危險(xiǎn)廢物填埋庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

唐潔

（上?？睖y設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200434）

危險(xiǎn)廢物填埋庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

唐潔

（上海勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200434）

文中通過工程實(shí)例，對(duì)危險(xiǎn)廢物填埋庫的剛性、柔性和剛?cè)峤Y(jié)合等三種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行比選，分析其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)選出的剛性方案進(jìn)行了分析探討。

危險(xiǎn)廢物；填埋庫；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 場址條件

南京市危險(xiǎn)廢棄物處置中心是南京市第一個(gè)集中控制危險(xiǎn)廢物污染的區(qū)域性設(shè)施，該中心填埋場場址位于南京市六合區(qū)。場地總體上呈“三殘丘夾三洼地”形態(tài)，中間高四周低、西側(cè)高東側(cè)低分布，最高處為場地西北團(tuán)山，標(biāo)高45 m左右，其他殘丘頂標(biāo)高35 m左右，最低處為場地東邊劈洪河，標(biāo)高10 m左右，一般地面標(biāo)高15～25 m左右，為低丘陵區(qū)。

1.1 土層的特征與分布規(guī)律

地質(zhì)構(gòu)成自上而下可分為：

1A層，粉質(zhì)粘土：可塑狀態(tài)，中壓縮性。地基土承載力特征值為120 kPa。

1B層，粉砂：砂質(zhì)均勻，中密，中壓縮性。地基土承載力特征值為140 kPa。

2A層，粉質(zhì)粘土：硬塑狀態(tài)，中壓縮性。地基土承載力特征值為220 kPa。

2B層，粉質(zhì)粘土：土質(zhì)較均勻，可塑狀態(tài)，中壓縮性。地基土承載力特征值為160 kPa。

2C層，粘土：硬塑狀態(tài)，中壓縮性。地基土承載力特征值為220 kPa。

3層，粉質(zhì)粘土：可塑狀態(tài)，中壓縮性。地基土承載力特征值為220 kPa。

4A層，強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖：局部為泥巖。巖芯呈土狀或碎塊狀，手折易斷，遇水易軟化。地基土承載力特征值為350 kPa。

4B層，中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖：局部為泥巖。裂隙較發(fā)育，巖芯較完整，呈短柱狀，遇水易軟化。地基土承載力特征值為1 200 kPa。

場地內(nèi)各土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)1A、1B層一般，其余地層均較好。2A、2B、2C、3、4A、4B層均是建（構(gòu)）筑物良好的基礎(chǔ)持力層。

1.2 地下水位

孔隙潛水的穩(wěn)定水位埋深在0.60～5.20 m之間，水位高程隨地形起伏變化。該水位隨季節(jié)變化而變化，年變幅一般為1.0 m左右。

1.3 土層滲透性

場地粘性土層滲透系數(shù)在10-6～10-7（cm/s）之間，屬微～不透水層，場地1B層粉砂屬弱透水層。

2 填埋庫方案比選與確定

2.1 剛性方案

剛性填埋庫為半地下式結(jié)構(gòu)，采用19個(gè)容積為（45～34.4）m×45 m×6.7 m鋼筋混凝土倉組成，填埋庫填埋廢物深度6.2 m。該方案滿庫填平（與填埋庫側(cè)墻墻頂齊平）總有效容量為23.12萬m3，占地（含庫區(qū)道路）50 232 m2。該方案各方面優(yōu)缺點(diǎn)如下：

1）單位庫容占地：0.217 m2。

2）單位庫容建設(shè)費(fèi)用：較大。

3）施工難度：相對(duì)較復(fù)雜。

4）填埋作業(yè)：填埋作業(yè)較方便，且通過填埋庫分隔進(jìn)行分區(qū)填埋，減少地基不均勻沉降。

5）滲濾液處理：可搭設(shè)防雨設(shè)施，減少地表水及滲瀝液的處理量，從而減少廢水處理設(shè)施規(guī)模和費(fèi)用；且遮雨棚面積較小，雨棚支座基礎(chǔ)在厚實(shí)的鋼筋混凝土池壁上，便于施工、安裝、拆遷。

6）防滲系統(tǒng)可靠性：強(qiáng)度高、可適用于水文地質(zhì)條件較復(fù)雜場地的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合高密度聚乙烯防滲膜的鋪設(shè)，可達(dá)到很好的防滲性能，安全可靠，防滲膜在露天裸露時(shí)間相對(duì)不長。

7）預(yù)處理：非反應(yīng)性和易燃性的危廢可不進(jìn)行預(yù)處理直接入庫，不受濃度限值，降低了預(yù)處理和填埋作業(yè)復(fù)雜度。

8）運(yùn)行維護(hù)：鋼筋混凝土格倉分格面積較小，易于維護(hù)。

9）遮雨棚：網(wǎng)架遮雨棚面積50 m×50 m，費(fèi)用相對(duì)較低，二期拆移相對(duì)較方便。

2.2 柔性方案

柔性填埋庫充分利用現(xiàn)有場地，采用下挖斜坡式+粘性土圍堤的結(jié)構(gòu)，填埋庫底高程20.00 m，庫深9 m，壩頂高程為29 m，壩頂寬6 m，填埋庫邊坡1∶3。該方案滿庫填平（與填埋庫新筑壩頂高程齊平）總有效庫容為16.3萬m3，占地57 962 m2。該方案各方面優(yōu)缺點(diǎn)如下：

1）單位庫容占地：0.356 m2。

2）單位庫容建設(shè)費(fèi)用：適中。

3）施工難度：相對(duì)較易。

4）填埋作業(yè)：運(yùn)輸車直接進(jìn)場，填埋操作難度不大。分區(qū)填埋，地基易產(chǎn)生不均勻沉降，易造成防滲膜破壞。

5）滲濾液處理：修建防雨措施較為困難，地表水及滲瀝液處理量大。為防止雨水進(jìn)入庫內(nèi)，需建大網(wǎng)架遮雨棚。為減少雨棚跨度，庫內(nèi)需設(shè)支柱基礎(chǔ)，從而易于產(chǎn)生不均勻沉降變形，防滲膜受拉，一旦出現(xiàn)防滲膜拉裂，將產(chǎn)生滲漏事故。若不建造防雨設(shè)施，則滲濾液產(chǎn)生量較大，后期污水處理量加大，需要新建事故池+調(diào)節(jié)池以及滲濾液處理設(shè)施，填埋作業(yè)難度和總體運(yùn)營費(fèi)提高。

6）防滲系統(tǒng)可靠性：地下水位應(yīng)在不透水層3 m以下，滿足規(guī)范要求的水文地質(zhì)條件要求較高。對(duì)防滲膜的焊接質(zhì)量要求較高，質(zhì)量控制較困難，一旦拉裂，將產(chǎn)生較為嚴(yán)重的滲漏事故。

7）預(yù)處理：濃度超過限值或者鹽類危廢必須預(yù)處理方可入庫。

8）運(yùn)行維護(hù)：大面積庫底防滲層長期裸露，維護(hù)保養(yǎng)難度大。若分區(qū)填埋，地基易產(chǎn)生不均勻沉降，易造成防滲膜破壞。

9）遮雨棚：網(wǎng)架遮雨棚面積125 m×155 m，費(fèi)用高，拆移難度大。

2.3 剛?cè)峤Y(jié)合方案

剛?cè)峤Y(jié)合方案（擋墻+柔性方案）采用下挖斜坡式+鋼筋混凝土直立擋墻的結(jié)構(gòu)型式，填埋庫分為上下兩部分，上半部分采用剛性結(jié)構(gòu)的混凝土擋墻穩(wěn)定側(cè)面結(jié)構(gòu)，墻高深度為3 m，墻底向庫內(nèi)延伸出2 m寬平臺(tái)。下部為下挖斜坡式柔性邊坡和庫底結(jié)構(gòu)，填埋庫邊坡1∶3。該方案滿庫填平（與填埋庫擋墻墻頂齊平）總有效庫容為31.3萬m3，總占地59 856 m2。該方案各方面優(yōu)缺點(diǎn)如下：

1）單位庫容占地：0.191 m2。

2）單位庫容建設(shè)費(fèi)用：較小。

3）施工難度：介于剛性方案與柔性方案之間。

4）填埋作業(yè)、滲濾液處理、防滲系統(tǒng)可靠性、預(yù)處理、運(yùn)行維護(hù)、遮雨棚：同柔性方案。

2.4 方案比選結(jié)果

綜合考慮場地安全性、水文地質(zhì)條件、滲濾液處理量、填埋作業(yè)方式、工程量及工程投資等因素，認(rèn)為剛性方案、柔性方案和剛?cè)峤Y(jié)合方案各有利弊。但考慮到該工程場地條件和地質(zhì)條件，受西側(cè)較高的地勢影響，該場地地下水位較高，柔性庫底防滲層受地下水頂托，易被擊穿破壞（國內(nèi)已投入運(yùn)行的危險(xiǎn)廢物填埋場，發(fā)生過柔性庫底防滲層被擊穿破壞的案例）；有關(guān)文獻(xiàn)資料亦表明，柔性填埋場防滲層均有較嚴(yán)重的破損滲漏現(xiàn)象。

為防止危險(xiǎn)廢物對(duì)環(huán)境造成的污染，危險(xiǎn)廢物填埋場的防滲要求要比普通填埋場高，而該工程剛性方案在安全性能和運(yùn)行便利性能等方面具有不可替代的優(yōu)勢，因此選用剛性方案。

3 剛性方案的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 填埋庫的平面尺寸

共擬建19個(gè)填埋庫，平面上為1個(gè)獨(dú)立的庫，或者3個(gè)、2個(gè)獨(dú)立的填埋庫聯(lián)成一排，共8個(gè)單元。三個(gè)庫平面外型最大尺寸為142.2 m×51 m（長×寬，下同）。邊庫48.3 m×51 m，中庫46 m× 51m，填埋有效平面尺寸為45 m×45 m。中庫與邊庫之間設(shè)沉降縫。填埋庫除中庫與邊庫之間設(shè)隔墻外，四周為邊墻。

3.2 填埋庫的深度

根據(jù)國內(nèi)已實(shí)施且已投入運(yùn)行的危險(xiǎn)廢物填埋處置中心的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，填埋庫深度不宜太深，如果太深，增加填埋作業(yè)的難度，填埋庫深度以6～7 m為宜；根據(jù)該工程地質(zhì)條件，若基坑開挖太深，基坑支護(hù)難度較大，且費(fèi)用較高。因此，填埋庫深度取6.70 m。

3.3 填埋庫側(cè)墻、隔墻結(jié)構(gòu)型式及尺寸

根據(jù)填埋庫側(cè)墻和隔墻高度，墻后回填土高度（擋土高度為6～7 m），填埋庫外側(cè)墻和內(nèi)隔墻均采用懸臂式鋼筋混凝土擋墻型式，設(shè)計(jì)外側(cè)墻厚0.40～0.90 m，內(nèi)隔墻厚0.40～1.00 m。底板為筏板結(jié)構(gòu)，厚0.70 m。

3.4 填埋庫的基礎(chǔ)處理

基底主要承受的荷載，為開始使用至未填滿前，雨季連續(xù)降水時(shí)引起的部分地表水下滲造成的上浮力以及側(cè)墻外側(cè)回填土引起的底板底部上抬荷載，待填埋庫填滿并逐步堆高封場后，基底由承受上抬力逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槭軌籂顟B(tài)。另外填埋庫基礎(chǔ)落在2B層、2C層、3層、4A層和4B層土等不同土層上，將影響底板產(chǎn)生不均勻沉降。

承載力：填埋庫滿庫時(shí)基底壓力為148Kpa，地基土承載力滿足要求。

沉降：對(duì)于沉降不滿足要求的填埋庫，進(jìn)行地基加固處理，采用素混凝土換填和鉆孔灌注樁加固地基方案。填埋庫底板與4A、4B層之間的土層（3層、2B層和2C層土）其厚度小于2 m，考慮采用素混凝土換填，大于2 m的采用φ600 mm的鉆孔灌注樁處理，樁長5.5～11 m。

抗?。禾盥駧炜諑鞎r(shí)基底應(yīng)力為40 kPa，小于最大浮力67 kPa，因此要采取抗浮措施。按照填埋庫有樁基和無樁基兩種分別采取抗浮處理措施。未進(jìn)行樁基處理的填埋庫抗浮措施采用φ30錨桿伸入基巖錨固。已進(jìn)行樁基處理的填埋庫，樁基承受抗拔力，單根樁允許的拔力為295.32 kN，大于單根樁承受的上拔力168.75 kN。

3.5 填埋庫滲濾液、地下水收集

為滿足填埋庫使用以后滲濾液的收集與排放，各填埋庫兩側(cè)墻外側(cè)中心線位置分別設(shè)置膜下集水井及膜上集水井。填埋庫底部在平面上設(shè)置坡向中心線的斜坡找平層，坡度為1%，滲濾液通過中間形成的深0.12 m的凹槽內(nèi)的排水通道流向設(shè)在填埋庫側(cè)墻外的滲濾液集水井。再通過泵收集至污水處理池。

為了及時(shí)排除庫底板以下由于降雨滲入到地下的滲水，在兩端邊庫外側(cè)緊接端部側(cè)墻的中心線位置各布置一個(gè)地下水集水井。基底采用D 30編織袋裝碎石組成排水系統(tǒng)，地下水收集至集水井，再經(jīng)自流（或泵）排到區(qū)外，以減少地下水對(duì)底板的不利作用。墻后回填土表層0.50 m采用三合土，以減少地表水的下滲。

3.6 填埋庫混凝土材料、結(jié)構(gòu)要求

按照（GB-50046-2008）《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.2.3條、第6.1.4條規(guī)定，在腐蝕性等級(jí)為“強(qiáng)”的環(huán)境下，結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40，設(shè)計(jì)取混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40；墻身、底板均采用抗?jié)B防水混凝土，抗?jié)B等級(jí)為S8。同時(shí)考慮到填埋庫為薄壁開敞結(jié)構(gòu)，除一個(gè)庫運(yùn)行外，其余填埋庫均要在建成后幾年依次才能運(yùn)行，為確保填埋庫的耐久性，混凝土抗凍等級(jí)采用F100。

按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》第第4.2.4條、第4.2.5條規(guī)定，在腐蝕性等級(jí)為“強(qiáng)”的環(huán)境下，裂縫控制等級(jí)為三級(jí)，最大裂縫寬度允許值0.15 mm?；炷帘Ｗo(hù)層最小厚度板墻35 mm，基礎(chǔ)50 mm（地下室外墻及底板）。

相鄰填埋庫之間設(shè)置伸縮縫，縫寬20 mm，底板和墻身均設(shè)置兩道止水。

對(duì)臨土側(cè)墻身、底板采取有效的防護(hù)措施（摻入耐腐蝕材料、表面涂刷防腐蝕涂料層等）。

3.7 填埋庫超長結(jié)構(gòu)處理措施

填埋庫單庫外形平面尺寸最大為48.3 m×51 m，長、寬均超過現(xiàn)行有關(guān)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)定。而縮短平面尺寸，在經(jīng)濟(jì)上又不合理。設(shè)置伸縮縫或施工后澆帶或膨脹加強(qiáng)帶等措施可保證填埋庫的整體性和強(qiáng)度要求。設(shè)置伸縮縫結(jié)構(gòu)雖可行，但給防滲處理增加困難；施工后澆帶可以解決混凝土收縮、混凝土初凝產(chǎn)生水化熱而出現(xiàn)的裂縫，但施工程序復(fù)雜、工期延長。

為解決混凝土收縮變形，填埋庫采用UEA補(bǔ)償收縮混凝土，以膨脹加強(qiáng)帶實(shí)現(xiàn)連續(xù)澆筑超長防水結(jié)構(gòu)的新方法，采用連續(xù)式的無縫設(shè)計(jì)和施工方法。

該方法的原理是在結(jié)構(gòu)收縮應(yīng)力最大的地方給予相應(yīng)較大的膨脹應(yīng)力補(bǔ)償。具體做法，UEA加強(qiáng)帶的寬度約2 m，加強(qiáng)帶之間適當(dāng)增加15%～ 20%水平構(gòu)造鋼筋，帶的兩側(cè)分別架設(shè)密孔鐵絲網(wǎng)，防止混凝土流入加強(qiáng)帶。施工時(shí)，先澆帶外微膨脹(初定摻10%～12%UEA)混凝土，澆到加強(qiáng)帶時(shí)，改為膨脹混凝土(初定摻14%～15%UEA)，該處混凝土強(qiáng)度等級(jí)比兩側(cè)混凝土高約0.5 MPa，如此連續(xù)澆筑下去。

4 結(jié)語

南京市危險(xiǎn)廢棄物處置中心填埋庫工程分期實(shí)施，其中一期剛性方案填埋庫已于2009年完工，投入運(yùn)營近幾年來，運(yùn)行良好。

填埋庫的設(shè)計(jì)應(yīng)該因地制宜，在保證庫體自身結(jié)構(gòu)安全的情況下，還要根據(jù)綜合場地安全性、水文地質(zhì)條件、滲濾液處理量、填埋作業(yè)方式、工程量及工程投資等因素合理設(shè)計(jì)。

樁號(hào) 斷面流速/（m · s-1）3 0 0 0 m3/ s 5 0 0 0 m3/ s 0 + 1 3 0 1 9 . 7 9 2 1 . 3 4 0 + 2 9 0 2 2 . 3 5 2 5 . 7 9

3.4 紊流流場特性

由于水庫地質(zhì)條件較為特殊，使得設(shè)計(jì)溢洪道體型結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。主溢洪道包含收縮段、陡槽段、挑流鼻坎等多個(gè)建筑部分，并且陡槽段的底板坡度變化較大，使得流場變化顯著，并具有較強(qiáng)的三維流場特性。模擬結(jié)果顯示，溢洪道上游水流流速較為均勻，但自通過溢流堰位置水流速度明顯增加，流場也發(fā)生顯著變化。在溢洪道收縮段水流速度矢量十分紊亂，并在陡槽段形成急速的下泄情況。模擬得到收縮段x=25 m斷面橫向流速分布情況和局部的縱向流速分布情況，觀察得到收縮段區(qū)域水流發(fā)生橫向環(huán)流。同時(shí)，溢流堰下游上部水流的速度有負(fù)值，這可能導(dǎo)致水流發(fā)生翻滾，并出現(xiàn)回流漩渦。不良水流運(yùn)動(dòng)形式的存在會(huì)造成水能能量的耗散，但鑒于其分布區(qū)域及發(fā)生程度較小，故不會(huì)對(duì)溢洪道正常運(yùn)行造成較大影響。

4 結(jié)語

水庫泄量的變化可能造成原有水工建筑物表現(xiàn)出較強(qiáng)的不適應(yīng)性，會(huì)對(duì)水庫的安全運(yùn)行造成影響。大伙房水庫溢洪道除泄流能力不滿足現(xiàn)狀水庫泄量，且溢洪道部分水工結(jié)構(gòu)及附屬配套設(shè)施老化破損嚴(yán)重，亟需進(jìn)行除險(xiǎn)加固。對(duì)新設(shè)計(jì)溢洪道方案模擬得出，溢洪道在不同泄量情況下，溢洪道內(nèi)水流流態(tài)特性較為理想；在高泄量情況下，溢流堰堰頂水流可能發(fā)生翻滾和回流漩渦，但仍在安全允許范圍內(nèi)，表明溢洪道體型及參數(shù)符合工程設(shè)計(jì)要求。在實(shí)際應(yīng)用中，除對(duì)溢洪道進(jìn)行加固改建之外，還需結(jié)合運(yùn)行水庫需求改善管理方式，保證水庫的安全與高效運(yùn)行。

［1］周敏，郭鋒.大伙房水庫主溢洪道改建設(shè)計(jì)［J］.黑龍江水利科技，2014，11：67-68.

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[收稿日期]2016-05-13

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2016-08-05