垃圾填埋場滲濾液積存池壩體加固水下巖土工程勘察設(shè)計(jì)

摘" 要：針對復(fù)雜環(huán)境及地質(zhì)條件下的垃圾填埋場滲濾液積存池壩體水下加固勘察設(shè)計(jì)工程，選擇雙船并聯(lián)搭建水上漂浮鉆場，全套管護(hù)壁鉆進(jìn)，查明垃圾填埋場滲濾液積存池壩體地基土的組成及分布特征，并根據(jù)巖土工程評(píng)價(jià)參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件及施工條件，設(shè)計(jì)鋼板樁+鋼筋混凝土護(hù)坡樁的壩體支護(hù)方案，以確保壩體加固施工期間的隔水功能和整體穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：垃圾填埋場;滲濾液積存池;壩體加固;水下勘察;基坑支護(hù)

中圖分類號(hào)：V445" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）18-0132-04

Abstract： Aiming at the underwater reinforcement survey and design project of landfill leachate accumulation pool dam body under complex environment and geological conditions， two ships are selected to build floating drilling site in parallel， and a full set of pipe wall protection is drilled. The composition and distribution characteristics of the foundation soil of the landfill leachate accumulation pool dam body are found out， and according to the geotechnical engineering evaluation parameters， according to the site geological conditions and construction conditions. The dam body support scheme of steel sheet pile and reinforced concrete slope protection pile is designed to ensure the water isolation function and overall stability of the dam during the reinforcement construction.

Keywords： landfill site; leachate accumulation pool; dam reinforcement; underwater investigation; foundation pit support

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和都市規(guī)模擴(kuò)大，城市生活垃圾的產(chǎn)生量急劇增加，并以每年8%～10%的速度遞增[1]。大量生活垃圾產(chǎn)生的滲濾液如不及時(shí)處理，則會(huì)導(dǎo)致無組織排放，污染河道及農(nóng)田等。部分垃圾填埋場原有滲濾液儲(chǔ)存池容量已不滿足現(xiàn)有垃圾滲濾液排放要求，需要加高加固等。滲濾液儲(chǔ)存池分區(qū)壩體沉積了較厚的淤泥及生活垃圾，部分分區(qū)壩壩體頂部在滲濾液之下，具有較復(fù)雜的環(huán)境及地質(zhì)條件。本文結(jié)合相關(guān)勘察規(guī)范要求[2]，開展?jié)B濾液水上勘察，提供了必要的巖土參數(shù)，提出了針對性的設(shè)計(jì)方案，以供同類工程勘察設(shè)計(jì)參考。

1" 工程概況

某垃圾衛(wèi)生填埋場滲濾液儲(chǔ)存池內(nèi)有3個(gè)分區(qū)壩，自西向東分隔成面積不等的1#坑、2#坑、3#坑和4#坑。本次勘察設(shè)計(jì)任務(wù)主要為查明2號(hào)坑和3號(hào)坑之間的分區(qū)壩地質(zhì)情況，并為壩體加固加高提供設(shè)計(jì)方案。該分區(qū)壩內(nèi)滲濾液水位較高，滲濾液水面高程在分區(qū)壩原壩頂之上約2.0～6.0 m，且壩體在滲濾液中浸泡多年，原壩體上沉淀了較厚的淤泥垃圾層，具有較復(fù)雜的環(huán)境及地質(zhì)條件。根據(jù)勘察的地層巖土參數(shù)，提供對原壩體上進(jìn)行加固加高的設(shè)計(jì)方案，確保了壩體加固施工期間的隔水功能和整體穩(wěn)定性。

2" 水上巖土勘察方法

水上鉆探采用水上漂浮鉆場，選擇雙船并聯(lián)搭建，在船艙內(nèi)均勻裝載一定數(shù)量的石塊或磚塊等重物，增加船的穩(wěn)定性，避免因船輕而擺幅過大。將鉆探平臺(tái)安裝于船舷，以使操作方便、作業(yè)面寬、錨固容易。在船身甲板上，每隔1～2 m并排焊接200 mm×150 mm工字鋼，在工字鋼上鋪設(shè)枕木即可搭建鉆探平臺(tái)。平臺(tái)靠水深一側(cè)用角鋼焊接高1.2 m的防護(hù)攔桿。平臺(tái)墊板下懸掛橫臥的柴油桶，作為泥漿桶。鉆機(jī)吊到鉆探平臺(tái)，將鉆機(jī)塔架上部與船舷處拉緊固定。

輔以鉆探、原位測試、室內(nèi)試驗(yàn)等勘察手段，重點(diǎn)查明分區(qū)壩壩體、垃圾堆體的顆粒組成、密實(shí)程度、堆積規(guī)律及堆積材料的物理性質(zhì)等情況[3]。鉆探過程中，每回次進(jìn)尺控制在1 m以內(nèi)，采用套管護(hù)壁鉆進(jìn)工藝，防止?jié)B濾液進(jìn)入鉆孔污染地下水，鉆探完成后，采用混凝土+防滲劑全鉆孔灌注封孔，防止?jié)B濾液滲漏。

3" 場地的工程地質(zhì)條件

3.1" 地基土的組成及分布特征

根據(jù)鉆探揭露，施工期間基坑及壩體以上均為滲濾液，壩體主要由淤泥垃圾層、人工填筑土層組成，其下地基土主要由黏性土組成，由上而下依次為：

1）①滲濾液。雜色，酸臭味，主要是大量人工垃圾、少量建筑垃圾等填埋的過程中，由于壓實(shí)和微生物的作用，垃圾中所含的污染物隨水分溶出，并與降雨、徑流等一起形成。該層在原壩體上有分布，鉆探揭露水深1.0～6.9 m。

2）②淤泥垃圾層。灰褐色，飽和，酸臭味，以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、渣土及磚瓦為主，充填約30%塑料袋、爛布條、殘羹余品等人工垃圾組成，淤泥切面稍有光澤，搖振反應(yīng)無，干強(qiáng)度中等、韌性中等，呈流塑狀態(tài)。該層滲濾液庫區(qū)內(nèi)均有分布，一般層厚3.1～7.4 m，層底埋深5.2～11.1 m。

3）③-1填筑土。灰褐色，飽和，以粉質(zhì)黏土為主，充填約3%～5%混凝土碎石塊、石子等建筑垃圾等組成，淤泥切面稍有光澤，搖振反應(yīng)無，干強(qiáng)度中等、韌性中等，呈軟塑狀態(tài)，其局部表面1.0～2.0 m呈軟可塑狀態(tài)。該層全區(qū)局部分布，一般層厚2.6～10.8 m，層底埋深7.8～10.8 m。

4）③-2填筑土。灰褐色，飽和，以粉質(zhì)黏土為主，充填約5%～10%混凝土碎石塊、石子等建筑垃圾等組成，淤泥切面稍有光澤，搖振反應(yīng)無，干強(qiáng)度中等、韌性中等，呈軟可塑狀態(tài)。該層全區(qū)均有分布，一般層厚1.1～6.0 m，層底埋深11.7～16.8 m。

5）④粉質(zhì)黏土。灰褐色，飽和，切面稍有光澤，搖振反應(yīng)無，干強(qiáng)度中等、韌性中等，呈軟可塑狀態(tài)。該層全區(qū)大部分地段分布，一般層厚2.2～2.6 m，層底埋深14.1～19.4 m。

6）⑤粉質(zhì)黏土。黃褐色-灰褐色，飽和，切面稍有光澤，搖振反應(yīng)無，干強(qiáng)度中等、韌性中等，呈軟可塑狀態(tài)。該層全區(qū)均有分布，主要由控制孔穿透，一般層厚14.8～17.6 m，層底埋深29.1～34.6 m。

7）⑥粉質(zhì)黏土。黃灰色，飽和，切面稍有光澤，搖振反應(yīng)無，干強(qiáng)度中等、韌性中等，呈硬可塑狀態(tài)。該層全區(qū)均有揭露，未穿透，最大控制深度42.0 m，最大控制厚度12.4 m。

3.2" 地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

勘察中取原狀土試樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，其主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)值統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果見表1和表2。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：②淤泥垃圾層呈流塑狀態(tài)，屬高壓縮性土;③-1填筑土呈軟塑狀態(tài)，屬高壓縮性土;③-2填筑土呈軟可塑狀態(tài)，屬中壓縮性土;④粉質(zhì)黏土呈軟可塑狀態(tài)，屬中壓縮性土;⑤粉質(zhì)黏土呈軟可塑狀態(tài)，屬中壓縮性土;⑥粉質(zhì)黏土呈硬可塑狀態(tài)，屬中壓縮性土。

4" 巖土工程評(píng)價(jià)

4.1" 壩體分類

根據(jù)GB 50869—2013《生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)規(guī)范》，垃圾場東側(cè)滲濾液積存池改建規(guī)范調(diào)節(jié)池工程按照場址地形分類屬于平原型[4];按照壩體材料分類，滲濾液積存池改建規(guī)范調(diào)節(jié)池工程屬于下游壩;根據(jù)壩體高度分類屬于中壩（壩體高度5～15 m）;根據(jù)壩體所處位置及主要作用分類，該壩壩體類型為C類;根據(jù)垃圾壩下游情況、失事后果、壩體類型、壩型（材料）及壩體高度不同，壩體建筑級(jí)別分類屬于Ⅱ類。

4.2" 場地的穩(wěn)定性

場區(qū)范圍內(nèi)除上部含有填土、軟土外，無液化砂土、紅黏土、混合土、多年凍土及濕陷性土等特殊性巖土存在，無崩塌、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)作用存在，場區(qū)地層穩(wěn)定。

4.3" 地基土承載力特征值范圍值

根據(jù)工程地質(zhì)鉆探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和取樣室內(nèi)試驗(yàn)等綜合分析，依據(jù)DB21/T 907—2015《建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定，給出地基土各層承載力特征值范圍值（表3）。

4.4" 穩(wěn)定性分析所用巖土物理力學(xué)參數(shù)

本次擬建“滲濾液積存池改建規(guī)范調(diào)節(jié)池工程”壩體加固，工程重要性等級(jí)為一級(jí)。本次穩(wěn)定性分析所用巖土物理力學(xué)參數(shù)是按照室外原位測試及室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)綜合選取。詳見表4。

4.5" 壩體處理建議及要求

壩體兩側(cè)為滲濾液貯存池，滲濾液體量較大，周邊垃圾層填埋后滲濾液補(bǔ)給充足，施工前降水難度較大，且滲濾液必須經(jīng)過污水處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后才能排放，周邊環(huán)境已不具備排放到其他貯存池可能，因此施工前不具備排水可能。所以建議設(shè)計(jì)止水體系及支護(hù)樁，確保施工期間壩體的隔水功能和整體穩(wěn)定性。

根據(jù)DL/T 5395—2007《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》第8.2.1條、8.2.2條有關(guān)規(guī)定，壩體加固施工前應(yīng)清理②淤泥垃圾層，并在壩體施工過程中，應(yīng)盡量避免生活垃圾、建筑垃圾混雜于黏性土中，造成地層內(nèi)部沉降差異過大，壩體滲漏，對壩體邊坡穩(wěn)定極為不利[5]。

4.6" 應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)監(jiān)測工作

建議對壩體布設(shè)變形監(jiān)測設(shè)備，加強(qiáng)壩體變形、壩體中浸潤線、庫區(qū)水位等監(jiān)測工作。雨季應(yīng)按規(guī)范加密觀測次數(shù)，高水位時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對壩頂、壩面觀察，及時(shí)排除裂縫、動(dòng)物洞穴等不安全因素。

5" 壩體加固巖土工程設(shè)計(jì)

5.1" 現(xiàn)狀壩體與壩基說明

原有壩基底部為粉質(zhì)黏土，底部無強(qiáng)透水地層，壩基底部同垃圾填埋區(qū)一樣鋪設(shè)了防滲膜。壩體填筑材料主要為粉質(zhì)黏土，填筑質(zhì)量一般，沒有分層壓實(shí)，壩體土質(zhì)成分基本是粉質(zhì)黏土，壩體表層為淤泥質(zhì)土。壩頂寬度約6 m，坡度較緩，壩體兩側(cè)1∶2坡度，水深12 m，壩底寬度54 m，在現(xiàn)狀壩兩側(cè)均蓄水條件下，壩體是穩(wěn)定的。將來2#坑清空，3#坑蓄滿水時(shí)是最不利工況下，只要壩體不形成水平向滲流，壩體是穩(wěn)定的，所以從壩體穩(wěn)定角度考慮，要解決水平防滲問題。壩體頂部需要加高，是因?yàn)楝F(xiàn)有液面超出現(xiàn)有壩頂，滲濾液無處排放，為施工考慮，需要加高現(xiàn)有壩頂。

5.2" 穩(wěn)定性分析

現(xiàn)狀2#和3#池之間分區(qū)壩處于穩(wěn)定狀態(tài)，隨著西側(cè)2#池飛灰填埋施工，西側(cè)3#池滲濾液貯存池水位降低，東側(cè)與西側(cè)滲濾液蓄水池之間可形成深度約15 m的水頭高差。設(shè)計(jì)采用鋼板樁方案，其具備隔水功能，但15 m高差水頭將造成鋼板樁傾斜變形甚至傾覆，造成嚴(yán)重工程事故，因此2#和3#池之間分區(qū)壩東側(cè)再施工一排鋼筋混凝土護(hù)坡樁，用于提高壩體整體穩(wěn)定性[6]。

5.3" 壩體設(shè)計(jì)參數(shù)

鋼筋混凝土樁樁間距均為1.2 m，樁徑800 mm。鋼板樁1、鋼板樁2間距均為400 mm，樁長12 m。基坑樁頂外側(cè)應(yīng)做硬覆蓋或采取其他有效疏導(dǎo)措施防止雨水等下滲。若現(xiàn)場基坑開挖深度不大于3.5 m，可不設(shè)置支撐梁。支撐梁軸力設(shè)計(jì)值為300 kN，預(yù)加力為200 kN。壩體設(shè)計(jì)俯視圖如圖1所示。

加固后壩體項(xiàng)標(biāo)高為72.650 m，坡項(xiàng)寬度6.0 m，壩體坡度1∶1.25。壩體加固材料采用粉質(zhì)黏土，并應(yīng)滿足下列要求：①回填前應(yīng)進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，確定填料的最大干密度及最優(yōu)含水率;②有機(jī)質(zhì)含量不大于5%;③土體塑性指數(shù)不應(yīng)大于20%，液限不應(yīng)大于40%;④施工填筑含水率應(yīng)控制在最優(yōu)含水率的-2%～+3%偏差范圍;⑤壓實(shí)度不小于0.96，滲透系數(shù)不大于1×10-5 cm/s。

5.4" 工作面回填設(shè)計(jì)

根據(jù)場地實(shí)際情況及地層情況，壩區(qū)滲濾液體量較大，不具備抽排到其他貯存池可能，因此場地不具備降水（滲濾液）條件。故在現(xiàn)有壩體上部采用粗骨料進(jìn)行回填，回填高度控制在現(xiàn)有水面以上0.5 m，保證鋼板樁施工及混凝土樁施工在無水環(huán)境中進(jìn)行。為保證混凝土樁的順利施工，頂面回填寬度不應(yīng)小于12 m，同時(shí)回填材料應(yīng)進(jìn)行壓實(shí)，避免施工過程中施工機(jī)械沉陷。

5.5" 施工工序

①填土（碎石）至水位線上500 mm，填土項(xiàng)部寬度12.0 m;②施工鋼板樁及灌注樁;③灌注樁后注漿及樁頂梁施工;④鋼板樁之下開挖至第一道支撐下500 mm;⑤施工第一道支撐;⑥逐步開挖，至基坑開挖完成，開挖深度為原壩體下不小于500 mm;⑦采用粉質(zhì)黏土進(jìn)行分層碾壓回填至最后一道支撐梁下500 mm，拆除最后一道支撐梁;⑧逐步回填，逐步拆撐至回填至鋼板樁頂部;⑨拔除西側(cè)鋼板樁，繼續(xù)回填碾壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

6" 結(jié)論及建議

1）滲濾液水上勘察，兩船的固定與錨固是安全勘察的關(guān)鍵，在鉆探過程中需采用套管護(hù)壁鉆進(jìn)工藝，防止?jié)B濾液進(jìn)入鉆孔污染地下水，鉆探完成后，采用混凝土+防滲劑全鉆孔灌注封孔，防止?jié)B濾滲漏。

2）垃圾填埋場地層復(fù)雜，縱向與橫向地層變化較大，需要全段取芯鉆進(jìn)。

3）鋼板樁+鋼筋混凝土護(hù)坡樁的壩體加固方案，確保了壩體加固施工期間的隔水功能和整體穩(wěn)定性。

4）鋼筋混凝土護(hù)坡樁施工時(shí)場地淤泥垃圾層較厚，含大量的塑料袋及爛布條等，施工設(shè)備的選擇是設(shè)計(jì)方案實(shí)施的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 古傳.水上工程勘察鉆探方法與措施研究[J].科技信息，2010（15）：267，256.

[4] 生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)規(guī)范：GB 50869—2013[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2013.

[5] 碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范：SL 274—2001[S].北京：中國水利水電出版，2013

[6] 生活垃圾衛(wèi)生填埋場巖土工程技術(shù)規(guī)范：CJJ 176—2012[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.