周　屹，張?jiān)腊玻苡虏?，羅明聰，唐玉芳（.化工部長(zhǎng)沙設(shè)計(jì)研究院，湖南　長(zhǎng)沙　407；.長(zhǎng)沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南　長(zhǎng)沙　40004）

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簡(jiǎn)易垃圾場(chǎng)封場(chǎng)堆體穩(wěn)定性分析及工程治理措施

周屹1，張?jiān)腊?，周勇波1，羅明聰1，唐玉芳2
（1.化工部長(zhǎng)沙設(shè)計(jì)研究院，湖南長(zhǎng)沙410117；2.長(zhǎng)沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410004）

以南方某縣城簡(jiǎn)易填埋場(chǎng)封場(chǎng)綜合治理工程為例，本文主要結(jié)合實(shí)測(cè)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(rùn)線的高度，對(duì)堆體穩(wěn)定性進(jìn)行了全面的分析，并有針對(duì)性制定工程治理措施，消除了封場(chǎng)后垃圾堆體的安全隱患，可為簡(jiǎn)易填埋場(chǎng)的綜合治理工程提供借鑒。

簡(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)；穩(wěn)定性；滲瀝液；浸潤(rùn)線

引言

隨著越來(lái)越多標(biāo)準(zhǔn)化城市生活垃圾填埋場(chǎng)的建成和投入使用，原有簡(jiǎn)易生活垃圾填埋場(chǎng)綜合治理被各級(jí)環(huán)境管理部門日益重視。近年來(lái)，由政府主導(dǎo)對(duì)原簡(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)封場(chǎng)治理工作也陸續(xù)展開(kāi)，封場(chǎng)治理項(xiàng)目主要依據(jù)《生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)封場(chǎng)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(duì)現(xiàn)有簡(jiǎn)易填埋場(chǎng)采取垂直防滲［2］、地下水阻隔、封場(chǎng)覆蓋、滲瀝液處置、填埋氣體收集處置等常見(jiàn)的以環(huán)境污染治理的工程措施。

在工程設(shè)計(jì)階段結(jié)合簡(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)垃圾堆體物理力學(xué)參數(shù)、堆體實(shí)測(cè)滲瀝液浸潤(rùn)線［3］的高度、填埋場(chǎng)地質(zhì)條件等綜合因素進(jìn)行堆場(chǎng)穩(wěn)定性分析往往容易忽視，從而造成設(shè)計(jì)階段未采取有針對(duì)性治理措施，造成封場(chǎng)后堆體穩(wěn)定性存在安全隱患。本論文以南方某簡(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)封場(chǎng)治理工程為例，通過(guò)在封場(chǎng)治理設(shè)計(jì)階段進(jìn)行堆體穩(wěn)定性計(jì)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(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)環(huán)境現(xiàn)狀及綜合治理路線

1.1簡(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)現(xiàn)狀

南方某簡(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)位于城市東北部，距離縣城3.0km，該填埋場(chǎng)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(chǎng)所處地理位置特殊，而且填埋場(chǎng)早期建設(shè)時(shí)沒(méi)有做任何的防滲處理，屬于典型的簡(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)，對(duì)周邊環(huán)境存在較大的污染風(fēng)險(xiǎn)，主要表現(xiàn)在：①現(xiàn)有垃圾堆放場(chǎng)自然落差大，無(wú)水土保持措施，存在滑坡、崩塌隱患，對(duì)下游群眾生產(chǎn)、生活造成了安全隱患；②垃圾場(chǎng)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(chǎng)填埋氣體收集、導(dǎo)排系統(tǒng)，垃圾中有機(jī)物在分解過(guò)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(xiàng)目簡(jiǎn)易垃圾場(chǎng)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(duì)簡(jiǎn)易填埋場(chǎng)庫(kù)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(yùn)外運(yùn)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(duì)周邊的污染；⑥填埋場(chǎng)封場(chǎng)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(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)封場(chǎng)完畢后，將成為獨(dú)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(chǎng)坡面產(chǎn)生滑動(dòng)，造成安全事故，因此有必要對(duì)各種工況組合下簡(jiǎn)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(píng)價(jià)垃圾堆體內(nèi)滲瀝液水位對(duì)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(tái)，分別為285.0m平臺(tái)、290.0m平臺(tái)，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(jiǎn)易垃圾場(chǎng)治理后典型斷面圖

2.3穩(wěn)定計(jì)算方法及計(jì)算軟件

參見(jiàn)《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001），廢渣堆體邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用剛體極限平衡法，本設(shè)計(jì)采用瑞典圓弧法。對(duì)于垃圾填埋體來(lái)說(shuō)，孔隙水壓力運(yùn)用起來(lái)比較困難，本設(shè)計(jì)采用總應(yīng)力法。穩(wěn)定計(jì)算軟件選擇：本驗(yàn)算采用的電算程序?yàn)镠H-slope軟件。

2.4封場(chǎng)后垃圾堆體強(qiáng)度參數(shù)

根據(jù)本項(xiàng)目工程地質(zhì)勘察報(bào)告（詳勘），本項(xiàng)目封場(chǎng)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(shí)以灰?guī)r作為基巖，即認(rèn)為不會(huì)有巖層的滑動(dòng)發(fā)生。垃圾堆體穩(wěn)定分析時(shí)，典型巖土層及其強(qiáng)度參數(shù)分布（從上至下）如表1所示。

表1　封場(chǎng)垃圾堆體穩(wěn)定性分析強(qiáng)度指標(biāo)

2.5計(jì)算工況

由于簡(jiǎn)易垃圾場(chǎng)未采取滲瀝液導(dǎo)排、雨污分流等工程措施，根據(jù)本項(xiàng)目工程地質(zhì)勘察報(bào)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(píng)價(jià)滲瀝液水位對(duì)垃圾堆體穩(wěn)定性的影響，工況組合時(shí)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(chǎng)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(shí)需分別考慮滲瀝液主水位、暴雨時(shí)期水位（局部滯水位）、EPA控制水位（美國(guó)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(rùn)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(xiàng)目垃圾壩屬于II類建筑級(jí)別，垃圾堆體穩(wěn)定性分析時(shí)各種典型工況組合及計(jì)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(jì)算結(jié)果

根據(jù)相應(yīng)工況建立穩(wěn)定計(jì)算模型，根據(jù)AUTOBANK軟件計(jì)算結(jié)果如表2所示；本項(xiàng)目穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖詳見(jiàn)圖2～3。

圖2　工況1-實(shí)測(cè)滲瀝液水位條件計(jì)算模型

圖3　工況2-模擬暴雨時(shí)期非正常水位條件計(jì)算模型

從圖2～3分析結(jié)果可以看出，在實(shí)測(cè)滲瀝液主水位控制條件下，簡(jiǎn)易垃圾場(chǎng)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(rùn)線位于堆體垃圾頂面以下4～6m）垃圾場(chǎng)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(dòng)，從而造成堆體失穩(wěn)，對(duì)下游人民的生命財(cái)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(jiàn)，隨著滲瀝液浸潤(rùn)線的抬升，垃圾堆體的穩(wěn)定性逐漸減小，其減少的過(guò)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(xiàng)目垃圾壩屬于Ⅱ類建筑級(jí)別 （即正常運(yùn)行條件下最小安全系數(shù)為1.20，非常運(yùn)行條件下最小安全系數(shù)為1.15），當(dāng)正常運(yùn)行下滲瀝液水位高度控制為0.75H，非常運(yùn)行條件下滲瀝液高度控制0.65H以內(nèi)時(shí)，封場(chǎng)后垃圾堆體穩(wěn)定性滿足抗滑穩(wěn)定的要求。為安全起見(jiàn)，在綜合治理過(guò)程中，要將滲瀝液浸潤(rùn)線高度控制條件取為h/H=0.6，相當(dāng)于滲瀝液浸潤(rùn)線應(yīng)控制在垃圾場(chǎng)頂面0.4H以下時(shí)，封場(chǎng)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(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)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(chǎng)治理中要將堆體的雨污分流作為設(shè)計(jì)重點(diǎn)。

3　工程措施

根據(jù)穩(wěn)定分析的結(jié)論，滲瀝液水位（浸潤(rùn)線高低）無(wú)疑對(duì)填埋場(chǎng)的穩(wěn)定有著至關(guān)重要的影響，無(wú)論是垃圾堆體的穩(wěn)定性還是封場(chǎng)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(rùn)線，設(shè)計(jì)時(shí)采用“上堵下排”的設(shè)計(jì)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(kù)區(qū)（“上堵”），同時(shí)對(duì)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(shí)通過(guò)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(chǎng)之前需要采取切實(shí)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(chǎng)工程后堆體的安全穩(wěn)定。本項(xiàng)目綜合考慮了垃圾堆體在封場(chǎng)治理過(guò)程中的可能出現(xiàn)的情況，設(shè)計(jì)了兩種綜合導(dǎo)排方案：重力導(dǎo)排方案及主動(dòng)抽排方案。

3.1主動(dòng)抽排

主動(dòng)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(guò)在降水井內(nèi)安裝臨時(shí)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(rùn)線，并外運(yùn)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(chǎng)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(xiàng)目沿庫(kù)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(guò)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(chǎng)封場(chǎng)技術(shù)規(guī)程》（CJJ112-2007）相關(guān)要求，對(duì)本簡(jiǎn)易垃圾場(chǎng)還進(jìn)行了氣體收集與處置、垂直防滲結(jié)構(gòu)、封場(chǎng)覆蓋系統(tǒng)、滲瀝液處置等關(guān)的環(huán)保治理設(shè)計(jì)，最終達(dá)到封場(chǎng)治理的效果。

4　結(jié)論

通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)易生活垃圾填埋場(chǎng)綜合治理過(guò)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(jì)方案，并有針對(duì)性對(duì)堆體的安全性采取有效的工程措施，從根本上消除簡(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)封場(chǎng)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(chǎng)模型簡(jiǎn)化與浸潤(rùn)線計(jì)算［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（1）：27～31.

［4］李 玲，喻 曉，王颋軍，等.武漢市某簡(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)穩(wěn)定化評(píng)價(jià)研究［J］.環(huán)境工程，2015（11）.

周 屹（1983-），男，高級(jí)工程師，碩士，主要從事環(huán)保設(shè)計(jì)方面工作。

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2095-2066（2016）12-0005-02

2016-3-26