液氣阻滯作用下填埋場局部滑移案例分析

張俊文

（廣州市城市管理技術研究中心，廣州 510170）

我國城市生活垃圾的處理方式主要分為衛(wèi)生填埋、焚燒、堆肥和生化處理等[1-3]。填埋場具有容量大、成本低、土地利用率高和管理方便等特點，被廣泛應用于生活垃圾處理中。據統(tǒng)計，2020年底全國城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場有644座，全年填埋處理量為7 771.5萬t，占生活垃圾無害化處理總量的33%。根據國家發(fā)展和改革委員會等部門聯(lián)合印發(fā)的《城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設施補短板強弱項實施方案》，原則上地級以上城市以及具備焚燒處理能力的縣（市、區(qū)），不再新建原生生活垃圾填埋場，使得現有生活垃圾填埋場的庫容更加稀缺，更加寶貴。大部分城市垃圾填埋處理仍在挖潛運行多年的老填埋場，導致垃圾堆體逐漸增高、穩(wěn)定問題逐漸凸現。一些填埋場甚至出現堆體開裂、位移、失穩(wěn)等問題，對填埋場乃至城市的安全運行造成潛在威脅。

多年來，諸多學者對填埋場堆體穩(wěn)定問題進行了研究，取得了顯著的成果。人們認為，填埋場堆體穩(wěn)定與堆體水位、氣壓，填埋物性質，分層覆蓋物，填埋高度、齡期、作業(yè)方式以及雨水下滲等有關[4-11]?！渡罾l(wèi)生填埋場巖土工程技術規(guī)范》（CJJ 176—2012）[12]提出了與填埋場穩(wěn)定相關的堆體水位、氣壓和邊坡穩(wěn)定等技術和運營要求。目前，填埋場堆體穩(wěn)定性的研究較少涉及液氣阻滯作用下的堆體失穩(wěn)現象。因此，本文以廣州市興豐生活垃圾衛(wèi)生填埋場堆體邊坡滑移為例，在邊坡滑移區(qū)域鉆孔埋設孔壓傳感器（分層）、氣壓管和測斜管等，通過監(jiān)測系統(tǒng)掌握堆體的深層水平位移、液氣壓力與分布，分析填埋場堆體的液氣阻滯程度和滑移機理，為大型填埋場的現場穩(wěn)定監(jiān)測和分析提供經驗參考。

1 材料與方法

1.1 案例介紹

興豐生活垃圾衛(wèi)生填埋場占地總面積為92萬m2，其為典型的山谷型填埋場。填埋堆體呈西北高東南低的走勢。2016年12月至2017年12月，為了實時銜接廣州市生活垃圾處理工作和排除興豐生活垃圾衛(wèi)生填埋場堆體滑移風險，對興豐生活垃圾衛(wèi)生填埋場實施應急降水除險與擴容工程。案例發(fā)生在項目實施末期，即2017年11月，南部大壩北側堆體發(fā)生局部滑移。出現問題后，及時調整填埋作業(yè)區(qū)域并采取措施，穩(wěn)定和控制了堆體表層位移。

1.2 現場測試方案

該填埋場南部大壩北側堆體邊坡滑移區(qū)域的剖面圖如圖1所示。根據填埋時間的不同，邊坡垃圾可大致分為三層，底層（SW1）于2013年12月至2015年12月填埋，最大厚度介于35～40 m；SW2層則于2016年4月至2017年4月填埋，邊坡和坡頂區(qū)域的厚度分別約為20 m和10 m；SW3層從2017年4月填埋至11月發(fā)生滑移事件之前，在坡頂區(qū)域加高10 m?；魄捌马敻叱虨?158 m左右。

圖1 滑移區(qū)域剖面圖

鉆孔監(jiān)測點的平面布置如圖2所示。在滑移區(qū)域的+135 m和+145 m兩個平臺上共布置7個測點，每個測點施工2個鉆孔，分別埋設孔壓傳感器（分層）和氣壓管。在主剖面的BH1-2和BH2-2點各增加一個深層水平位移監(jiān)測點，埋設測斜管。同一測點的不同鉆孔相距50～70 cm，避免施工時的相互影響。

圖2 ERT測線及鉆孔平面布置

在滑移區(qū)域的+135 m和+145 m平臺中部布置兩條高密度電阻率法（ERT）測線，長度均為160 m，如圖2所示。電極間距為2 m，共有80個電極；電極采用溫納排列形式，即供電電極與測量電極等距排列；測量電極位于供電電極中間。采用GeopenE60DN儀器進行現場測試，獲得視電阻率數據后，采用Res2dinv軟件反演獲得真實的剖面電阻率分布。

2 結果與討論

2.1 深層水平位移

BH1-2和BH2-2監(jiān)測點深層水平位移監(jiān)測數據顯示，堆體深度大于20 m的區(qū)域幾乎沒有發(fā)生位移。10～20 m的深度范圍內有明顯的水平位移，堆體在此區(qū)域發(fā)生轉折。根據轉折區(qū)域和張拉裂縫的位置，可以大致推測實際的滑移面，如圖3所示。

圖3 推測滑移面示意圖

2.2 液氣壓力

+135 m平臺的液氣壓力監(jiān)測結果顯示，在10～15 m深度范圍內，不同鉆孔測得的孔隙水壓力隨深度變化的梯度與靜水壓力線接近；深度15 m以下，BH1-2和BH1-3監(jiān)測點測量的氣壓值介于180～220 kPa，孔隙水壓力的梯度大于靜水壓力線，表明填埋氣在堆體中下部積聚形成高氣壓，液氣阻滯程度較高。+145 m平臺的孔壓監(jiān)測結果顯示，在10～20 m深度范圍內，BH2-2監(jiān)測點孔隙水壓力的梯度與靜水壓力線接近；在深度20 m以下，孔隙水壓力的梯度大于靜水壓力線。相比之下，BH2-1和BH2-3監(jiān)測點孔隙水壓力的梯度并未隨深度發(fā)生明顯的變化。此外，+145 m平臺各監(jiān)測點的不同深度處均未測到明顯的高氣壓，表明在+145 m平臺上滲濾液分布在堆體中下部是不連續(xù)的，但液氣阻滯程度明顯低于+135 m平臺。

2.3 液氣分布

+135 m平臺的垃圾堆體電阻率監(jiān)測結果表明，在0～25 m深度范圍內，垃圾的電阻率主要分布范圍為1.5～7.5 Ω·m，深度5 m以內為高阻區(qū)（大于4.0 Ω·m），表明該區(qū)域垃圾含水率較低，其為低含水量區(qū)域；深度5～17 m范圍內出現大面積的低阻區(qū)（1.5～4.0 Ω·m），表明此區(qū)域垃圾的含水率較高，其為高含水量區(qū)域；深度17 m以下出現一個高阻區(qū)，表明垃圾含水量較低并發(fā)生填埋氣的積聚。

本研究中，ERT測試深度只有25 m，而+145 m平臺的堆體厚度為30～40 m，所以無法測量堆體底部垃圾的電阻率。在測量范圍內，電阻率分布并未表現出明顯的分層，同時SW2層出現明顯的低阻區(qū)，即高含水量區(qū)域。

2.4 液氣阻滯程度分析

+135 m平臺堆體深度17 m以下由液氣壓力推測的填埋氣積聚區(qū)與ERT測試得到的低含水量區(qū)相吻合，表明高氣壓的位置合理。+135 m平臺堆體中部存在大面積的高含水量區(qū)域，而底層存在低含水量區(qū)域，因此形成液難向下、氣難向上的液氣阻滯，進而在底部積聚成高氣壓。這表明+135 m堆體內的液氣阻滯程度比較嚴重。相比之下，+145 m平臺垃圾堆體中存在連通的低含水量區(qū)域，表明垃圾堆體可能存在從底部到表面的優(yōu)勢通道，減弱了堆體內的液氣阻滯程度。

2.5 滑移原因分析

+135 m平臺局部高氣壓與2017年11月發(fā)生的局部滑移的滑移面比較接近，說明液氣阻滯形成的高氣壓極有可能是導致堆體滑移的主要原因。為進一步驗證，采用GeoStudio軟件對滑移區(qū)域的中心剖面進行穩(wěn)定分析，研究高氣壓對滑移面的影響，如圖4所示。

圖4 穩(wěn)定分析結果

工況一考慮高氣壓，堆體安全系數為1.019。軟件生成的滑移面與實際滑移面非常接近，堆體接近臨界狀態(tài)，非常容易發(fā)生滑移。工況二不考慮高氣壓，堆體安全系數為1.151。上述分析表明，在堆體存在液氣阻滯的條件下，液氣積聚形成的高氣壓是導致堆體滑移的主要原因。

3 結論

本文首先對垃圾堆體進行深層水平位移監(jiān)測，然后對其進行液氣壓力和分布測試，最后對滑移區(qū)域的中心剖面進行穩(wěn)定分析。經監(jiān)測，垃圾堆體10～20 m的深度范圍內有明顯的水平位移，可推測出實際的滑移面位置。+135 m平臺堆體深度5～17 m范圍內存在大面積低阻區(qū)（高含水量區(qū)），17 m深度以下出現高阻區(qū)（低含水量區(qū)）并存在180～220 kPa高氣壓，液氣阻滯程度較高；而在+145 m平臺堆體中未測到明顯的高氣壓，SW2層中存在連通的低含水量區(qū)域，垃圾堆體存在從底部到表面的優(yōu)勢通道，減弱了堆體內的液氣阻滯程度?？紤]高氣壓的工況下，模擬的滑移面與實際的滑移面接近，說明液氣阻滯形成的高氣壓是導致堆體滑移的主要原因，應作為消除堆體滑移而采取措施的方向之一。