城市生活杂填土土工特性及其工程应用
Civil Engineering Behavior of Miscellaneous Fill of the City Life and Its Engineering Application
张友来 ZHANG You-lai
（中国中铁航空港建设集团有限公司，北京 100093）
（China Railway Airport Construction Group Co.，Ltd.，Beijing 100093，China）
摘要： 随着城市的建筑物建设面积的增大，城市建设用地越来越紧张。一些城市生活垃圾和工业垃圾也占用了部分城市建设用地，在这种情况下，不少建筑物不得不建设在了经过填埋后的垃圾场上。在本文的研究中，主要是通过对垃圾填土的研究，论述了相关填土工程的应用。希望可以对于提高垃圾填埋的水平，减少环境污染，起到一定的帮助作用。
Abstract: With the increase of building construction area of the city, the urban construction land shortage is more and more serious. Some urban life rubbish and industrial waste also occupy the urban construction land. In this case, a lot of buildings have to be constructed on garbage landfill field. This paper mainly studies the municipal solid waste to expound the related application of fill construction. It hopes can be useful for improving the level of the landfill and reducing environmental pollution.
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关键词 ： 城市生活；杂填土土工特性；工程应用
Key words: city life；civil engineering behavior of miscellaneous fill；engineering application
中图分类号：TU472文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）20-0119-03
0引言
随着城市的发展，城市垃圾杂填土的数量急剧增加。有的建筑工地的弃土场堆置了大量的垃圾，这些垃圾成分复杂，有的还具有一定的污染性，数量高达几十万方，占用了很大的面积。若在这些地方施工，需要将杂填土层全部清除换上好土，然后对其进行处理。
整个施工过程，并不是很难，但是大部分城区很难找到合适的弃土点和取土点，要想选择合适的填土，需要到比较远的郊区购买，除了需要支付填土的成本外，还需要支付较多的运输费用，并且在这个过程中，还会导致一些资源的浪费和破坏。因此，在一些特定情况下，我们不得不考虑利用城市垃圾杂填土为工程所用，因此，我们就必须掌握这类杂填土的土工特性。
本文根据城市杂填土的种类及组成成分，结合工程项目地基处理要求，提出几种地基处理方法，一来促进杂填土废物利用，减少换填土方所增加的成本，二来可以减少城市生活垃圾，提高经济效益的同时也可以兼顾环保效益。
1城市杂填土的种类及成份
根据《中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法》的有关规定，固体废弃物可以分为三大类：
①工业固体废弃物：采集矿产资源后，留下的费石，品味很低的劣质矿产；金属冶炼厂也；冶炼过程中，产生的金属废渣，电解铝厂排放的废泥渣；化工厂的塑料废渣、固体化学物；火力发电厂在发电过程中，燃烧大量的煤炭，形成的粉尘、煤灰、炉渣等；建筑工程的垃圾，城市建设、拆迁房屋的固体垃圾等。
②城市生活垃圾：城市生活会产生大量的垃圾，并且这些垃圾十分复杂，现代很多城市开始对垃圾进行分类处理，但是，从总体上看，相关的分类工作，在实际落实过程中，并没有真正落实到位。
具体来说，如果按照一定的分类标准，则城市生活垃圾可以分为如下几类：金属类固体垃圾，这主要包括城市建设、拆迁过程中的金属器材等；玻璃垃圾；塑料纸张、织物、草木、厨余、灰渣、砖石等等。现代人们使用的材料越来越丰富，一些有机化合物材料如果处理不当，就会导致比较严重的环境污染。
③危险性废弃物：一些核工业发达的地区，会经常出现核废料、核污染的产品等。这些污染物的处理，需要经过专业的处理机构，并对其处理过程进行密切的控制和备案，防止在处理过程中，由于处理技术不当，造成的二次污染。
1.1 城市杂填土的种类
①城市生活垃圾杂填土。
城市生活垃圾的成分非常复杂，其中以固体垃圾占多数。很多固体垃圾，是孔状结构，在堆放过程中，容易吸收其他的物质成分。废弃物垃圾中含有大量的无机物和有机物，有机物可以被微生物分解，并最终实现垃圾的降解。但是，无机物很难分解，这就会导致大量无机物垃圾的积压，因此需要对其进行填埋。
②工业及建筑垃圾杂填土。
工业垃圾在处理过程中，应当先对其进行分类，不同的垃圾，在填埋时会有一定的差别。一些特殊的工业垃圾，在填埋时需要进行处理，例如含有有毒化学物质的工业垃圾，如果不对其进行去毒处理，就会导致土壤的较大面积污染。
1.2 城市杂填土的成份
城市垃圾杂填土的成份，按生活垃圾杂填土和工业及建筑垃圾杂填土分，有着很大的区别。生活垃圾杂填土主要主要来源于城市生活垃圾，其组成随着城市人口、居民生活水平、城市产业结构和基础生活设施等不同而不同。主要包括家庭垃圾、商业垃圾、街道清扫垃圾、等。文〔城市生活垃圾土工参数的特性研究，城市生活垃圾土性参数的室内试验研究〕对我国多个城市的垃圾成份进行了调查，有机类物质占40%左右，其中一部分是可降解的如骨头、织物等，另一部分是不易降解的橡胶、塑料等，无机物类物质占15%左右。工业与建筑垃圾杂填土则主要是无机物。
2城市杂填土的土工特性
随着城市的发展，城市垃圾杂填土的数量急剧增加，使我们在一些特定的情况下，不得不考虑利用城市垃圾杂填土为工程所用，因此，我们就必须掌握这类杂填土的土工特性。
2.1 杂填土的物理性质
2.2 工程特性
城市杂填土与一般的土有着很大的区别，一方面是前介绍的物理性质，另一方面更重要的是他的工程特性。这里主要对杂填土的压缩与沉降变形、抗剪强度和动力特性进行一些讨论。因为在工程中，这三个方面基本决定了对上部或其他工程的影响。
2.2.1 压缩与沉降变形
文献[２]对陈垃圾土进行了实验工作。发现陈垃圾土经压缩后，孔隙比也大于同等级荷载条件下其它土类的孔隙比，甚至大于其它土类的的初始孔隙比e0；在荷载为0～50kpa范围内，陈垃圾的αv（即e-p曲线的斜率）值较大，其余段基本与曲线②（淤泥）平行，αv变化趋于一致。如按前面的假设，令γh=50kpa，则h≈4.42m，即，当填埋深度大于4.42m时场内陈垃圾土的压缩变形性质与淤泥有类似之处。当外压p超过50kpa后，e-lgp关系接近直线，其斜率即为压缩指数cc，它是一个常量，不随p而变，由此再次证明了陈垃圾土的高压缩性。
文献[3]对垃圾土进行的压缩实验，发现有机质含量是影响垃圾土压缩性的主要因素。垃圾土的压缩性随垃圾土中有机质含量的增加而增加。
垃圾土的e－lgp曲线是非线性的，沉降参数的取值主要取决于：①垃圾土的类型；②填埋时间；③垃圾土的变形特性。长期沉降是垃圾填埋场封场后垃圾土沉降的主要方面，生化降解是影响长期沉降的主要因素，因此，今后垃圾土研究的一个重要方向就是研究垃圾土的生化降解规律。
2.2.2 抗剪强度
垃圾土的抗剪强度，是检验填埋工程的一项重要指标。关于抗剪强度的研究，不少学者做了大量工作，有的使用直接的方法，有的使用间接方法，其目的都是为了得到更加精确的反应垃圾土强度的指标。
通过对其中一些实验的分析，发现一些基本的规律如下：
①直剪试验表明，垃圾土虽为多种材料的集合体，但类似C，ф值兼有的土类。其应力－应变关系表现为加工硬化型，抗剪强度与正应力呈线性增加的关系，因而符合MohrCoulomb强度准则。
②在同一个垃圾填埋场，垃圾土的摩擦角相对比较接近，其大小主要和垃圾土本身的材料有关，填埋土的的粘聚力会随着填埋深度的变深而增大，同时，粘聚力还受到材料本身条状纤维物质含量的影响。
③通过上述反复直剪试验可以知道，垃圾土的残余强度特性和粘性土有着很大的差别。具体来说，残余粘聚力在达到峰值之后，会出现一定程度的下降，不过其下降的幅度值并不是很大，同最高峰值相差较小；影响其峰值强度的，主要是垃圾土中的条状纤维物质的含量，一般来说，这种条状纤维物质含量越高，其峰值衰减的就会越慢。
④给出了利用旁压试验曲线推求垃圾土的应力－应变关系和强度指标的方法，其结果与直剪试验较为吻合，为旁压试验用于测定垃圾土强度参数提供了新的途径。
2.2.3 动力特性
垃圾杂填土的动力特性研究较少，文献[5]对于垃圾填土的动力特性，做了比较深入的研究。通过使用循环三轴试验，进一步研究了城市垃圾土的动力特性。在其试验过程中，采取了式样控制策略，即对不同的式样，使用不同的荷载。具体来说，一种为循环压缩，另一种为循环压缩和伸长荷载，然后，对上述二者分别分别模拟交通荷载和地震荷载情况，循环荷载频率为1Hz。该研究的实验结果证明：当振动周数少于50周时，动压缩模量随循环周数的增加而降低；而当振动周数大于50周时，动压缩模量随循环周数的增加而略有增大。不过从具体数据来看，振动周数的变化幅度情况，对动压缩模量降低或增大量影响不是很大。
3城市杂填土的处理及工程应用
城市垃圾杂填土的工程应用是今后环境岩土工程研究的目的和主要任务。但目前这一工作还处在一个刚刚开始认识的阶段，还有大量的工作需要进行。下面笔者将根据杂填土类型，提出与之对应的地基处理办法（详见表2）。
4案例分析
4.1 工程概况
柳沙半岛康城东侧道路是南宁市柳沙半岛连接英华路与滨江路的城市支路。工程为新建道路，北接现状的英华路，终点至现状的滨江路。路线设计全长583.684m。路线走向基本为南北向，道路等级为城市支路I级，计算行车速度为30km/h，道路红线宽度15m。
根据现场勘查，本项目不良地质主要为杂填土。该土质类型的承载力仅为80kPa，重度γ为18.5kN/m3，压缩量为4MPa，粘聚力标准值为10kPa，内摩擦角标准值为8°，液限达到了29.8%，塑限为16.5%，塑性指数13.3，液性指数为0.1。
可见这类土质承载力低，学性质差，物质成分差异较大，厚度及分布不均匀，对路基稳定性不利。
4.2 杂填土施工方案
①K0+011.171～K0+280段杂填土厚度小于3.0m，采用全部换填符合要求的的方法进行路基处理。
②K0+011.171～K0+280段杂填土厚度小于3.0m，采用全部换填符合要求的方法进行路基处理。
③根据地质勘查资料揭示K0+300～K0+568.527段杂填土厚度在4～6m之间。依据本项目地质勘察报告，本项目杂填土较深段不良地质处理采用夯实或者地基处理加固。
4.3 施工效果
柳沙半岛康城东侧道路K0+011.171~K0+568.527高杂填土段施工提出优化，土方路堤厚度小于30cm，填筑至路床顶面最后一层的最小压实厚度达到了10cm，而且每种填料的填筑层压实后的连续厚度都超过了50cm，管径顶面填土厚度也超过了30cm，均已达到压路机辗压指标。该工程直接利用城市生活垃圾等废弃物作为填土，使得约30%的生活垃圾得到了有效利用，大大减少了垃圾污染，同时也节省了一部分施工成本，取得了良好的社会效益和经济效益。
5结论
本文所述杂填土施工方法，将较浅的杂填土路段全部换土，不但加快了工程进度，更能减少噪声对工程周边居民的影响；将原本较深的杂填土路段要大面积清除的属于“垃圾”范畴的杂填土进行强夯处理变废为宝，利用于路基填筑中，既节省了清运杂填土的大量费用，又保护了生态环境，同时施工过程中又不对周围环境造成大的影响，具有较好的经济和社会效益。
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参考文献：
[1]张振营.城市生活垃圾土性参数的室内试验研究[J].岩土工程学报，2000，22（1）.
[2]谢强，张永兴，张建华.陈垃圾土的压缩性试验研究[J].重庆建筑大学学报，2003，25（4）.
[3]刘荣，施建勇，彭功勋.垃圾土沉降特性的室内试验研究[J].扬州大学学报（自然科学版），2003，6（2）.
[4]张季如，陈超敏.城市主活垃圾抗剪强度参数的测试与分析[J].岩石力学与工程学报，2003，22（1）.
[5]周健，池梳蔚.垃圾土室内动力试验研究[J].岩土力学，1999，20（4）.
[6]戴韶生，刘志明.城市杂填土土工特性的研究及常用地基处理方法[J].探矿工程，2002（5）.
[7]王树文，文学娜，秦龙.中国城市生活垃圾公众参与管理与政府管制互动模型构建[J].中国人口·资源与环境，2014（04）.