平原型填埋場場地平整方案設(shè)計(jì)

高全喜 楊再興

【摘 要】平原型填埋場結(jié)構(gòu)是一個(gè)特殊的鍋底型，針對平原型垃圾填埋場的設(shè)計(jì)，以某平原型填埋場為例，介紹了庫區(qū)場地平整方案設(shè)計(jì)過程中基底高程、壩頂高程和堆體頂高程這3個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的確定過程。

【關(guān)鍵詞】平原型垃圾填埋場；基底高程；壩頂高程；堆體頂高程

1.平原型填埋場特點(diǎn)

根據(jù)地理地質(zhì)情況的不同，填埋場可分為山谷型、平原型和坡地型三大類[1]。在平地上構(gòu)筑圍堰，直接在圍堤內(nèi)的地面上堆填固體廢物的填埋場為平原型填埋場。這種方式通常適用于地形比較平坦、地下水位較淺的地區(qū)[2]。

平原型填埋場的優(yōu)點(diǎn)是：比較容易進(jìn)行水平防滲處理、分單元填埋以及填埋作業(yè)期間的雨污分流；工程施工比較容易，投資省；一般通過庫底的開挖具有較充足的筑壩土源和覆蓋土源；缺點(diǎn)是需要占用耕地，征地費(fèi)較高；填埋場外圍不易形成屏障，填埋堆體可能對景觀有一定影響[3]。

平原型填埋場在我國平原地區(qū)運(yùn)用較廣泛。平原型填埋場與溝谷型填埋場同屬于土地填埋處置，其主要區(qū)別是庫區(qū)的形成方式不同。在平原型填埋場設(shè)計(jì)中，合理確定填埋場的底高、堤高和堆高三個(gè)參數(shù)，對填埋場設(shè)計(jì)、后期施工及運(yùn)行維護(hù)都具有重要的意義。

2.場地構(gòu)筑形式

圖1 平原型填埋場堆體橫剖面示意圖

平原型填埋場構(gòu)筑形式一般是以場址地平面為基準(zhǔn)，下挖或在周圍填筑圍堤或同時(shí)挖填，形成一個(gè)特殊的鍋底型結(jié)構(gòu)。

填埋坑開挖方式的選擇，不僅要考慮庫容量和服務(wù)年限，還要考慮全場的土方平衡。對于平原型填埋場，基底的開挖方式一般有三種，一是地上式，二是地下式，三是半地下半地上式。采用地上式需要大量取土，增加施工難度且取土費(fèi)用較高；采用地下式，為了滿足填埋量，開挖的土方量又造成棄土過多。半地上半地下式與其他兩種方式相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：有效去除了結(jié)構(gòu)松散、孔隙大，欠固結(jié)的耕土層；粘土和覆蓋土用量大體相當(dāng)；可以充分利用填埋空間，滿足填埋場運(yùn)行期限要求；工程造價(jià)較低[4]。

圖1是典型的平原型填埋場堆體橫剖面示意圖。圖1中，H1為挖深，H2為堤壩頂高程，H3為堆體頂高程。這三個(gè)參數(shù)既相互關(guān)聯(lián)又相對獨(dú)立，其取值受多種因素的影響，其本質(zhì)都是要滿足填埋場服務(wù)期內(nèi)垃圾填埋的庫容需求。堆高與堤高相差較大時(shí)，必須校核堆體邊坡，確保堆體不出現(xiàn)滑移、坍塌等不確定情況。

平原型填埋場中主要挖方量是庫區(qū)基底構(gòu)筑的挖方，主要填方量是環(huán)庫堤壩的填筑。應(yīng)綜合考慮挖深與堤高的取值，使場區(qū)土建本身盡量做到挖填土石方量平衡[4]。

3.工程案例

某平原型填埋場場地現(xiàn)狀為近期圍墾的灘涂地，地面黃海高程約1.0 m，四周塘堤堤頂黃海高程為9.7～10.0 m，地勢較為平坦。填埋對象為工業(yè)固廢，服務(wù)期限為10 年，總處置容量為59.5 萬m3。庫區(qū)平面布置示意圖如圖2所示。

圖2 南方某平原型填埋場庫區(qū)平面布置示意圖

3.1 處置場堤壩頂高程的確定

堤壩頂高程的確定，應(yīng)考慮與作業(yè)道路的銜接問題。作業(yè)車輛最終要在堤壩頂作業(yè)，道路的縱坡必須滿足作業(yè)行駛的要求，由于道路起坡點(diǎn)基本是現(xiàn)狀地平高程，堤壩頂高程將直接影響道路的設(shè)置。

本處置場設(shè)計(jì)堤頂高程10.0 m，同時(shí)在東側(cè)將現(xiàn)有未成型的圍堤修筑成型，場區(qū)形成一圈頂高程為10.0 m的環(huán)庫圍堤。

3.2 處置場庫底清基高程的確定

庫底清基高程的確定，應(yīng)結(jié)合場地的地質(zhì)條件，除了土層承載力外，還應(yīng)綜合考慮場地土層的滲透系數(shù)、地下水位情況等地質(zhì)因素。土層的滲透系數(shù)是選擇防滲方式的最主要依據(jù)，地下水位的控制直接影響著防滲及導(dǎo)排系統(tǒng)的安全。因此合理的選擇開挖深度，確定基地土層，將直接關(guān)系到處置場的運(yùn)行安全。

根據(jù)本場區(qū)地質(zhì)勘察報(bào)告，綜合考慮地基土層的結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)性質(zhì)及厚度和分布，場址第2層粉土層，其地基承載力較好，可滿足填埋堆高的要求。

但考慮本場區(qū)庫底現(xiàn)狀標(biāo)高大部分為1.0 m左右，為了減小場區(qū)挖方量，故選擇層頂標(biāo)高為-1.48～2.71 m的2-2粘質(zhì)粉土層作為場區(qū)庫底持力層，即庫底清基高程維持現(xiàn)狀1.0 m?？紤]到該層土層滲透系數(shù)平均為4.0×10-5 cm/s，大于1.0×10-7 cm/s，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)采用人工材料防滲[5]。

另外，根據(jù)地勘報(bào)告，本場區(qū)地下水位埋深僅0.30～5.10 m，高程為0.90～6.40 m，在滿足庫容要求的前提下，基底高程無法實(shí)現(xiàn)高于地下最高水位1 m以上。因此，依據(jù)地基承載力的要求，確定了基底高程后，在基底高程以上填筑1 m厚的壓實(shí)粘土形成一個(gè)有效的地下水阻隔層，配合場底的地下水導(dǎo)排層，確保地下水不會被滲濾液污染。

3.3 處置場堆體頂高程的確定

堆體頂高程的確定，主要取決于庫容要求、地基承載力、堆體邊坡的穩(wěn)定性要求三個(gè)因素。原因是堆體的高度是實(shí)現(xiàn)庫容需求最直接的參數(shù)；堆體高程應(yīng)滿足持力土層地基承載力要求；堆體最終形成金字塔形收坡，其邊坡的坡度受到穩(wěn)定性的限制，而坡度又直接影響堆體頂高程。

本場地基底持力土層確定為2-2粘質(zhì)粉土，根據(jù)地勘報(bào)告，該層地基承載力為125 kPa，工業(yè)固廢重力密度可達(dá)到15 kN/m3，據(jù)此核算出最終工業(yè)固廢可填厚度可達(dá)11 m～12 m。即本場堆體頂高程理論可達(dá)12.0 m～13.0 m?？紤]到堆體不均勻沉降及與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)的問題，本次設(shè)計(jì)考慮堆體頂高程與圍堤頂高程一致為10 m。

3.4 處置場單層堆體高度的確定

本場區(qū)在快速堆載條件下，針對本場區(qū)工業(yè)固體廢物堆體的工程特點(diǎn)（堆體底部寬度過大，邊界較長，達(dá)400 m×250 m；基礎(chǔ)底部做隔水處理），地基土不能及時(shí)排水固結(jié)，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性主要取決于地基土的天然強(qiáng)度和堆載高度。

根據(jù)Fellenius公式計(jì)算，第一級允許施加荷載及加荷高度分別為：

P1=5.52Cu/K=45 kPa，

H1=Pl/r廢物=4.5 m，

式中：

P1—第一級允許施加荷載，kPa；

Cu為地基土的天然強(qiáng)度，kPa，綜合勘察的多項(xiàng)剪切試驗(yàn)結(jié)果綜合分析后取13 kPa；

K—安全系數(shù)，本工程取1.5；

H1—第一級允許加荷高度，m；

r廢物為廢物的重力密度，取15 kN/m3。

根據(jù)如上計(jì)算，本處置場運(yùn)行初期，若需進(jìn)行一次性快速堆填作業(yè)，為避免地基破壞失穩(wěn)，堆體高度應(yīng)控制在4.5 m以下。以此為依據(jù)，選擇本場區(qū)單層堆體高度為3.0～4.0 m。

3.5 堆體邊坡設(shè)計(jì)

堆體邊坡設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要保證堆體的穩(wěn)定性，在滿足穩(wěn)定性前提下應(yīng)盡可能增加庫容。堆體穩(wěn)定分析時(shí)需綜合考慮以下因素：

① 堆體中滲瀝液水位（包括最大水位變化）；

② 壓實(shí)廢物的不同特性；

③ 地震動荷載作用；

④ 封場結(jié)構(gòu)層中土工復(fù)合材料與不同物質(zhì)之間接觸面的摩擦力；

⑤ 臨時(shí)堆體的穩(wěn)定性。

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）及《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-98），堆體抗滑穩(wěn)定允許安全系數(shù)為1.2[6]。采用Bishop圓弧滑動分析法，對堆體邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，計(jì)算結(jié)果表明邊坡比在1：3.6以下能夠滿足穩(wěn)定性要求。由于邊坡越緩相應(yīng)庫容就越小。在滿足邊坡穩(wěn)定性的前提下，本著盡可能增加庫容的原則，因此推薦堆體邊坡坡度按1：3設(shè)計(jì)。廢物邊坡自環(huán)庫圍堤或中間隔堤起按照坡度1：3堆高堆填，并每3 m高差設(shè)置一個(gè)2 m寬的馬道。

4.結(jié)束語

平原型填埋場工程和其他兩種類型的填埋場工程建設(shè)有著截然不同的特點(diǎn)，針對工程特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工管理至關(guān)重要。設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮土地利用效率的最大化、資金使用計(jì)劃的最優(yōu)化和資金使用成本的最小化、運(yùn)營成本的最小化和環(huán)境污染與生態(tài)影響程度的最低化。

參考文獻(xiàn)：

[1]CJJ17-2004，生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)規(guī)范[S].

[2]陳昆柏.固體廢物處理與處置工程學(xué)[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社.2005.

[3]李穎，郭愛軍.城市衛(wèi)生填埋場設(shè)計(jì)指南[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社.2005.

[4]郝麗華，王琦，劉淑玲，張建海.平原型安全填埋場設(shè)計(jì)中有關(guān)問題的探討——以黑龍江省危險(xiǎn)廢棄物集中處置場為例[J].《全國第六屆土工合成材料學(xué)術(shù)會議論文集》.2004.

[5]CJJ113-2007，生活垃圾衛(wèi)生填埋場防滲系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].

[6]SL274-2001，《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》[S].