中小型垃圾填埋場垃圾壩的穩定計算分析

康昭君，吳 迪，李聯希

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

中小型垃圾填埋場垃圾壩的穩定計算分析

康昭君，吳 迪，李聯希

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

垃圾壩是中小型垃圾填埋場的重要構筑物，但目前并沒有系統的穩定計算方法可供參考。本文以某中小型生活垃圾處理工程垃圾壩計算為例，介紹了中小型垃圾填埋場垃圾壩的穩定分析計算，并對影響穩定計算的因素進行了總結。

中小型；垃圾填埋場；垃圾壩；穩定計算

0 前 言

隨著社會經濟的快速發展，城鎮生活垃圾的產生量迅速增加，而處理處置設施的建設十分滯后，城鎮生活垃圾基本未得到妥善處理，生活垃圾對環境造成的污染日趨嚴重。為適應社會主義新農村建設，提高小城鎮環境質量，需要加快小城鎮生活垃圾處理處置設施的建設。衛生填埋是目前小城鎮生活垃圾處理的主要方法之一，可極大減少對周圍環境的危害。垃圾壩的主要作用是維持填埋區內垃圾堆體穩定，增加填埋區有效庫容，防止大雨時將垃圾沖出填埋區，有序引排填埋區滲濾液和兼作場內外連接通道。

垃圾衛生填埋場在國內起步較晚，但近幾年發展較快，目前垃圾壩設計主要依據《生活垃圾衛生填埋技術規范》及《生活垃圾衛生填埋場巖土工程技術規范》，同時參考現行水工行業結構設計等規范，如《碾壓式土石壩設計規范》、《水工擋土墻設計規范》等。

某中小型生活垃圾處理工程主要滿足其縣城周邊鄉鎮及游客產生的生活垃圾處理需求。該垃圾場采用衛生填埋處理工藝，庫容34.00萬m3。由于所處地區屬高山峽谷地區，垃圾填埋場選址較為困難，為了在較小的面積上獲得較大的有效填埋庫容，該填埋場采用漿砌石垃圾壩，最大壩高12 m。

1 穩定計算

垃圾壩的穩定計算主要包括設計標準的確定、計算參數的選取以及垃圾壩設計計算。本工程首先依據壩體及邊坡高度明確垃圾壩各工況下安全系數；再根據相關工程經驗結合實際情況明確垃圾土和土工材料的各項關鍵參數；最后采用北京理正軟件設計研究院編制的理正巖土計算系列軟件對垃圾壩各種工況進行穩定計算。

1.1 設計標準

由于下游存在生產設備及生活管理區，垃圾壩失事將對生產設備和生活管理區帶來嚴重損失，因此垃圾壩體建筑級別為Ⅰ級［1］。在基本荷載組合情況下，垃圾壩的抗滑穩定系數為1.30，在正常運行遇地震及洪水工況下，抗滑穩定系數為1.15［1］。

參照文獻［3］，垃圾壩在基本荷載組合情況下，抗傾覆安全系數取1.5；在暴雨情況下，抗傾覆安全系數取1.4；在地震情況下，抗傾覆安全系數取1.4。

根據文獻［2］，本工程垃圾堆體邊坡安全等級為一級，垃圾堆體邊坡抗滑穩定安全系數：正常運用條件（天然工況）為1.35；非常運用條件Ⅰ（暴雨工況）為1.30；非常運用條件Ⅱ（地震工況）為1.15。

1.2 計算參數選取

計算參數主要包括垃圾土的容重γ、垃圾土和土工材料的抗剪強度指標φ、c′。其中垃圾土的各項參數取值與工程處理的垃圾組分及填埋工藝有密切聯系，一般采用現場試驗確定，如無試驗條件時按工程類比方法確定。土工材料的強度指標則根據材料結合工程特點進行選取。

1.2.1 垃圾土容重γ

根據文獻［2］：

γ＝13.5＋0.1（H－30）＝13.5＋0.4＝13.9kN／m3

式中 γ——垃圾土的容重，kN／m3；

H——填埋垃圾埋深，根據圖2本工程最大埋深為34 m。

根據以上計算垃圾土天然容重γ取整為14 kN／m3，垃圾土飽和容重γ取為15 kN／m3。

1.2.2 垃圾土抗剪強度指標φ、c′及垃圾土與墻背的摩擦角δ

垃圾土抗剪強度指標φ、c′值根據表1取值。

表1 垃圾抗剪強度指標參考值

本工程壩前垃圾埋深約為12 m，根據填埋工藝要求，垃圾土壓實程度為中等，工程內摩擦角及粘聚力取較低值。

天然工況：內摩擦角φ取27°，黏聚力c′取3 kPa，垃圾對擋土墻墻背的摩擦角取垃圾內摩擦角27°的0.33倍（即δ＝27×0.33＝8.9°）；

暴雨工況：內摩擦角φ取26°，黏聚力c′取2 kPa，垃圾對擋土墻墻背的摩擦角取垃圾內摩擦角26°的0.33倍（δ＝26×0.33＝8.6°）。

1.2.3 土工材料界面強度指標φ、c′

土工材料界面強度指標φ、c′根據文獻［2］取值。穩定分析時，復合襯墊系統中土工材料強度指標取值宜符合下列要求：庫區基底坡度大于10°區域采用殘余強度指標，庫區基底坡度小于10°區域采用其峰值強度指標。本填埋場土工材料界面為粗糙土工膜／GCL，故庫區基底坡度大于10°區域取界面強度指標為：天然工況：內摩擦角φ取9°，黏聚力c′取0 kPa；飽和工況：內摩擦角c′取8°，黏聚力c′取0 kPa；庫區基底坡度小于10°區域取界面強度指標為：天然工況：內摩擦角φ取22°，黏聚力c′取0 kPa；飽和工況：內摩擦角φ取21°，黏聚力c′取0 kPa。

1.3 垃圾壩設計計算

1.3.1.垃圾壩尺寸

垃圾設計尺寸詳見圖1及表2。

作為臨床常見宮頸病變類型,宮頸息肉一般以白帶增多、接觸性出血等為癥狀,影響患者身心健康、生活質量[2]。臨床治療中,常見的方法以手術治療為主,但需注意大多手術方式下僅強調如何切除息肉,并未做炎癥的處理,導致宮頸組織內有大量致病菌存在,這樣即使在切除息肉后出現復發的可能性較高。以血管鉗扭除術為例,該方式應用下盡管可將息肉清除,但手術操作創傷性較大,出血量多,炎癥難以徹底根除,出現復發的可能性較高[3]。

圖1 垃圾壩斷面大樣示意

表2 垃圾壩設計尺寸參數

1.3.2 物理參數

圬工砌體容重：23.0 kN／m3；

圬工之間摩擦系數：0.4；

地基土摩擦系數：0.4；

墻后填土內摩擦角：27°；

墻后填土粘聚力：3 kPa；

墻后填土容重：14.0 kN／m3；

墻背與墻后填土摩擦角：9°；

地基土容重：23.0 kN／m3。

1.3.3 垃圾土壓力

垃圾壩的主要作用在于維持垃圾堆體的穩定，因此垃圾土壓力是垃圾壩最主要的荷載。目前一般采用傳遞系數法分析垃圾堆體邊坡穩定性，如垃圾堆體滿足自身穩定要求，則選取主動土壓力作為垃圾壩計算外荷載；如垃圾堆體不滿足自身穩定要求，則需比較剩余下滑力與主動土壓力之間的大小，如剩余下滑力小于主動土壓力，則選取主動土壓力作為垃圾壩計算外荷載，反之則選取剩余下滑力作為垃圾壩計算外荷載。

本項目填埋場堆體的變形破壞主要是沿土工材料界面的滑動破壞，因此計算時選取A－A剖面（圖2）按以下公式計算垃圾堆體邊坡的穩定性。

圖2 大樣示意

式中 K——為穩定系數；

Ri——為作用于第i塊段的抗滑力，kN／m；

Ti——為作用于第i塊段滑面上的滑動分力（kN／m），出現與滑動面方向相反；

Rn——為作用于第n塊段的抗滑力，kN／m；

Tn——為作用于第n塊滑動面上的滑動分力，kN／m；

ψi——為第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i＋1塊時的傳遞系數（j＝i）。

在各種運用條件下，垃圾堆體穩定性均滿足規范要求（如表3），因此垃圾壩穩定計算時選取主動土壓力作為外荷載。

表3 各種運用條件垃圾堆體邊坡穩定計算

1.3.4 抗滑穩定計算

各種運用條件下垃圾壩抗滑穩定系數均大于該條件下允許值（見表4），垃圾壩抗滑滿足設計要求。

表4 各種運用條件垃圾壩抗滑穩定計算

1.3.5 抗傾覆和地基承載力計算

各種運用條件下垃圾壩抗傾覆和地基承載力均滿足設計要求（見表5、6、7）。

2 結 論

（1）計算結果表明，該中小型生活垃圾填埋場垃圾壩在各種運用條件下的抗滑、抗傾覆及地基承載力均滿足相應要求。

表5 正常運用條件垃圾壩穩定應力計算

表6 非常運用條件Ⅰ垃圾壩穩定應力計算

表7 非常運用條件Ⅱ垃圾壩穩定應力計算

（2）中小型垃圾填埋場垃圾壩設計過程中，土壓力作為主要外荷載，如何選取是垃圾壩穩定計算的重要因素。

（3）土壓力作為影響垃圾壩穩定計算的主要因素主要受垃圾土本身的物理力學性質及土工材料參數影響。因此在土壓力計算過程中需要特別注意垃圾土及土工材料的參數選取，條件允許的情況應由相應的試驗確定參數數值。如無實驗數據可參考相關規范或同類工程進行取值。

［1］ GB 50869－2013，生活垃圾衛生填埋處理技術規范［S］.北京：中國計劃出版社，2013.

［2］ CJJ 176－2012，生活垃圾衛生填埋場巖土工程技術規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2012.

［3］ SL 379－2007，水工擋土墻設計規范［S］.北京：中國水利水電出版社，2007.

［4］ 錢學德，施建勇.現代衛生垃圾填埋場的設計與施工（第二版）［M］.北京：中國建筑工業出版社，2011.

［5］ 丁韻.垃圾壩設計與分析［M］.大壩與安全，2013（4）：59－62.

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1003－9805（2015）02－0075－03

2014－05－27

康昭君（1983－），男，四川三臺人，工程師，從事水電站環保工程與研究工作。