大型全地下剛性填埋場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李 硯

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092]

1 工程概況

四川某大型全地下剛性填埋場(chǎng)位于南充市化學(xué)工業(yè)園內(nèi)，該填埋場(chǎng)及所屬項(xiàng)目的其他設(shè)施是南充市以及川東北地區(qū)危險(xiǎn)廢物重要的處理場(chǎng)所，對(duì)周邊地區(qū)的環(huán)境治理以及岷江、長(zhǎng)江上游和三峽庫(kù)區(qū)水資源保護(hù)具有深遠(yuǎn)的意義。

根據(jù)廠區(qū)總體工藝布置要求，填埋場(chǎng)位于場(chǎng)地南側(cè)，分期建設(shè)，一期庫(kù)區(qū)占地面積8 500 m2，總庫(kù)容109 368 m3，根據(jù)物料平衡，實(shí)際填埋容重按1.5 t/m3計(jì)，平均年填埋量11 830 t/a。一期填埋場(chǎng)服務(wù)年限為13.8 a。

2 場(chǎng)地條件

2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)詳勘報(bào)告，場(chǎng)地巖土分布及結(jié)構(gòu)特征分述如下：①素填土；②粉質(zhì)黏土；③卵石；④-1強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖；④-2中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖。巖土的工程特性指標(biāo)見表1。

表1 巖土的工程特性指標(biāo)

擬建場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為6 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，屬于對(duì)建筑抗震一般地段。

2.2 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地內(nèi)存在兩種類型的地下水。一是上層滯水，主要賦存于場(chǎng)地上部的人工填土層中；二是賦存于基巖層中的基巖裂隙水。主要受鄰區(qū)地下水側(cè)向補(bǔ)給，各地段富水性不一，無統(tǒng)一的自由水面?；鶐r裂隙水水位埋深不一，且水量較大，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工影響較大，宜按照水位標(biāo)高296.00 m（場(chǎng)坪標(biāo)高306.0 m）進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)。

3 填埋場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 填埋場(chǎng)總體布置

一期填埋庫(kù)區(qū)總面積約8 500 m2，分為4 個(gè)填埋分區(qū)，每個(gè)填埋分區(qū)為49.45 m 長(zhǎng)×39.50 m 寬×14.00 m 深的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，彼此獨(dú)立。填埋庫(kù)頂高于地面0.5 m，庫(kù)底埋深13.5 m，屬于全地下填埋場(chǎng)。填埋場(chǎng)頂部設(shè)置張拉膜結(jié)構(gòu)雨棚，庫(kù)區(qū)內(nèi)側(cè)采用2.0 mmHDPE 膜作為主防滲層，見圖1、圖2。

圖1 填埋場(chǎng)平面布置圖（單位：mm）

圖2 填埋場(chǎng)豎向布置圖（單位：mm）

填埋作業(yè)時(shí)采用轉(zhuǎn)運(yùn)車或叉車將包裝好的危廢運(yùn)輸至填埋庫(kù)南側(cè)作業(yè)道路后，由移動(dòng)式龍門吊將填埋物吊送至庫(kù)底碼放堆填。

3.2 庫(kù)區(qū)外側(cè)擋墻

一期安全填埋庫(kù)區(qū)外側(cè)擋墻高14.00 m，單片墻長(zhǎng)約50 m，頂部約束自由，填埋作業(yè)工藝要求庫(kù)區(qū)不設(shè)內(nèi)支撐，所以從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，采用扶壁式擋墻結(jié)構(gòu)。壁板厚500 mm，墻踵外挑6 000 mm，墻趾外挑6 000 mm，間隔約3.92 m 布置扶壁柱，扶壁柱柱寬800 mm，柱底高度同底板外挑長(zhǎng)度，柱頂高度700 mm。

扶壁式擋墻設(shè)計(jì)需滿足以下設(shè)計(jì)工況：

工況一：外側(cè)土體回填，內(nèi)側(cè)空庫(kù)；

工況二：庫(kù)區(qū)滿水試驗(yàn)，外側(cè)土體未回填。

工況一墻體抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算見表2。

表2 墻體抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果

墻體內(nèi)力采用Autodesk Robot Structural Analysis 軟件，底板計(jì)算結(jié)果見圖3、圖4，側(cè)壁計(jì)算結(jié)果見圖5、圖6。

圖3 外側(cè)擋墻工況一彎矩圖

圖4 外側(cè)擋墻工況二彎矩圖

圖5 工況一扶壁擋墻壁板X 向彎矩圖

圖6 工況一扶壁擋墻壁板Y 向彎矩圖

底板下層最不利工況為工況一，下層橫向最大彎矩為2 730.27 kN·m/m；下層縱向最大彎矩為968.93 kN·m/m。底板上層最不利工況為工況二，上層橫向最大彎矩為2 813.54 kN·m/m；上層縱向最大彎矩為1 076.23 kN·m/m。

扶壁式擋墻壁板被扶壁柱分隔為3.92 m×14.00 m 單向受力板，根據(jù)圖5 和圖6 所示，壁板水平向最大彎矩11. 47 kN·m/m，水平向彎矩影響范圍大，豎向最大彎矩136.32 kN·m/m，豎向彎矩影響范圍較小，因此壁板水平向均布配筋，壁板豎向分離配筋，并在根部加強(qiáng)。

3.3 庫(kù)區(qū)中間隔墻及分期隔墻

根據(jù)一次規(guī)劃分期建設(shè)的原則，二期庫(kù)區(qū)布置在一期庫(kù)區(qū)南側(cè)，并與一期庫(kù)區(qū)結(jié)構(gòu)間以結(jié)構(gòu)伸縮縫隔開。

庫(kù)區(qū)內(nèi)的中間隔墻及分期隔墻需滿足雙側(cè)受力要求的同時(shí)盡量少的占用庫(kù)容，并且為滿足防滲膜鋪設(shè)的需要擋墻兩側(cè)均應(yīng)平整。所以中間隔墻及分期隔墻采用懸臂式擋墻結(jié)構(gòu)，墻體采用箱型截面。截面中肋板間距3 m，墻體總厚度3.5 m，兩側(cè)翼板厚度400 mm，見圖7。

圖7 箱型截面擋墻示意圖

箱型截面擋墻肋板間距3 m，肋板厚600 mm，兩側(cè)面板最厚處800 mm，最薄處400 mm，通過改變箱型截面擋墻兩側(cè)面板的厚度，使兩側(cè)面板與肋板形成“工”字型截面柱。擋墻底板厚1 800 mm。箱型截面擋墻抗側(cè)向力計(jì)算模型簡(jiǎn)化為底部固支頂部自由的“工”字型截面柱抗側(cè)向力計(jì)算，計(jì)算寬度為3 m，見圖8。

圖8 “工”字型截面柱計(jì)算簡(jiǎn)圖及配筋圖

根據(jù)《混凝土規(guī)范》，“工”字型截面柱按照大偏心受壓構(gòu)件計(jì)算，受壓區(qū)配筋面積不小于17 553 mm2，根據(jù)截面受剪驗(yàn)算配箍量不小于1.631 mm2/mm，按照強(qiáng)腐蝕條件下裂縫寬度不大于0.15 mm 的要求，受拉鋼筋面積不小于1 810 000 mm2。

采用Autodesk Robot Structural Analysis 軟件計(jì)算箱型截面擋墻底板受力情況，結(jié)果見圖9。

圖9 箱型截面擋墻底板彎矩圖

箱型截面擋墻底板最大彎矩位于擋墻根部，為3 096.98 kN·m/m。

3.4 庫(kù)區(qū)基礎(chǔ)及底板

庫(kù)區(qū)底板由擋墻底板和庫(kù)底非加厚區(qū)底板組成，庫(kù)區(qū)基礎(chǔ)位于④-2中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，fak=500 kPa，基礎(chǔ)底板以下設(shè)300 厚1∶3 砂石墊層，壓實(shí)度不小于0.96。庫(kù)區(qū)內(nèi)填埋危廢容重15 kN/m3，填埋高度14 m，因此地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

庫(kù)區(qū)抗浮水位為絕對(duì)標(biāo)高296.0 m，設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高306.00 m，考慮到空庫(kù)狀態(tài)下庫(kù)區(qū)底板長(zhǎng)期受水浮力作用，因此除去擋墻底板外庫(kù)區(qū)底板其他區(qū)域?yàn)榉羌雍駞^(qū)，厚度700 mm，采用錨桿抗浮，庫(kù)底局部需采用毛石混凝土換填至中風(fēng)化巖層，毛石混凝土內(nèi)設(shè)抗浮吊筋，使換填料兼做抗浮配重，與抗浮錨桿協(xié)同作用。

擋墻底板與庫(kù)區(qū)底板非加厚區(qū)之間以結(jié)構(gòu)變形縫隔開，變形縫內(nèi)填充20mm 厚丁腈軟木橡膠墊板，變形縫止水采用中埋式鋼邊橡膠止水帶+ 外貼式橡膠止水帶。

為保證庫(kù)區(qū)周邊地下水位在短時(shí)強(qiáng)降雨條件下低于設(shè)計(jì)抗浮水位，分別于填埋庫(kù)區(qū)西南角、東南角、北側(cè)中間段分別設(shè)置一座地下水監(jiān)測(cè)及水位控制井。每座地下水監(jiān)測(cè)及水位控制井內(nèi)設(shè)置一臺(tái)深井潛水泵，當(dāng)?shù)叵滤_(dá)到設(shè)計(jì)抗浮水位以下1.00 m時(shí)，通過地下水輸送管壓力流就近排放至附近雨水明溝。地下水監(jiān)測(cè)及水位控制井由DN800 HDPE 實(shí)壁管構(gòu)建，深井潛水泵具體參數(shù)為：流量Q=25 m3/h、揚(yáng)程H=20 m、功率P=3 kW。

4 填埋場(chǎng)防滲及滲濾液導(dǎo)排設(shè)計(jì)

庫(kù)區(qū)基底防滲系統(tǒng)設(shè)計(jì)由上而下逐一分析如下：200 g/m2有紡?fù)凉げ?；雙層HDPE 排水板；600 g/m2無妨土工布；2.0 mm 厚光面HDPE；4 800 g/m2GCL；200 g/m2有紡?fù)凉げ?；雙層HDPE 排水板（滲漏檢測(cè)層）；600 g/m2無妨土工布；鋼筋混凝土底板。側(cè)壁防滲系統(tǒng)設(shè)計(jì)：200 g/m2有紡?fù)凉げ迹?.0 mm 厚光面HDPE 土工膜；600 g/m2無紡?fù)凉げ?；?cè)壁。

一期填埋庫(kù)區(qū)分為4 個(gè)獨(dú)立的的填埋分區(qū)，各填埋作業(yè)分區(qū)設(shè)置獨(dú)立的滲瀝液收集與導(dǎo)排系統(tǒng)，各填埋分區(qū)在庫(kù)底水平防滲層上部設(shè)置雙層HDPE排水板作為滲瀝液收集層，滲瀝液經(jīng)重力流收集至位于箱型截面擋墻處的滲濾液提升井，滲濾液提升井設(shè)置在箱型截面擋墻的箱型腔內(nèi)，由DN800 HDPE 實(shí)壁管構(gòu)建，井內(nèi)設(shè)深井潛水泵，參數(shù)為：Q=30 m3/h、揚(yáng)程H=20 m、功率P=3 kW。

5 結(jié) 語

本文總結(jié)了四川某大型全地下剛性填埋場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。根據(jù)工藝設(shè)計(jì)需要為全地下剛性填埋場(chǎng)選取合適的擋土墻形式，并通過計(jì)算分析了扶壁式擋墻和箱型截面擋墻在剛性填埋場(chǎng)中的受力情況，為截面設(shè)計(jì)選型和配筋設(shè)計(jì)提供充分依據(jù)。