周　屹，張岳安，周勇波，羅明聰，唐玉芳（.化工部長沙設(shè)計研究院，湖南　長沙　407；.長沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南　長沙　40004）

?

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(shè)計研究院，湖南長沙410117；2.長沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)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(xué)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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(shù)規(guī)程》（CJJ112-2007）與《生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)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(shè)計階段結(jié)合簡易垃圾填埋場垃圾堆體物理力學(xué)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(jìn)行堆場穩(wěn)定性分析往往容易忽視，從而造成設(shè)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(shè)計階段進(jìn)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(yīng)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(shè)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(fēng)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(shè)置雨水截排設(shè)施，導(dǎo)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(dǎo)排系統(tǒng)，垃圾中有機(jī)物在分解過程中所產(chǎn)生有毒、易燃?xì)怏w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(jìn)行調(diào)坡整形，以滿足穩(wěn)定性要求；②設(shè)置清污分流導(dǎo)排系統(tǒng)，減少垃圾滲瀝液產(chǎn)生量，并防止水土流失；③設(shè)置滲瀝液導(dǎo)排收集系統(tǒng)，新建滲瀝液處理設(shè)施（定期清運外運處置方式）；④設(shè)置填埋氣體導(dǎo)排及處理系統(tǒng)；⑤設(shè)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(fù)。

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(jìn)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(yīng)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?biāo)高為280.0m，按1：3.0的坡度，每升高5.0m，設(shè)置3.0的平臺，分別為285.0m平臺、290.0m平臺，一直到達(dá)295.0m標(biāo)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(shè)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(shè)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(shè)計采用總應(yīng)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(rèn)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(biāo)

2.5計算工況

由于簡易垃圾場未采取滲瀝液導(dǎo)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(shù)規(guī)范》（GB50869-2013）的相關(guān)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(yīng)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(hù)造成嚴(yán)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(shù)規(guī)范》（GB50869-2013）的相關(guān)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(dāng)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(dāng)于滲瀝液浸潤線應(yīng)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(shè)計過程中應(yīng)采取有效的降水導(dǎo)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(shè)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(guān)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(shè)計時采用“上堵下排”的設(shè)計理念，即沿垃圾堆體上游山體嚴(yán)格控制周邊雨水進(jìn)入填埋庫區(qū)（“上堵”），同時對進(jìn)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(yīng)及時通過滲瀝液導(dǎo)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(dǎo)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(shè)計了兩種綜合導(dǎo)排方案：重力導(dǎo)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(dá)標(biāo)后排放。

3.2重力導(dǎo)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(kuò)散，將滲瀝液有效的導(dǎo)排至滲瀝液調(diào)節(jié)池，本項目沿庫底及邊坡增設(shè)了滲瀝液導(dǎo)排設(shè)施，導(dǎo)排設(shè)施主由滲瀝液導(dǎo)流層與滲瀝液導(dǎo)排盲溝組成。最終通過HDPE花管將堆體內(nèi)下滲的滲瀝液導(dǎo)入調(diào)節(jié)池，統(tǒng)一收集處置達(dá)標(biāo)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(shù)規(guī)程》（CJJ112-2007）相關(guān)要求，對本簡易垃圾場還進(jìn)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(guān)的環(huán)保治理設(shè)計，最終達(dá)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(jìn)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(dǎo)排、堆體調(diào)坡整形等設(shè)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(shù)規(guī)范》（GB50869-2013）［S］.

［2］王光華，高崗榮.高噴注漿技術(shù)在地下水污染防滲中的應(yīng)用［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，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(shù)大學(xué)學(xué)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(shè)計方面工作。

X705

A

2095-2066（2016）12-0005-02

2016-3-26