簡易垃圾場封場堆體穩(wěn)定性分析及工程治理措施

周　屹，張岳安，周勇波，羅明聰，唐玉芳（.化工部長沙設計研究院，湖南　長沙　407；.長沙環(huán)境保護職業(yè)技術學院，湖南　長沙　40004）

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簡易垃圾場封場堆體穩(wěn)定性分析及工程治理措施

周屹1，張岳安1，周勇波1，羅明聰1，唐玉芳2
（1.化工部長沙設計研究院，湖南長沙410117；2.長沙環(huán)境保護職業(yè)技術學院，湖南長沙410004）

以南方某縣城簡易填埋場封場綜合治理工程為例，本文主要結(jié)合實測的堆體物理力學參數(shù)，模擬不同工況下堆體內(nèi)滲瀝液浸潤線的高度，對堆體穩(wěn)定性進行了全面的分析，并有針對性制定工程治理措施，消除了封場后垃圾堆體的安全隱患，可為簡易填埋場的綜合治理工程提供借鑒。

簡易垃圾填埋場；穩(wěn)定性；滲瀝液；浸潤線

引言

隨著越來越多標準化城市生活垃圾填埋場的建成和投入使用，原有簡易生活垃圾填埋場綜合治理被各級環(huán)境管理部門日益重視。近年來，由政府主導對原簡易垃圾填埋場封場治理工作也陸續(xù)展開，封場治理項目主要依據(jù)《生活垃圾衛(wèi)生填埋場封場技術規(guī)程》（CJJ112-2007）與《生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術規(guī)范》（GB50869-2013）［1］的要求，對現(xiàn)有簡易填埋場采取垂直防滲［2］、地下水阻隔、封場覆蓋、滲瀝液處置、填埋氣體收集處置等常見的以環(huán)境污染治理的工程措施。

在工程設計階段結(jié)合簡易垃圾填埋場垃圾堆體物理力學參數(shù)、堆體實測滲瀝液浸潤線［3］的高度、填埋場地質(zhì)條件等綜合因素進行堆場穩(wěn)定性分析往往容易忽視，從而造成設計階段未采取有針對性治理措施，造成封場后堆體穩(wěn)定性存在安全隱患。本論文以南方某簡易垃圾填埋場封場治理工程為例，通過在封場治理設計階段進行堆體穩(wěn)定性計算與分析，并根據(jù)分析結(jié)論制定相應的工程措施，消除安全隱患。

1　簡易垃圾填埋場環(huán)境現(xiàn)狀及綜合治理路線

1.1簡易垃圾填埋場現(xiàn)狀

南方某簡易垃圾填埋場位于城市東北部，距離縣城3.0km，該填埋場現(xiàn)已填埋垃圾 19.4×104m3，堆積平均深度為25.0m；由于該填埋場所處地理位置特殊，而且填埋場早期建設時沒有做任何的防滲處理，屬于典型的簡易垃圾填埋場，對周邊環(huán)境存在較大的污染風險，主要表現(xiàn)在：①現(xiàn)有垃圾堆放場自然落差大，無水土保持措施，存在滑坡、崩塌隱患，對下游群眾生產(chǎn)、生活造成了安全隱患；②垃圾場周邊未設置雨水截排設施，導致周邊雨水沖刷垃圾堆體造成污水漫流；③缺少垃圾場填埋氣體收集、導排系統(tǒng)，垃圾中有機物在分解過程中所產(chǎn)生有毒、易燃氣體在垃圾堆中蓄積，造成安全隱患。

1.2綜合治理路線

本項目簡易垃圾場綜合治理的路線主要包括：①在堆體下游埡口處新建1座垃圾攔擋壩，以穩(wěn)定垃圾堆體；將分散堆存垃圾集中收集，并對簡易填埋場庫區(qū)進行調(diào)坡整形，以滿足穩(wěn)定性要求；②設置清污分流導排系統(tǒng)，減少垃圾滲瀝液產(chǎn)生量，并防止水土流失；③設置滲瀝液導排收集系統(tǒng)，新建滲瀝液處理設施（定期清運外運處置方式）；④設置填埋氣體導排及處理系統(tǒng)；⑤設置垂直防滲帷幕［4］，阻隔滲瀝液對周邊的污染；⑥填埋場封場層及生態(tài)恢復。

2　堆體穩(wěn)定性分析

2.1分析目的

原簡易垃圾填埋場封場完畢后，將成為獨立的受力體系，在垃圾堆體自重作用和填埋堆體內(nèi)滲瀝液高水位影響下，垃圾堆體有可能沿著堆體封場坡面產(chǎn)生滑動，造成安全事故，因此有必要對各種工況組合下簡易垃圾堆體的穩(wěn)定性進行分析。垃圾堆體穩(wěn)定性分析的主要目的是分析評價垃圾堆體內(nèi)滲瀝液水位對垃圾堆體穩(wěn)定性的影響，為合理控制滲瀝液水位提供依據(jù)，從而制定相應的工程措施。

2.2堆體典型斷面

新建一座垃圾攔擋壩，壩體高度為5.0m，壩頂?shù)臉烁邽?80.0m，按1：3.0的坡度，每升高5.0m，設置3.0的平臺，分別為285.0m平臺、290.0m平臺，一直到達295.0m標高，然后按5%以上的坡度由中間坡向兩側(cè)，形成魚背狀，便于排水。

圖1　簡易垃圾場治理后典型斷面圖

2.3穩(wěn)定計算方法及計算軟件

參見《碾壓土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001），廢渣堆體邊坡抗滑穩(wěn)定計算采用剛體極限平衡法，本設計采用瑞典圓弧法。對于垃圾填埋體來說，孔隙水壓力運用起來比較困難，本設計采用總應力法。穩(wěn)定計算軟件選擇：本驗算采用的電算程序為HH-slope軟件。

2.4封場后垃圾堆體強度參數(shù)

根據(jù)本項目工程地質(zhì)勘察報告（詳勘），本項目封場后的垃圾堆體共劃分了三層，分布為垃圾碾壓層，下覆地層為粘土層、石灰?guī)r層。穩(wěn)定分析時以灰?guī)r作為基巖，即認為不會有巖層的滑動發(fā)生。垃圾堆體穩(wěn)定分析時，典型巖土層及其強度參數(shù)分布（從上至下）如表1所示。

表1　封場垃圾堆體穩(wěn)定性分析強度指標

2.5計算工況

由于簡易垃圾場未采取滲瀝液導排、雨污分流等工程措施，根據(jù)本項目工程地質(zhì)勘察報告（詳勘）所示堆體內(nèi)滲瀝液水位較高（堆體頂面以下8.0～9.0m），為合理評價滲瀝液水位對垃圾堆體穩(wěn)定性的影響，工況組合時需考慮不同滲瀝液水位的影響。由于中間覆蓋層（含碎石粘土）存在，垃圾場堆體內(nèi)存在滲瀝液主水位和局部滯層水。結(jié)合類似工程分析結(jié)果，堆體穩(wěn)定性分析時需分別考慮滲瀝液主水位、暴雨時期水位（局部滯水位）、EPA控制水位（美國環(huán)保局控制水位，h=0.3m），低水位（h=H/10），較低水位（h=H/3）、中間水位（h=H/2）、高水位（h=2H/3）、較高水位（h=4H/5）等幾種滲瀝液浸潤線情況。

根據(jù) 《生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術規(guī)范》（GB50869-2013）的相關要求，本項目垃圾壩屬于II類建筑級別，垃圾堆體穩(wěn)定性分析時各種典型工況組合及計算結(jié)果如表2所示。

表2　堆體穩(wěn)定分析典型工況及抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

2.6穩(wěn)定計算結(jié)果

根據(jù)相應工況建立穩(wěn)定計算模型，根據(jù)AUTOBANK軟件計算結(jié)果如表2所示；本項目穩(wěn)定計算簡圖詳見圖2～3。

圖2　工況1-實測滲瀝液水位條件計算模型

圖3　工況2-模擬暴雨時期非正常水位條件計算模型

從圖2～3分析結(jié)果可以看出，在實測滲瀝液主水位控制條件下，簡易垃圾場的穩(wěn)定性能滿足要求，但由于局部滯水位存在，在暴雨高水位非正常條件下（滲瀝液浸潤線位于堆體垃圾頂面以下4～6m）垃圾場堆體穩(wěn)定性安全系數(shù)僅為0.912，小于1.15的最小安全系數(shù)，因此將產(chǎn)生如圖3所示的滑動，從而造成堆體失穩(wěn)，對下游人民的生命財產(chǎn)安全及生態(tài)環(huán)境保護造成嚴重威脅。

由此可見，隨著滲瀝液浸潤線的抬升，垃圾堆體的穩(wěn)定性逐漸減小，其減少的過程是比較明顯。根據(jù)《生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術規(guī)范》（GB50869-2013）的相關要求，本項目垃圾壩屬于Ⅱ類建筑級別 （即正常運行條件下最小安全系數(shù)為1.20，非常運行條件下最小安全系數(shù)為1.15），當正常運行下滲瀝液水位高度控制為0.75H，非常運行條件下滲瀝液高度控制0.65H以內(nèi)時，封場后垃圾堆體穩(wěn)定性滿足抗滑穩(wěn)定的要求。為安全起見，在綜合治理過程中，要將滲瀝液浸潤線高度控制條件取為h/H=0.6，相當于滲瀝液浸潤線應控制在垃圾場頂面0.4H以下時，封場治理后垃圾堆體的穩(wěn)定性有保障。

由于目前堆體滲瀝液水位較高，尤其是局部滯水位的存在使得垃圾堆體穩(wěn)定性大大降低，因此本項目設計過程中應采取有效的降水導排措施降低堆體滲瀝液水位，并且封場治理中要將堆體的雨污分流作為設計重點。

3　工程措施

根據(jù)穩(wěn)定分析的結(jié)論，滲瀝液水位（浸潤線高低）無疑對填埋場的穩(wěn)定有著至關重要的影響，無論是垃圾堆體的穩(wěn)定性還是封場邊坡的穩(wěn)定性在高水位情況下，其穩(wěn)定性都顯著降低。為有效降低垃圾堆體中滲瀝液浸潤線，設計時采用“上堵下排”的設計理念，即沿垃圾堆體上游山體嚴格控制周邊雨水進入填埋庫區(qū)（“上堵”），同時對進入垃圾堆體內(nèi)的雨水或者垃圾降解作用所產(chǎn)生的滲瀝液，應及時通過滲瀝液導排系統(tǒng)排出（“下排”），以降低滲瀝液水位，增加垃圾堆體的穩(wěn)定性。

因此在封場之前需要采取切實有效的導排措施降低垃圾堆體的滲瀝液水位，以確保封場工程后堆體的安全穩(wěn)定。本項目綜合考慮了垃圾堆體在封場治理過程中的可能出現(xiàn)的情況，設計了兩種綜合導排方案：重力導排方案及主動抽排方案。

3.1主動抽排

主動抽排的方案主要利用本次新建填埋氣體豎向收集井的，通過在降水井內(nèi)安裝臨時性潛水泵，將垃圾堆體內(nèi)的滲瀝液抽排至調(diào)節(jié)池，降低浸潤線，并外運處置達標后排放。

3.2重力導排

為了重新有效收集垃圾堆體內(nèi)滲瀝液，減少滲瀝液在原場地內(nèi)的蓄積與停留，降低滲瀝液的下滲與向外環(huán)境的擴散，將滲瀝液有效的導排至滲瀝液調(diào)節(jié)池，本項目沿庫底及邊坡增設了滲瀝液導排設施，導排設施主由滲瀝液導流層與滲瀝液導排盲溝組成。最終通過HDPE花管將堆體內(nèi)下滲的滲瀝液導入調(diào)節(jié)池，統(tǒng)一收集處置達標后排放。

3.3其他措施

根據(jù) 《生活垃圾衛(wèi)生填埋場封場技術規(guī)程》（CJJ112-2007）相關要求，對本簡易垃圾場還進行了氣體收集與處置、垂直防滲結(jié)構(gòu)、封場覆蓋系統(tǒng)、滲瀝液處置等關的環(huán)保治理設計，最終達到封場治理的效果。

4　結(jié)論

通過對簡易生活垃圾填埋場綜合治理過程中的堆體穩(wěn)定性進行定量分析，可以制定較為合理的新建攔擋構(gòu)筑物、滲瀝液導排、堆體調(diào)坡整形等設計方案，并有針對性對堆體的安全性采取有效的工程措施，從根本上消除簡易垃圾填埋場封場綜合治理后存在的滑坡、失穩(wěn)等重大安全隱患。

［1］《生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術規(guī)范》（GB50869-2013）［S］.

［2］王光華，高崗榮.高噴注漿技術在地下水污染防滲中的應用［J］.煤炭科學技術，2009，37（1）：78～81.

［3］王浩，周璐，林雪松.尾礦壩滲流場模型簡化與浸潤線計算［J］.遼寧工程技術大學學報，2016，35（1）：27～31.

［4］李 玲，喻 曉，王颋軍，等.武漢市某簡易垃圾填埋場穩(wěn)定化評價研究［J］.環(huán)境工程，2015（11）.

周 屹（1983-），男，高級工程師，碩士，主要從事環(huán)保設計方面工作。

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2095-2066（2016）12-0005-02

2016-3-26