張俊文

（廣州市城市管理技術(shù)研究中心，廣州 510170）

我國城市生活垃圾的處理方式主要分為衛(wèi)生填埋、焚燒、堆肥和生化處理等[1-3]。填埋場具有容量大、成本低、土地利用率高和管理方便等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生活垃圾處理中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年底全國城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場有644座，全年填埋處理量為7 771.5萬t，占生活垃圾無害化處理總量的33%。根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會(huì)等部門聯(lián)合印發(fā)的《城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施補(bǔ)短板強(qiáng)弱項(xiàng)實(shí)施方案》，原則上地級(jí)以上城市以及具備焚燒處理能力的縣（市、區(qū)），不再新建原生生活垃圾填埋場，使得現(xiàn)有生活垃圾填埋場的庫容更加稀缺，更加寶貴。大部分城市垃圾填埋處理仍在挖潛運(yùn)行多年的老填埋場，導(dǎo)致垃圾堆體逐漸增高、穩(wěn)定問題逐漸凸現(xiàn)。一些填埋場甚至出現(xiàn)堆體開裂、位移、失穩(wěn)等問題，對(duì)填埋場乃至城市的安全運(yùn)行造成潛在威脅。

多年來，諸多學(xué)者對(duì)填埋場堆體穩(wěn)定問題進(jìn)行了研究，取得了顯著的成果。人們認(rèn)為，填埋場堆體穩(wěn)定與堆體水位、氣壓，填埋物性質(zhì)，分層覆蓋物，填埋高度、齡期、作業(yè)方式以及雨水下滲等有關(guān)[4-11]?！渡罾l(wèi)生填埋場巖土工程技術(shù)規(guī)范》（CJJ 176—2012）[12]提出了與填埋場穩(wěn)定相關(guān)的堆體水位、氣壓和邊坡穩(wěn)定等技術(shù)和運(yùn)營要求。目前，填埋場堆體穩(wěn)定性的研究較少涉及液氣阻滯作用下的堆體失穩(wěn)現(xiàn)象。因此，本文以廣州市興豐生活垃圾衛(wèi)生填埋場堆體邊坡滑移為例，在邊坡滑移區(qū)域鉆孔埋設(shè)孔壓傳感器（分層）、氣壓管和測斜管等，通過監(jiān)測系統(tǒng)掌握堆體的深層水平位移、液氣壓力與分布，分析填埋場堆體的液氣阻滯程度和滑移機(jī)理，為大型填埋場的現(xiàn)場穩(wěn)定監(jiān)測和分析提供經(jīng)驗(yàn)參考。

1 材料與方法

1.1 案例介紹

興豐生活垃圾衛(wèi)生填埋場占地總面積為92萬m2，其為典型的山谷型填埋場。填埋堆體呈西北高東南低的走勢。2016年12月至2017年12月，為了實(shí)時(shí)銜接廣州市生活垃圾處理工作和排除興豐生活垃圾衛(wèi)生填埋場堆體滑移風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)興豐生活垃圾衛(wèi)生填埋場實(shí)施應(yīng)急降水除險(xiǎn)與擴(kuò)容工程。案例發(fā)生在項(xiàng)目實(shí)施末期，即2017年11月，南部大壩北側(cè)堆體發(fā)生局部滑移。出現(xiàn)問題后，及時(shí)調(diào)整填埋作業(yè)區(qū)域并采取措施，穩(wěn)定和控制了堆體表層位移。

1.2 現(xiàn)場測試方案

該填埋場南部大壩北側(cè)堆體邊坡滑移區(qū)域的剖面圖如圖1所示。根據(jù)填埋時(shí)間的不同，邊坡垃圾可大致分為三層，底層（SW1）于2013年12月至2015年12月填埋，最大厚度介于35～40 m；SW2層則于2016年4月至2017年4月填埋，邊坡和坡頂區(qū)域的厚度分別約為20 m和10 m；SW3層從2017年4月填埋至11月發(fā)生滑移事件之前，在坡頂區(qū)域加高10 m。滑移前坡頂高程為+158 m左右。

圖1 滑移區(qū)域剖面圖

鉆孔監(jiān)測點(diǎn)的平面布置如圖2所示。在滑移區(qū)域的+135 m和+145 m兩個(gè)平臺(tái)上共布置7個(gè)測點(diǎn)，每個(gè)測點(diǎn)施工2個(gè)鉆孔，分別埋設(shè)孔壓傳感器（分層）和氣壓管。在主剖面的BH1-2和BH2-2點(diǎn)各增加一個(gè)深層水平位移監(jiān)測點(diǎn)，埋設(shè)測斜管。同一測點(diǎn)的不同鉆孔相距50～70 cm，避免施工時(shí)的相互影響。

圖2 ERT測線及鉆孔平面布置

在滑移區(qū)域的+135 m和+145 m平臺(tái)中部布置兩條高密度電阻率法（ERT）測線，長度均為160 m，如圖2所示。電極間距為2 m，共有80個(gè)電極；電極采用溫納排列形式，即供電電極與測量電極等距排列；測量電極位于供電電極中間。采用GeopenE60DN儀器進(jìn)行現(xiàn)場測試，獲得視電阻率數(shù)據(jù)后，采用Res2dinv軟件反演獲得真實(shí)的剖面電阻率分布。

2 結(jié)果與討論

2.1 深層水平位移

BH1-2和BH2-2監(jiān)測點(diǎn)深層水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，堆體深度大于20 m的區(qū)域幾乎沒有發(fā)生位移。10～20 m的深度范圍內(nèi)有明顯的水平位移，堆體在此區(qū)域發(fā)生轉(zhuǎn)折。根據(jù)轉(zhuǎn)折區(qū)域和張拉裂縫的位置，可以大致推測實(shí)際的滑移面，如圖3所示。

圖3 推測滑移面示意圖

2.2 液氣壓力

+135 m平臺(tái)的液氣壓力監(jiān)測結(jié)果顯示，在10～15 m深度范圍內(nèi)，不同鉆孔測得的孔隙水壓力隨深度變化的梯度與靜水壓力線接近；深度15 m以下，BH1-2和BH1-3監(jiān)測點(diǎn)測量的氣壓值介于180～220 kPa，孔隙水壓力的梯度大于靜水壓力線，表明填埋氣在堆體中下部積聚形成高氣壓，液氣阻滯程度較高。+145 m平臺(tái)的孔壓監(jiān)測結(jié)果顯示，在10～20 m深度范圍內(nèi)，BH2-2監(jiān)測點(diǎn)孔隙水壓力的梯度與靜水壓力線接近；在深度20 m以下，孔隙水壓力的梯度大于靜水壓力線。相比之下，BH2-1和BH2-3監(jiān)測點(diǎn)孔隙水壓力的梯度并未隨深度發(fā)生明顯的變化。此外，+145 m平臺(tái)各監(jiān)測點(diǎn)的不同深度處均未測到明顯的高氣壓，表明在+145 m平臺(tái)上滲濾液分布在堆體中下部是不連續(xù)的，但液氣阻滯程度明顯低于+135 m平臺(tái)。

2.3 液氣分布

+135 m平臺(tái)的垃圾堆體電阻率監(jiān)測結(jié)果表明，在0～25 m深度范圍內(nèi)，垃圾的電阻率主要分布范圍為1.5～7.5 Ω·m，深度5 m以內(nèi)為高阻區(qū)（大于4.0 Ω·m），表明該區(qū)域垃圾含水率較低，其為低含水量區(qū)域；深度5～17 m范圍內(nèi)出現(xiàn)大面積的低阻區(qū)（1.5～4.0 Ω·m），表明此區(qū)域垃圾的含水率較高，其為高含水量區(qū)域；深度17 m以下出現(xiàn)一個(gè)高阻區(qū)，表明垃圾含水量較低并發(fā)生填埋氣的積聚。

本研究中，ERT測試深度只有25 m，而+145 m平臺(tái)的堆體厚度為30～40 m，所以無法測量堆體底部垃圾的電阻率。在測量范圍內(nèi)，電阻率分布并未表現(xiàn)出明顯的分層，同時(shí)SW2層出現(xiàn)明顯的低阻區(qū)，即高含水量區(qū)域。

2.4 液氣阻滯程度分析

+135 m平臺(tái)堆體深度17 m以下由液氣壓力推測的填埋氣積聚區(qū)與ERT測試得到的低含水量區(qū)相吻合，表明高氣壓的位置合理。+135 m平臺(tái)堆體中部存在大面積的高含水量區(qū)域，而底層存在低含水量區(qū)域，因此形成液難向下、氣難向上的液氣阻滯，進(jìn)而在底部積聚成高氣壓。這表明+135 m堆體內(nèi)的液氣阻滯程度比較嚴(yán)重。相比之下，+145 m平臺(tái)垃圾堆體中存在連通的低含水量區(qū)域，表明垃圾堆體可能存在從底部到表面的優(yōu)勢通道，減弱了堆體內(nèi)的液氣阻滯程度。

2.5 滑移原因分析

+135 m平臺(tái)局部高氣壓與2017年11月發(fā)生的局部滑移的滑移面比較接近，說明液氣阻滯形成的高氣壓極有可能是導(dǎo)致堆體滑移的主要原因。為進(jìn)一步驗(yàn)證，采用GeoStudio軟件對(duì)滑移區(qū)域的中心剖面進(jìn)行穩(wěn)定分析，研究高氣壓對(duì)滑移面的影響，如圖4所示。

圖4 穩(wěn)定分析結(jié)果

工況一考慮高氣壓，堆體安全系數(shù)為1.019。軟件生成的滑移面與實(shí)際滑移面非常接近，堆體接近臨界狀態(tài)，非常容易發(fā)生滑移。工況二不考慮高氣壓，堆體安全系數(shù)為1.151。上述分析表明，在堆體存在液氣阻滯的條件下，液氣積聚形成的高氣壓是導(dǎo)致堆體滑移的主要原因。

3 結(jié)論

本文首先對(duì)垃圾堆體進(jìn)行深層水平位移監(jiān)測，然后對(duì)其進(jìn)行液氣壓力和分布測試，最后對(duì)滑移區(qū)域的中心剖面進(jìn)行穩(wěn)定分析。經(jīng)監(jiān)測，垃圾堆體10～20 m的深度范圍內(nèi)有明顯的水平位移，可推測出實(shí)際的滑移面位置。+135 m平臺(tái)堆體深度5～17 m范圍內(nèi)存在大面積低阻區(qū)（高含水量區(qū)），17 m深度以下出現(xiàn)高阻區(qū)（低含水量區(qū)）并存在180～220 kPa高氣壓，液氣阻滯程度較高；而在+145 m平臺(tái)堆體中未測到明顯的高氣壓，SW2層中存在連通的低含水量區(qū)域，垃圾堆體存在從底部到表面的優(yōu)勢通道，減弱了堆體內(nèi)的液氣阻滯程度?？紤]高氣壓的工況下，模擬的滑移面與實(shí)際的滑移面接近，說明液氣阻滯形成的高氣壓是導(dǎo)致堆體滑移的主要原因，應(yīng)作為消除堆體滑移而采取措施的方向之一。