山區(qū)垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)中的土石壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

楊寶春

摘 要：隨著生態(tài)文明建設(shè)的不斷推進(jìn)，強(qiáng)化垃圾衛(wèi)生處理成為環(huán)境保護(hù)工作的重要內(nèi)容，也是新時(shí)期提高垃圾衛(wèi)生處理能力的有力保障。山區(qū)垃圾衛(wèi)生處理，多以填埋的方式進(jìn)行，這就對(duì)填埋場(chǎng)的土壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定要求，以滿足垃圾衛(wèi)生處理的實(shí)際需求。本文重點(diǎn)對(duì)碾壓式土石壩應(yīng)用在山區(qū)垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)中的特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，闡述了山區(qū)垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)的土石壩設(shè)計(jì)、計(jì)算、施工所需考慮的內(nèi)容及若干注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：碾壓式土石壩 衛(wèi)生填埋場(chǎng) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（a）-0063-02

隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，垃圾處理技術(shù)的升級(jí)是構(gòu)建良好環(huán)境保護(hù)的有力保障。當(dāng)前，垃圾處理的方法多樣化，其中衛(wèi)生填埋技術(shù)最為常見，適合于多山城市。選擇谷地填埋可以減少對(duì)環(huán)境的危害、充分利用有限的土地資源，并減少占用耕地，對(duì)節(jié)約土地成本有十分重要的意義。由于工程本身的需要，在垃圾衛(wèi)生填埋處理中需設(shè)置壩體。基于不同的材料，壩體可以分為漿砌石壩、碾壓式土石壩、混凝土壩。

在以上幾種壩形中，碾壓式土石壩在山谷地填埋的垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。主要有以下原因：（1）可以就地、就近取材，充分利用已有的清庫的土石方來進(jìn)行筑壩，不僅來材方便，而且能節(jié)約大量的運(yùn)輸成本。（2）由于山區(qū)多為巖層，土質(zhì)條件較好，只需簡(jiǎn)單清除壩底下的覆土層，就可見到巖層，這是很好的壩體持力層。（3）施工方便、簡(jiǎn)單。在施工過程中，只需取土、轉(zhuǎn)運(yùn)和碾壓，且施工質(zhì)量能夠得到有效的保證。（4）費(fèi)用較低。土石碾壓壩由于就地取材，材料運(yùn)輸及人工成本大為降低，雖然體積較大，但實(shí)際成本遠(yuǎn)比塊石壩和鋼筋混凝土壩低。

在實(shí)際施工過程中，土石壩設(shè)計(jì)施工有著嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行水工行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。從實(shí)際而言，不同的壩體，在設(shè)計(jì)上存在較大差異。對(duì)于填埋場(chǎng)而言，其對(duì)防滲標(biāo)準(zhǔn)有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，因此在施工的過程中，難以實(shí)現(xiàn)防滲系數(shù)≤10-7cm/s的實(shí)際要求。為此，在填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，防滲標(biāo)準(zhǔn)采用水平防滲的方法執(zhí)行。水平防滲層將垃圾滲濾液與壩體隔開，而且填埋場(chǎng)中往往設(shè)有良好的地下水導(dǎo)排系統(tǒng)，壩體在計(jì)算中可不考慮滲流的作用。

1 設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)的過程中，涉及的內(nèi)容較多，一般包括壩體結(jié)構(gòu)、建筑材料及壩基選擇等。具體而言，設(shè)計(jì)中應(yīng)切實(shí)做好以下幾點(diǎn)工作。

1.1 材料選擇

在材料的選擇中，一是要嚴(yán)格依照技術(shù)及工藝標(biāo)準(zhǔn)要求，選擇符合標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量要求的建材；二是在材料確定之前，要進(jìn)行前期的土工試驗(yàn)，并進(jìn)行石料的調(diào)查工作。

由于壩體的特殊性，這就要求材料夯實(shí)之后，應(yīng)具有抗風(fēng)化能力，并且強(qiáng)度大，能夠在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持良好的穩(wěn)定性。理論上，幾乎所有的土石料都可以作為壩體材料。但是，仍有一些土石料不適宜作為壩體材料：（1）在我國(guó)南方，紅土狀土分布廣泛，氮?dú)馓烊缓窟^高、粘粒較大，進(jìn)而土體的壓實(shí)性較大，不適宜作為壩體材料。（2）在我國(guó)西南地區(qū)，濕陷性黃土有所分布，但該類土體在受力浸濕之后，極易發(fā)生土體結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)而出現(xiàn)軟化等現(xiàn)象，難以實(shí)現(xiàn)有效壓實(shí)，故不適宜作為壩體材料。

土石料填筑標(biāo)準(zhǔn)一般由壓實(shí)度控制。最大干容重和最佳含水量由實(shí)驗(yàn)室得出。填埋場(chǎng)中的土石壩基本上屬于低壩，壓實(shí)度控制在0.93～0.96。

1.2 壩體結(jié)構(gòu)

1.2.1 壩體高度

壩體高度的確定，需要依據(jù)填埋場(chǎng)的填埋庫容所定。當(dāng)然，在實(shí)際當(dāng)中，不是庫容越大，壩體越高越好。而是需要依據(jù)實(shí)際情況，做到壩體高度科學(xué)合理。需要說明的是，在某些特定情況之下，壩體高度對(duì)應(yīng)著一定的庫容。最大庫容確定壩高之后，若壩體增高，則填埋場(chǎng)的庫容反而會(huì)出現(xiàn)一定下降。因此，就實(shí)際而言，低壩的高度一般是在30m之下。

1.2.2 壩坡

壩坡的確定，一是要依據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；二是要基于初步情況，擬定坡度，進(jìn)而在穩(wěn)定計(jì)算之后，科學(xué)確定壩坡。從實(shí)際而言，土石壩的壩坡一般在1∶2。上下游可采用同樣的壩坡。對(duì)于填埋場(chǎng)內(nèi)的其他臨時(shí)性土壩，其坡度可以適當(dāng)增加，陡一些。

壩坡隔7～10m高需設(shè)置一條馬道，寬度不小于2m。填埋場(chǎng)內(nèi)邊坡每隔一定高度根據(jù)需要設(shè)置土工膜錨固平臺(tái)，可與壩上馬道協(xié)調(diào)設(shè)置。

在壩面防護(hù)方式的構(gòu)建中，應(yīng)基于土石壩的壩面情況、實(shí)際用途進(jìn)行確定。在填埋垃圾的一側(cè)，壩面覆蓋有防滲層，因此防護(hù)僅可采取壓實(shí)的方式進(jìn)行土層防護(hù)；對(duì)于填埋場(chǎng)內(nèi)的一些長(zhǎng)期暴露的壩面，所采用的防護(hù)措施則以植被防護(hù)及塊石防護(hù)為主，主要是為了防止暴露壩體出現(xiàn)土料流失的情況，進(jìn)而影響壩體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1.2.3 壩頂構(gòu)造

通常情況，填埋場(chǎng)土石壩需要用作運(yùn)輸?shù)扔猛?。因此，壩頂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要考慮其用途，并且能夠滿足機(jī)械作業(yè)施工等的要求。壩頂在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其寬度應(yīng)適宜，應(yīng)在4m以上。

在壩頂結(jié)構(gòu)的防護(hù)中，其防護(hù)面的材料選擇比較講究，應(yīng)選擇柔性材料為宜。這是因?yàn)椋趬误w施工中，只能進(jìn)行部分施工作業(yè)，若采用剛性材料，則會(huì)導(dǎo)致路面難以與壩體變形形成一致，而造成路面開裂等情況的發(fā)生，影響路面的使用壽命。因此，采用柔性材料，如瀝青碎石等，可以有效適應(yīng)壩體的變形，并且能夠防止雨水沖蝕，具有良好的應(yīng)用效果。

1.3 壩基選擇

壩基的選擇可以基于實(shí)際情況而定，可以選擇在土基之上，也可以在巖基之上。相比于其他土石壩，填埋場(chǎng)的土石壩的一些指標(biāo)要求較低，在基地的變形要求、強(qiáng)度等方面，標(biāo)準(zhǔn)要求相對(duì)會(huì)降低。但是，在實(shí)際施工設(shè)計(jì)中，沖擊土層或填土層一般不能作為地基持力層。從實(shí)踐而言，土石壩在竣工之后，其壩體的下降程度應(yīng)符合一定標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，壩體下降幅度應(yīng)≤壩體高度的1%，方可視為正常程度下沉。

1.4 土石壩與岸坡的連接

岸坡開挖要去掉表土、浮石，并將表層土壓實(shí)。對(duì)于失水很快分化變質(zhì)的軟巖石，開挖時(shí)預(yù)留保護(hù)層，填筑時(shí)，邊開挖，邊回填，也可開挖后噴漿防護(hù)。若與岸坡的連接處處理不好，地面徑流會(huì)滲下，影響壩體穩(wěn)定。同時(shí)，土石壩面與岸坡形成自然溝渠，為防止此處沖刷，應(yīng)設(shè)置排水溝。endprint

2 計(jì)算

大部分垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)均設(shè)有通暢的地下水導(dǎo)排系統(tǒng)，故壩的計(jì)算中不必考慮滲流的計(jì)算和滲透穩(wěn)定計(jì)算，可僅進(jìn)行壩的穩(wěn)定和變形計(jì)算。但壩基中的穩(wěn)定地下水位對(duì)其穩(wěn)定與變形的影響則應(yīng)予以考慮。

2.1 穩(wěn)定計(jì)算須注意的問題

在進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算中，主要包括4個(gè)方面的穩(wěn)定計(jì)算。如壩體穩(wěn)定計(jì)算、施工前期穩(wěn)定計(jì)算等，都是穩(wěn)定計(jì)算的主要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定計(jì)算科學(xué)合理，確保設(shè)計(jì)的有效性。

2.1.1 施工期的穩(wěn)定計(jì)算、壩體穩(wěn)定計(jì)算、堆體穩(wěn)定計(jì)算

在對(duì)上述3種穩(wěn)定的計(jì)算過程中，基于計(jì)算所需，一般采用條分法，且滑動(dòng)面應(yīng)為圓弧滑動(dòng)面。常規(guī)的計(jì)算步驟已知坡高、土的工程性質(zhì)和抗剪參數(shù)，由于通常采用工程措施將整個(gè)場(chǎng)區(qū)位于地下水位以上，因此可采用總應(yīng)力法分析。剪切指標(biāo)采用不排水剪和固結(jié)不排水剪總強(qiáng)度指標(biāo)。

垃圾堆體內(nèi)部發(fā)生圓弧滑動(dòng)，其抗剪強(qiáng)度參數(shù)的選擇要十分小心，垃圾廢棄物的內(nèi)部的內(nèi)摩擦角通常很高，但變化幅度極大。土工膜在穩(wěn)定驗(yàn)算中的作用可不考慮。

2.1.2 壩面防滲材料的穩(wěn)定

壩面防滲材料一般選用HDPE膜。為了增加防滲膜的抗滑穩(wěn)定，可選用單糙面的，而且毛面貼著壩體。在很多情況之下，基于土工膜的保護(hù)需求，需要在其上面覆蓋粘土，進(jìn)而起到良好的保護(hù)效果。當(dāng)然，在特殊天氣季節(jié)，如春季、雨季時(shí)期，由于粘土處于松動(dòng)，易于滑動(dòng)，這時(shí)的土工膜可能遭到破壞，影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。為此，在實(shí)際當(dāng)中，可以基于垃圾屯放高度的升高，及時(shí)對(duì)粘土采取防護(hù)措施，確保壩面的穩(wěn)定性。

2.2 變形計(jì)算須注意的問題

變形計(jì)算可根據(jù)側(cè)限壓縮儀測(cè)得e-p曲線，采用分層總和法進(jìn)行計(jì)算。地基土試樣采用原狀土，壩體試樣采用筑壩土料，在設(shè)計(jì)含水量下?lián)魧?shí)至設(shè)計(jì)壓實(shí)系數(shù)。

壩基變形、壩體變形是土石壩變形的主要表現(xiàn)形式。一般情況下，若土石壩以頁巖作為壩基，壩基出現(xiàn)的變形可以忽略不計(jì)；若土石壩以粘土作為壩基，則在施工后期，所發(fā)生的沉降程度會(huì)隨之增加。當(dāng)然，土石壩的高度一般適中，且壓實(shí)有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)于壩體自身的沉降可以忽略不計(jì)。

3 結(jié)語

綜上所述，在土石壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于該結(jié)構(gòu)施工可以實(shí)現(xiàn)就地取材，并且具有良好的適應(yīng)性，在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等的綜合評(píng)價(jià)之下，土石壩在山區(qū)垃圾處理中得到了較為廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際的設(shè)計(jì)施工過程中，為了確保質(zhì)量及安全，需要嚴(yán)格依照水工行業(yè)的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。而垃圾處理廠的土石壩與水工存在較大的差異性，這就在標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際執(zhí)行中，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范會(huì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆艑?，以確保填埋場(chǎng)土石壩的設(shè)計(jì)施工。

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