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        中小型垃圾填埋場垃圾壩的穩(wěn)定計(jì)算分析

        2015-06-05 14:56:13康昭君李聯(lián)希
        水電站設(shè)計(jì) 2015年2期
        關(guān)鍵詞:垃圾堆摩擦角填埋場

        康昭君,吳 迪,李聯(lián)希

        (中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)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(wěn)定計(jì)算分析

        康昭君,吳 迪,李聯(lián)希

        (中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)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(gòu)筑物,但目前并沒有系統(tǒng)的穩(wěn)定計(jì)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(jì)算為例,介紹了中小型垃圾填埋場垃圾壩的穩(wěn)定分析計(jì)算,并對影響穩(wěn)定計(jì)算的因素進(jìn)行了總結(jié)。

        中小型;垃圾填埋場;垃圾壩;穩(wěn)定計(jì)算

        0 前 言

        隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,城鎮(zhèn)生活垃圾的產(chǎn)生量迅速增加,而處理處置設(shè)施的建設(shè)十分滯后,城鎮(zhèn)生活垃圾基本未得到妥善處理,生活垃圾對環(huán)境造成的污染日趨嚴(yán)重。為適應(yīng)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè),提高小城鎮(zhèn)環(huán)境質(zhì)量,需要加快小城鎮(zhèn)生活垃圾處理處置設(shè)施的建設(shè)。衛(wèi)生填埋是目前小城鎮(zhèn)生活垃圾處理的主要方法之一,可極大減少對周圍環(huán)境的危害。垃圾壩的主要作用是維持填埋區(qū)內(nèi)垃圾堆體穩(wěn)定,增加填埋區(qū)有效庫容,防止大雨時(shí)將垃圾沖出填埋區(qū),有序引排填埋區(qū)滲濾液和兼作場內(nèi)外連接通道。

        垃圾衛(wèi)生填埋場在國內(nèi)起步較晚,但近幾年發(fā)展較快,目前垃圾壩設(shè)計(jì)主要依據(jù)《生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)規(guī)范》及《生活垃圾衛(wèi)生填埋場巖土工程技術(shù)規(guī)范》,同時(shí)參考現(xiàn)行水工行業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等規(guī)范,如《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》、《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》等。

        某中小型生活垃圾處理工程主要滿足其縣城周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)及游客產(chǎn)生的生活垃圾處理需求。該垃圾場采用衛(wèi)生填埋處理工藝,庫容34.00萬m3。由于所處地區(qū)屬高山峽谷地區(qū),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(wěn)定計(jì)算

        垃圾壩的穩(wěn)定計(jì)算主要包括設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的確定、計(jì)算參數(shù)的選取以及垃圾壩設(shè)計(jì)計(jì)算。本工程首先依據(jù)壩體及邊坡高度明確垃圾壩各工況下安全系數(shù);再根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)結(jié)合實(shí)際情況明確垃圾土和土工材料的各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù);最后采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院編制的理正巖土計(jì)算系列軟件對垃圾壩各種工況進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。

        1.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

        由于下游存在生產(chǎn)設(shè)備及生活管理區(qū),垃圾壩失事將對生產(chǎn)設(shè)備和生活管理區(qū)帶來嚴(yán)重?fù)p失,因此垃圾壩體建筑級(jí)別為Ⅰ級(jí)[1]。在基本荷載組合情況下,垃圾壩的抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.30,在正常運(yùn)行遇地震及洪水工況下,抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.15[1]。

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

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

        1.2 計(jì)算參數(shù)選取

        計(jì)算參數(shù)主要包括垃圾土的容重γ、垃圾土和土工材料的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)φ、c′。其中垃圾土的各項(xiàng)參數(shù)取值與工程處理的垃圾組分及填埋工藝有密切聯(lián)系,一般采用現(xiàn)場試驗(yàn)確定,如無試驗(yàn)條件時(shí)按工程類比方法確定。土工材料的強(qiáng)度指標(biāo)則根據(jù)材料結(jié)合工程特點(diǎn)進(jìn)行選取。

        1.2.1 垃圾土容重γ

        根據(jù)文獻(xiàn)[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(jù)圖2本工程最大埋深為34 m。

        根據(jù)以上計(jì)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(qiáng)度指標(biāo)φ、c′及垃圾土與墻背的摩擦角δ

        垃圾土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)φ、c′值根據(jù)表1取值。

        表1 垃圾抗剪強(qiáng)度指標(biāo)參考值

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

        天然工況:內(nèi)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(nèi)摩擦角27°的0.33倍(即δ=27×0.33=8.9°);

        暴雨工況:內(nèi)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(nèi)摩擦角26°的0.33倍(δ=26×0.33=8.6°)。

        1.2.3 土工材料界面強(qiáng)度指標(biāo)φ、c′

        土工材料界面強(qiáng)度指標(biāo)φ、c′根據(jù)文獻(xiàn)[2]取值。穩(wěn)定分析時(shí),復(fù)合襯墊系統(tǒng)中土工材料強(qiáng)度指標(biāo)取值宜符合下列要求:庫區(qū)基底坡度大于10°區(qū)域采用殘余強(qiáng)度指標(biāo),庫區(qū)基底坡度小于10°區(qū)域采用其峰值強(qiáng)度指標(biāo)。本填埋場土工材料界面為粗糙土工膜/GCL,故庫區(qū)基底坡度大于10°區(qū)域取界面強(qiáng)度指標(biāo)為:天然工況:內(nèi)摩擦角φ取9°,黏聚力c′取0 kPa;飽和工況:內(nèi)摩擦角c′取8°,黏聚力c′取0 kPa;庫區(qū)基底坡度小于10°區(qū)域取界面強(qiáng)度指標(biāo)為:天然工況:內(nèi)摩擦角φ取22°,黏聚力c′取0 kPa;飽和工況:內(nèi)摩擦角φ取21°,黏聚力c′取0 kPa。

        1.3 垃圾壩設(shè)計(jì)計(jì)算

        1.3.1.垃圾壩尺寸

        垃圾設(shè)計(jì)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(zhì)量[2]。臨床治療中,常見的方法以手術(shù)治療為主,但需注意大多手術(shù)方式下僅強(qiáng)調(diào)如何切除息肉,并未做炎癥的處理,導(dǎo)致宮頸組織內(nèi)有大量致病菌存在,這樣即使在切除息肉后出現(xiàn)復(fù)發(fā)的可能性較高。以血管鉗扭除術(shù)為例,該方式應(yīng)用下盡管可將息肉清除,但手術(shù)操作創(chuàng)傷性較大,出血量多,炎癥難以徹底根除,出現(xiàn)復(fù)發(fā)的可能性較高[3]。

        圖1 垃圾壩斷面大樣示意

        表2 垃圾壩設(shè)計(jì)尺寸參數(shù)

        1.3.2 物理參數(shù)

        圬工砌體容重:23.0 kN/m3;

        圬工之間摩擦系數(shù):0.4;

        地基土摩擦系數(shù):0.4;

        墻后填土內(nèi)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(wěn)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(shù)法分析垃圾堆體邊坡穩(wěn)定性,如垃圾堆體滿足自身穩(wěn)定要求,則選取主動(dòng)土壓力作為垃圾壩計(jì)算外荷載;如垃圾堆體不滿足自身穩(wěn)定要求,則需比較剩余下滑力與主動(dòng)土壓力之間的大小,如剩余下滑力小于主動(dòng)土壓力,則選取主動(dòng)土壓力作為垃圾壩計(jì)算外荷載,反之則選取剩余下滑力作為垃圾壩計(jì)算外荷載。

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

        圖2 大樣示意

        式中 K——為穩(wěn)定系數(shù);

        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(dòng)分力(kN/m),出現(xiàn)與滑動(dòng)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(dòng)面上的滑動(dòng)分力,kN/m;

        ψi——為第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊時(shí)的傳遞系數(shù)(j=i)。

        在各種運(yùn)用條件下,垃圾堆體穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求(如表3),因此垃圾壩穩(wěn)定計(jì)算時(shí)選取主動(dòng)土壓力作為外荷載。

        表3 各種運(yùn)用條件垃圾堆體邊坡穩(wěn)定計(jì)算

        1.3.4 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

        各種運(yùn)用條件下垃圾壩抗滑穩(wěn)定系數(shù)均大于該條件下允許值(見表4),垃圾壩抗滑滿足設(shè)計(jì)要求。

        表4 各種運(yùn)用條件垃圾壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算

        1.3.5 抗傾覆和地基承載力計(jì)算

        各種運(yùn)用條件下垃圾壩抗傾覆和地基承載力均滿足設(shè)計(jì)要求(見表5、6、7)。

        2 結(jié) 論

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

        表5 正常運(yùn)用條件垃圾壩穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算

        表6 非常運(yùn)用條件Ⅰ垃圾壩穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算

        表7 非常運(yùn)用條件Ⅱ垃圾壩穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算

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

        (3)土壓力作為影響垃圾壩穩(wěn)定計(jì)算的主要因素主要受垃圾土本身的物理力學(xué)性質(zhì)及土工材料參數(shù)影響。因此在土壓力計(jì)算過程中需要特別注意垃圾土及土工材料的參數(shù)選取,條件允許的情況應(yīng)由相應(yīng)的試驗(yàn)確定參數(shù)數(shù)值。如無實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可參考相關(guān)規(guī)范或同類工程進(jìn)行取值。

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

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

        [3] SL 379-2007,水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社,2007.

        [4] 錢學(xué)德,施建勇.現(xiàn)代衛(wèi)生垃圾填埋場的設(shè)計(jì)與施工(第二版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011.

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

        X705

        B

        1003-9805(2015)02-0075-03

        2014-05-27

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

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