì)及少量貝殼碎屑，局部夾薄層粉細(xì)砂。淤泥物理力學(xué)性質(zhì)特征如表1所示。

表1 淤泥物理力學(xué)性質(zhì)Table1 Physical and mechanical properties of silt

由于廢棄渣土含較多塊石及黏土等復(fù)雜成分，根據(jù)本試驗(yàn)?zāi)康膶?duì)廢棄渣土分選出碎紅磚和紅黏土（以下簡(jiǎn)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(xiàn)場(chǎng)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(jí)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(xué)性質(zhì)Table2 Physical and mechanical properties of waste residue

下臥淤泥地基處理試驗(yàn)所用排水板為SPB-B型塑料排水板。

2.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置主要包括：土樣模型筒2套（透明有機(jī)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(jiān)控量測(cè)系統(tǒng)主要包括：自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1臺(tái)，臺(tái)式電腦1臺(tái)，微型十字板剪切儀，沉降觀測(cè)專用尺子和鉛錘。

3 試驗(yàn)方案

根據(jù)依托工程現(xiàn)場(chǎng)回填造陸的方式，設(shè)計(jì)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(nèi)模型對(duì)比試驗(yàn)（見表3）。其中兩種回填方案，下臥為原場(chǎng)地淤泥，上覆回填料，并打設(shè)排水板作為豎向排水通道。堆載方案與依托工程試驗(yàn)區(qū)的堆載方案一致，分三級(jí)堆載：7 kPa、32 kPa、56 kPa。堆載方案如圖1所示。兩組對(duì)比試驗(yàn)的示意圖如圖2所示。

表3 室內(nèi)模型試驗(yàn)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(yàn)流程：筒內(nèi)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(guī)尺寸排水板裁剪成高90 cm，寬4 cm的試驗(yàn)用排水板，插設(shè)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(zhì)量1∶1；

2）先將裁剪后的排水板，固定到有機(jī)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(duì)淤泥搖動(dòng)，壓實(shí)，控制其密實(shí)度與現(xiàn)場(chǎng)一致；

3）方案一：保持排水板不動(dòng)，在淤泥層上，繼續(xù)加入混合渣土至80 cm，根據(jù)體積和密度換算出相應(yīng)所需的渣土質(zhì)量；

4）方案二：保持排水板不動(dòng)，在淤泥層上，先填20 cm高紅黏土，再填20 cm高碎紅磚，達(dá)到80 cm標(biāo)高；

5）渣土層上面蓋上蓋板，在蓋板一周設(shè)置對(duì)稱的2個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，記為測(cè)點(diǎn)A、測(cè)點(diǎn)B；

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

7）每一級(jí)加載完成后，沉降穩(wěn)定，即沉降量不超過0.5 mm/d方可進(jìn)行下一級(jí)加載；

8）從第一級(jí)加載開始，測(cè)量并記錄沉降數(shù)據(jù)，保持每天測(cè)1次，沉降變化幅度較大時(shí)，可加大測(cè)量頻率；

9）試驗(yàn)完畢，檢測(cè)其加固效果。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 不均勻沉降產(chǎn)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(dǎo)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(jìn)行分選，然后對(duì)其有規(guī)律地分層填埋，使得場(chǎng)地受力均勻，承受荷載能力更加均衡。

4.2 沉降分析

對(duì)方案一和方案二兩組對(duì)比試驗(yàn)的對(duì)稱A、B測(cè)點(diǎn)進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，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(duì)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(yàn)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(cè)點(diǎn)最終的沉降值不一致，測(cè)點(diǎn)A沉降至76.6 cm，測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)最終的沉降值基本吻合，測(cè)點(diǎn)A為76.3 cm，測(cè)點(diǎn)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(qiáng)度

對(duì)方案一和方案二兩組對(duì)比試驗(yàn)加固后的效果進(jìn)行檢測(cè)，采用自主研發(fā)的微型十字板剪切儀測(cè)試其下層淤泥的抗剪強(qiáng)度，如圖5所示。

圖5 不同回填方式底層淤泥抗剪強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度為3.5 kPa，渣土填埋后強(qiáng)度有所增長(zhǎng)。因此，回填方式對(duì)加固效果影響不明顯。

結(jié)合兩組試驗(yàn)的沉降數(shù)據(jù)可以看出，廢棄渣土混合回填方式，容易產(chǎn)生不均勻沉降。而后者首先對(duì)廢棄渣土進(jìn)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(jìn)行填埋造陸，首先應(yīng)對(duì)其進(jìn)行分選，對(duì)不同性質(zhì)及顆粒的土進(jìn)行分層回填，可以有效地保證地基的整體均質(zhì)性，減小不均勻沉降，為后續(xù)工程的建設(shè)打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

1）廢棄渣土是一種可以循環(huán)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(duì)地基加固效果區(qū)別不明顯。

4）利用廢棄渣土進(jìn)行填埋造陸，首先應(yīng)對(duì)其進(jìn)行分選，然后對(duì)不同性質(zhì)及顆粒的土進(jìn)行分層回填，有效減小地基產(chǎn)生的不均勻沉降。