三河市生活垃圾衛(wèi)生填埋場深基坑止水處理及降水設計方案分析

楊書源

（天津市環(huán)境衛(wèi)生工程設計院，天津 300201）

三河市生活垃圾衛(wèi)生填埋場深基坑止水處理及降水設計方案分析

楊書源

（天津市環(huán)境衛(wèi)生工程設計院，天津 300201）

介紹了河北省三河市生活垃圾衛(wèi)生填埋場工程及其地下含水層分布情況，通過對壓力注漿、水泥深層攪拌樁不同止水帷幕方案及坑底水下回填方案進行技術(shù)和經(jīng)濟比較，確定該工程采用適用、經(jīng)濟、安全的壓力注漿方案，闡述了基坑降水及庫底地基處理方案。

垃圾填埋場；基坑降水；止水帷幕；壓力注漿

1 工程概況

三河市生活垃圾衛(wèi)生填埋場工程坐落于河北省三河市城西7 km的李旗莊境內(nèi)，102國道以南，大秦鐵路以北?，F(xiàn)場地為李旗莊磚場，東側(cè)為燒磚，制、晾坯區(qū)，西側(cè)為取土坑。因取土的自由性，目前形成了東西長300 m左右、南北寬230 m左右的土坑，坑底高低不平，自西向東逐漸抬升，坑底最深處達24 m（西部最低處標高-4.50 m左右，西部水深3.50 m左右）。四周邊坡多處已破壞的含水層向坑內(nèi)流水，土坑邊坡周圍坡頂高程19.00 m左右，從場地自然條件看，挖土形成的大坑比較適合作為垃圾衛(wèi)生填埋場庫區(qū)。

按照通過專家評審的《河北省三河市垃圾衛(wèi)生填埋場初步設計》，垃圾填埋坑設計坑底標高為0.00 m，垃圾坑底深度約19.00 m，目前取土坑深度已遠大于垃圾填埋坑設計深度。因此，為避免垃圾產(chǎn)生的滲瀝液對地下水造成影響，需對取土坑進行回填及防滲處理。但由于西側(cè)坑內(nèi)現(xiàn)最低水位標高在-1.00 m左右，水體已與承壓水相連，僅依靠坑內(nèi)抽取地下水無法排出坑內(nèi)積水，必須借助基坑周圍大口井降水割斷坑外的水力補給來實現(xiàn)。但由于南面大秦鐵路路軌邊線距坑邊僅20 m，基坑周圍大規(guī)模進行大口井降水勢必對大秦鐵路的正常使用造成影響（路基沉陷或偏移后果嚴重），因此，設計上要采取相應措施對其進行重點保護。

2 場地地下含水層分布情況

根據(jù)工程勘察報告［1］，場區(qū)地表下埋深55 m范圍內(nèi)的含水層主要有③2、③4、④1、④3、⑤2粉土層和⑤1、⑤4砂層（見圖1），其中③2、③4、④1、④3粉土層位于埋深約18 m以上，具有微承壓性，③2靜止水位埋深為4.93 m，④1靜止水位埋深為6.47 m；⑤2粉土層和⑤1砂層多位于37 m以上，與⑤4砂層之間間隔⑤3黏土層。

另外，經(jīng)現(xiàn)場勘察，測得場地地下潛水水位標高為11.78 m。工藝要求設計庫底防滲膜標高為0.00 m。在垃圾填埋場填埋運行期間，基底水頭差為11.78 m?？紤]垃圾填埋場施工與運行特點，為保持施工階段取土坑底具備施工條件，應采取一定的降水措施以保持坑底干燥；另外為保證垃圾填埋場安全有效運行，在垃圾填埋厚度未能平衡基底所受浮力期間也需采取一定的降水措施以減小基底浮力，前期運行工藝上采用地下水導排系統(tǒng)加以解決。

3 止水處理方案技術(shù)分析

根據(jù)勘察單位提供的場地水文地質(zhì)資料［1］，降水所用的大口井影響半徑達122 m，加固范圍應是基坑與大秦鐵路之間對應基坑位置各向東西外延伸8 m左右向北各折線延伸80 m左右，才能滿足降水井影響范圍，即加固總長度在500 m左右。

圖1 土層分布示意

根據(jù)場地底層分布情況、承壓水情況及周圍環(huán)境（北側(cè)為大秦鐵路），為防止填埋場降水施工對大秦鐵路產(chǎn)生不利影響，需在大秦鐵路一側(cè)設置1道防滲止水帷幕，其深度原則上是穿透承壓含水層進入相對不透水巖體頂板以下，防滲材料以水泥為主。

3.1 止水帷幕方案（壓力注漿）

注漿法是一種用液壓、氣壓原理把能固化地基土的漿液（多為水泥漿液）通過壓降泵、灌漿管均勻地注入各種介質(zhì)的裂縫或孔隙中，以填充、滲透和擠密等方式，驅(qū)走裂縫、孔隙中的水分和氣體，并填充其位置，經(jīng)一定時間硬化后將松散的土?；蛄严赌z結(jié)成一個整體，形成一個結(jié)構(gòu)新、強度大、壓縮性低、抗?jié)B性高和化學穩(wěn)定性良好的新的巖土“結(jié)石體”。結(jié)合本場地承壓含水層的分布情況，本次對埋深38 m以上承壓含水層及其他土層采用壓力注漿的方法進行加固。

該方案采用2排注漿孔，注漿管所需的鉆孔多采用鉆機開孔，孔徑100～110 mm，孔內(nèi)下特制注漿噴頭和注漿管（無縫鋼管），注漿管均做好絲扣以便于注漿管之間、與注漿噴頭及注漿泵噴頭連接；注漿管四周用砂子回填，頂部用干性水泥封孔（必須做好密封）。

注漿時，將攪拌罐攪拌的水泥漿液通過注漿泵、注漿管壓入土層內(nèi)。注漿孔采用跳孔注漿的方法，注漿以通氣孔作為該孔停住的標準；注漿壓力控制在3.0 MPa之內(nèi)，最大不得超過5.0 MPa。注漿采用水灰比為0.6～0.8的水泥漿，水泥漿采用強度等級32.5級普通硅酸鹽水泥。注漿完畢后，用水泥將鉆孔（包括注漿管、注漿噴頭）封死。

該方案的優(yōu)點是能夠有效將承壓含水層及以上土層的空隙封住，真正達到控制地下水滲流的目的；缺點是施工較繁瑣，對施工技術(shù)要求較高。水泥土擋墻的寬度隨滲透性的差異變化較大。

3.2 止水帷幕方案（水泥深層攪拌樁）

原設計方案采用2排深層攪拌樁擋墻進行止水，樁長24 m，樁端位于埋深30 m處，但由于深層攪拌樁施工工藝的限制，無法施工至30 m深處，且由于該方案未能穿透承壓含水層，抽水時承壓含水層會沿墻底繞流補給，止水效果較差，容易對大秦鐵路產(chǎn)生一定的影響。

本方案采用“三軸”施工工藝，可解決施工至30 m的問題。擋墻寬0.85 m，樁長32 m（即埋深6.0～38.0 m）。該方案的優(yōu)點是施工質(zhì)量好，水泥漿與土攪拌均勻，止水擋墻的完整性較好；缺點是施工造價較高。

3.3 坑底水下回填方案

西側(cè)坑內(nèi)現(xiàn)水體水面標高在-1.00 m左右，水深3.50 m左右，水體已經(jīng)與承壓水相連，假設認定承壓含水層水頭標高即為-1.00 m左右，即可采用回填方案，回填土需采用透水并有一定強度的建筑拆房渣土、山皮石等雜填土（要求篩除細粒土及大塊），大塊用于坑底部擠淤用，回填土最厚處不少于3.00 m（水下拋填），回填后的標高不低于-2.00 m?；靥钔翉哪蟼?cè)開始，隨回填隨在北側(cè)抽水，并將不能抽走的水體含在雜填土中（水位標高仍為-1.00 m左右）。水位以上分層回填后進行壓實，統(tǒng)一處理槽底做反濾層，按設計標高平整庫底。該方案的優(yōu)點是施工方便，造價較低，同時可不進行大口井降水；缺點是施工所需的填土材料要求較嚴格，施工質(zhì)量不易保證，坑底防滲效果不如其他方案，且施工必須避開雨季。

4 止水處理方案經(jīng)濟比較

4.1 止水帷幕方案（壓力注漿）費用

2排注漿孔（1排深38 m，另1排深20 m）交叉布置，排間距為2.00 m左右，孔間距3.00 m左右，注漿孔數(shù)約330個；考慮到38 m深孔返漿至地表很困難，在深注漿孔之間增加淺注漿孔（深20 m左右），即淺注漿孔的間距也為3.0 m左右，注漿孔數(shù)約為128個；即總注漿孔數(shù)約為458個。

施工需鉆機成孔（孔深分別為38 m左右、20 m左右）、下注漿管和探頭（一次性投入，無法拔出）、灌砂子、封孔、攪拌水泥漿、壓力注漿及水泥費用、施工費用、電費（注漿泵18.5 kW、攪拌罐5 kW）、繳稅等，總費用約需247.24萬元，即每延米費用約需4 950元。

4.2 止水帷幕方案（水泥深層攪拌樁）費用

擋墻寬0.85 m，樁長32 m（即埋深6.00～38.00 m），總方量為13 600 m3，單方施工費用（包括水泥、電費、施工費、繳稅等總費用）約280元，總費用約需380.80萬元，即每延米費用約需7 600元。

擋墻改為2排直徑0.70 m水泥攪拌樁，咬合0.20 m，總樁數(shù)為2 000根，樁長24 m（即埋深6.00～30.00 m），總方量為19 413 m3，單方施工費用（包括水泥、電費、施工費、繳稅等總費用）約130元，總費用約需252.37萬元，即每延米費用約需5 010元。

4.3 坑底水下回填方案費用

回填所需的建筑拆房、施工渣土、山皮石等級配好的雜填土達80 000～90 000 m3，尚需增加抽水費用，同時設計要求的回填材料數(shù)量較大，當?shù)睾茈y選到，而且這種材料存在不均勻性，對施工要求非常嚴格，施工質(zhì)量也不易檢測，無法預測施工是否能夠達到設計要求，因此回填方法有可能造成地基不均勻沉降，對庫底防滲層產(chǎn)生一定的影響（根據(jù)工藝專業(yè)要求防滲層下的地基必須是均勻的），故未作費用估算。

5 綜合分析確定實施止水帷幕方案（壓力注漿）

方案確定最重要一點是工程降水絕對不能對大秦鐵路造成任何路基沉陷或偏移，鑒于上述分析，確定采用止水帷幕方案（壓力注漿）。該方案只要施工時材料選擇、施工方法、質(zhì)量檢測嚴格執(zhí)行有關規(guī)范要求，從技術(shù)上應該能夠達到設計止水目的。該方案總的費用較低，節(jié)約投資，符合建設單位的要求。水泥土形成的擋墻設計要求應位于填埋場基坑外一定距離，以防止大面積回填產(chǎn)生的水平力擠裂擋墻。均應在基坑降水和填埋場回填期間對大秦鐵路的路軌及西南側(cè)小橋設置監(jiān)測點，進行水平位移及沉降觀測，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，及時采取處理措施，并及時調(diào)整降水方案，從而減少對鐵路的危害。采用該方案，可不在水泥土擋墻部分設置降水井。在填埋庫區(qū)南側(cè)及東南側(cè)、西南側(cè)施工壓力注漿防滲止水帷幕，加固范圍應是沿基坑東西向各向外延伸8 m，并向北各折線延伸80 m。防滲止水帷幕寬度不小于3.0 m，為2排注漿孔，外排距南側(cè)紅線邊界1.0 m?？?深38 m，孔2深20 m?？?為2排，交錯布置，排間距為2.0 m，孔間距為3.0 m?？?在內(nèi)排，在孔1中間（即孔間距也為3.0 m）。止水帷幕平面布置見圖2。

6 基坑降水及地基處理

6.1 基坑出水量計算

1） 方法一：依據(jù) GB 50307—1999地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范，按照條形基坑出水量計算公式［2］：

式中：Q為基坑出水量（m3/d）；L為條形基坑長度（m），取值300 m；B為條形基坑寬度（m），取值230 m；k為滲透系數(shù)（m/d），取值2.851 2 m/d；M為承壓含水層厚度（m），取值8.0 m；S為設計水位降深（m），取值12.58 m；R為影響半徑（m），R=10Sk0.5，取值R=198.91 m。

按照公式（1） 計算得Q=3 893.16 m3/d。

2） 方法二：依據(jù)YB 9258—1997建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范，利用基坑出水量計算公式［3］：

式中：Q為基坑出水量（m3/d）；k為滲透系數(shù)（m/d），取值2.851 2 m/d；M為承壓含水層厚度（m），取值8.0 m；S為設計水位降深（m），取值 12.58 m；R 為影響半徑 （m），R=2S（kH）0.5，H為含水層厚度（m），取值R=122.07 m；r0為基坑換算半徑（m），r0=0.564F0.5，F(xiàn)為基坑面積（m2），取值r0=148.15 m。

按照公式（2） 計算得Q=3 048.86 m3/d。

出水量采用上述計算取較大值Q=3 893.16 m3/d。

6.2 單井出水量計算

水量主要來自填埋坑底以下的⑤1層（強透水層），填埋坑底以上的水量很小可以忽略，因此井結(jié)構(gòu)主要根據(jù)⑤1層設計。管井采用承壓水完整井抽水。根據(jù)鉆孔資料中⑤1層底板埋深，設計井深35～40 m，井徑500 mm，管徑不小于240 mm，纏絲填礫過濾器，濾料為1～5 mm的石英砂，填至地表面以下2～3 m，然后用黏土封實；過濾管長度為⑤1層厚度；井要穿過整個⑤1層，并保證下面有5 m的沉淀管。

如果考慮直接從管井對填埋坑底以上的水量進行降水，可以在填埋坑底以上的各個含水層位置使用過濾管，即采用分段式過濾管的井結(jié)構(gòu)。

單井出水量采用計算最小出水量：

式中：q為最小單井出水量（m3/d）；α為經(jīng)驗系數(shù)1.0～1.5；i為水力坡度，開始抽水時i=1；k為滲透系數(shù)（m/d），取值2.851 2 m/d；D為鉆孔直徑（m）；H為含水層厚度（m）。

按照公式（3） 計算得q=144.64 m3/d。

降水井數(shù)量n（個） 和降水井間距b（m） 按以下公式計算［4］：

根據(jù)公式 （4） 、（5） 計算得：n=30個；b=20 m。

6.3 庫底地基處理

降水同時抽干坑內(nèi)積水，底部清淤結(jié)合用建筑垃圾大塊級配混凝土塊及磚塊擠淤，級配寸碎石至④3層表面，以保持與④3、⑤1含水層的水力關系，降低含水層動水壓力，上部回填砂礫石至防滲層下部中粗砂地下水導流層下皮，上述回填壓實相對密度不小于0.70，上部為不小于0.30 m厚黏土分層回填碾壓至庫區(qū)設計防滲層底部標高（回填土采用邊坡開挖土）壓實系數(shù)不小于0.93。

7 結(jié)束語

垃圾填埋場深基坑降水要考慮不能對周圍設施產(chǎn)生影響，要結(jié)合場地的自然條件、填埋庫區(qū)工藝要求、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，綜合分析確定降水及止水帷幕方案，此工程確定的止水帷幕方案（壓力注漿） 技術(shù)上可靠，經(jīng)濟上合理，通過對壓力注漿形成的水泥土擋墻進行質(zhì)量檢測符合規(guī)范要求，并進行基坑降水及庫底地基處理，同時對相鄰鐵路水平位移及沉降進行觀測無任何變化，完全達到了設計要求。該工程竣工后運行狀況良好，通過國家有關專家評審作為河北省垃圾填埋場示范工程，其設計獲得天津市工程咨詢協(xié)會2008年度優(yōu)秀工程咨詢成果三等獎。

［1］天津市地質(zhì)工程勘察院.三河市生活垃圾衛(wèi)生填埋場巖土工程勘察報告［R］.2006.

［2］GB 50307—1999 地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，1999.

［3］YB 9258—1997 建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范［S］.北京：冶金工業(yè)出版社，1997.

［4］林宗元.簡明巖土工程勘察設計手冊（下冊）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

Designing Plan of Water-stop Treatment and Dewatering of Deep Foundation Pit for Sanhe Domestic Waste Sanitary Landfill Site

Yang Shuyuan
（Tianjin Environmental Sanitation Engineering Design Institute,Tianjin 300201）

The project of Sanhe Domestic Waste Sanitary Landfill Site in Hebei and its distribution of underground aquifer were introduced.Through technical and economic comparing of water-stop curtain of pressure grouting,water-stop curtain of deep cement agitating pile,and underwater back filling on bottom of foundation pit,the applicative,economic and safe pressure grouting plan for the project was determined.Its foundation pit dewatering and foundation treatment plan was expounded.

waste landfill site；foundation pit dewatering；water-stop curtain；pressure grouting

TU993.3

B

1005－8206（2012） 01－0052－04

2011-12-07

楊書源（1953—），高級工程師，主要從事工程建筑、結(jié)構(gòu)、巖土、水工等專業(yè)設計及管理。

（責任編輯：鄭雯）