某垃圾填埋场坝体稳定性分析与工程措施

某垃圾填埋场坝体稳定性分析与工程措施
张婷
【摘要】The stability of waste dam in the expanding process of a waste landfill site was analyzed and evaluated. The distance from slope point of waste pile behind the dam to the dam was analyzed, as well as the influence of water level of waste leachate.on stability of waste dam. According to the results, the engineering measures were put forward.%对某垃圾填埋场扩容过程中垃圾坝的现状进行了稳定性分析和评价,分析了坝后垃圾堆体起坡点距坝体的距离和渗沥液水位对坝体稳定性的影响,并根据分析结果提出了工程措施.
【期刊名称】《环境卫生工程》
【年(卷),期】2013(021)002
【总页数】3页(P48-50)
【关键词】填埋场;垃圾坝体;稳定性;工程措施
【作者】张婷
【作者单位】中国·城市建设研究院环境工程公司,北京100120
【正文语种】中文
【中图分类】X705
1 工程介绍
1.1 填埋场概况
某山谷型填埋场东、西和南面环山，北面山体出口较低位置处建一垃圾坝。

场区总体布置分为3个区域：填埋作业区、生产管理区、污水处理站。

该填埋场于20世纪90年代初设计，原设计填埋垃圾量预计使用年限截至2010年。

在填埋作业过
程中因垃圾产生量的日益增多，对库区实施了增容工程，经增容工程实施后垃圾填埋量已基本接近饱和。

目前坝后垃圾堆体边坡从坝顶边缘线按照1∶3的坡度向坝体后方起坡。

现阶段堆填高度已超出坝顶高程，见图1。

图1 某垃圾填埋场大坝堆填现状
1.2 地质条件、坝型、堆体坡型和水位
场区属于山谷地型，垃圾场坝体位于山谷较低位置两山体沟谷内，场内表层为第四系全新统残坡堆积的黏土夹碎石所覆盖，土类以紫色红黏土为主，覆盖层厚度一般1.5 m，少数局部区域较厚，覆盖层下覆紫红褐色泥岩，泥岩下为泥质粉砂岩，坝体持力层为弱风化的泥岩或弱风化的粉砂质泥岩，坝基持力层参数见表1。

垃圾坝长约140 m，坝顶宽7 m，底宽29.8 m，最大坝高约27.0 m。

根据地勘资料，
坝体持力层为微、弱风化的泥岩面，地基相关参数值见表1。

垃圾场坝体砌筑材料为石砼砌毛条石，胶凝材料用C20砼，下部设4.5 m灌浆平台兼加荷功能，借助
平台以上的垃圾和水重，增加坝体的抗滑、抗倾覆稳定性。

其典型剖面见图2。

表1 垃圾坝坝基持力层参数土样名称摩擦系数黏聚力摩擦角°弱风化泥岩 0.30 0 25弱风化粉砂泥岩 0.35 0 25
图2 某垃圾填埋场坝体中间段典型设计剖面（m）
对填埋场进场垃圾进行了物理成分分析，由分析结果可知：食物厨余类垃圾为其中的主要部分，含量达43.3%；生活废纸以及庭院垃圾等含量也较高，各自约占10%，这些可降解的垃圾含量总和达到95%，这决定了垃圾中自身产水量较大若
导排不及时将导致渗沥液水位较高。

根据现场钻探测试结果，坝后垃圾体水位较高，
基本位于坝顶以下6.3 m。

对垃圾强度测试结果表明，该垃圾黏聚力较小为0，内摩擦角为25°，密度为11.25 kN/m3。

2 垃圾场坝体现状稳定分析
水位勘察测试结果表明：该垃圾填埋场目前水位较高，且填埋容量已基本达到饱和库容。

为此有必要对垃圾场坝体的稳定性进行分析。

文献[1]对坝体稳定性的研究表明，其稳定性抗力（安全）系数宜按GB 50007—2002建筑地基基础设计规范取值，但考虑到该垃圾场坝体坝后渗沥液水位较高（坝高27.0 m，水位位于坝体顶部坡面下6.3 m，坝体前后水头差接近21.0 m），因此计算中采用SL 379—2007水工挡墙设计规范作为评判标准。

验算内容包括：①地基承载力验算；②抗滑动稳定验算；③抗倾覆稳定验算；④墙身材料强度验算。

垃圾场坝体稳定计算分析中各部分荷载情况见图3。

1）坝基底应力计算：
式中：为挡土前基底应力；ΣG为作用在垃圾坝坝体上的水平荷载（kN）；ΣM为作用在垃圾坝坝体上的全部荷载对于水平面平行前墙墙面方向形心轴的力矩之和（kN·m）；A为垃圾场坝体基底面积；W为垃圾场坝体基底面对于基底面平行前墙墙面方向形心轴的截面矩（m3）。

2）垃圾场坝体抗滑稳定性计算：
式中：Kc为基底面的抗滑稳定安全系数；f为垃圾场坝体基底面与地基之间的摩擦系数；ΣH为作用在垃圾场坝体上全部平行于基底面的荷载（kN）。

3）抗倾覆稳定安全系数计算：
式中：Ko为垃圾场坝体抗倾覆稳定安全系数；ΣMV为垃圾场坝体基底前趾的抗倾覆力矩（kN·m）；ΣMH为垃圾场坝体基底前趾的倾覆力矩（kN·m）。

在计算分析时，不考虑坝底设抗滑齿槽的作用，其作为垃圾场坝体安全储备。

计算结果表明：目前垃圾场坝体的地基承载力、抗倾覆等验算符合规范要求，坝体基底最大应力Pmax=378.62 kPa＜500 kPa；抗倾覆安全系数Ko=3.27＞1.5，满足要求，但其抗滑稳定性较差，Kc=0.94低于规范中规定的安全系数1.1，考虑到日益增多的垃圾填埋作业量，因此有必要采取进一步的工程措施以保证该垃圾场坝体的稳定性，确保其安全生产。

目前坝后垃圾体堆高已超过坝顶高程，且水位较高。

3 工程控制措施分析与确定
根据国内填埋场的实际运营经验，若选择对垃圾场坝体进行加固，因新建填埋场和焚烧场约在1 a后投入运营，加固坝体造价较高，因此考虑从优化坡型和降低填埋体内水位2方面采取工程措施。

3.1 坝后水位对抗滑稳定性影响
在坝后垃圾堆体现有堆高和坡型不变的情况下，分别计算坝后水位在坝顶以下4、8、12、16 m工况下的抗滑安全系数，结果如图4所示。

由图4可见：随着坝后水位的逐渐降低，坝体抗滑稳定性系数逐渐增大，当水位在坡顶下约12.5 m时，其稳定安全系数基本接近规范值1.1，可满足规范要求。

3.2 坝后垃圾堆体起坡距离对抗滑稳定性影响
根据目前垃圾体的堆填高度和坡面形态，现阶段垃圾体堆高已与坝顶齐平，且坝顶边缘线按照1∶3的倾角起坡堆填。

为降低垃圾体对坝体的水平推力，现考虑将起坡距离向后平移，以坝顶内侧边缘线为起点，分别计算向后平移10、20、30、40 m时坝体的稳定性，计算中的水位取目前实测水位。

计算结果如图5所示，结果表明：随着垃圾体的起坡距点沿坝顶边缘线距离的逐渐增加，其抗滑稳定系数逐渐
增大。

当起坡距离约为27.5 m时，其稳定安全系数为1.1，达到规范值。

3.3 工程措施
对垃圾场坝体的稳定性分析可知：垃圾场坝后垃圾体边坡起坡点与坝体的距离和垃圾体内水位的高低对垃圾场坝体稳定性均有较大的影响。

一方面若保持现有垃圾堆体起坡点距离不变，即从坝顶边缘线开始起坡，其水位需控制在坡面以下12.5 m，坝体稳定性才能满足规范要求。

由于该填埋场场地为湿润气候区，降雨较多，根据我国南方湿润地区填埋场水位控制经验，欲将水位控制在坡面以下12.5 m，需要
保证底部导排盲沟等有较好的导排条件，由于该场运营多年盲沟等存在淤堵等问题，需对其实行反冲洗，根据现场条件反冲洗不易实现且降水效果不能保证。

另一方面从该场垃圾堆体边坡起坡点与大坝的距离来看，随着起坡点距离的增加其抗滑稳定性逐渐增大，但单一采用向后移起坡点的措施，在现有水位条件下需要向后平移27.5 m方能保持坝体的稳定，但如此会极大地减少库区填埋容量。

现考虑2种方式相结合，将起坡点向后移15 m并适当降低堆体内渗沥液水位的措施。

经分析，降低渗沥液水位的措施考虑在坝体前设置4口渗沥液提升井，一方面通过抽排井
内渗沥液而降低堆体内水位，另一方面可通过提升井对坝后水位实施长期的跟踪监测。

坝体稳定性分析计算结果见图6，结果表明：在此种工况下垃圾场坝体后垃圾体水位在坡面以下8.2 m，即需将现有堆体内水位降低1.9 m可满足规范要求。

根据国内同类填埋场的水位控制经验，渗沥液提升井能够满足上述降水要求。

4 结论
通过对国内某填埋场在扩容过程中垃圾场坝体稳定性分析，提出了优化堆填体型和降低坝后水位相结合的工程措施来增强垃圾场坝体的抗滑稳定性。

一方面在坝后设置渗沥液提升井可实现对渗沥液的抽排，实现对填埋场内水位的主动调控；另一方
面还可实现对堆体内水位的长期跟踪监测，确保渗沥液水位高度符合规范要求，从而消除了安全隐患。

工程实践证明：此2种措施相结合的手段效果较好，与单一采取降水措施相比相对较经济且渗沥液水位要求易于调控；与单一采取后移堆体边坡起坡点相比，不至于占用过多的填埋库容量，延长了填埋场使用期限，为新建填埋场和焚烧厂的建设提供了良好的过渡准备运营时间。

参考文献
[1]曾泽澎.砌石垃圾坝结构设计的探讨[J].城市道桥与防洪，2012（10）：174-176.。