平原型填埋场场地平整方案设计

高全喜 杨再兴

【摘 要】平原型填埋场结构是一个特殊的锅底型，针对平原型垃圾填埋场的设计，以某平原型填埋场为例，介绍了库区场地平整方案设计过程中基底高程、坝顶高程和堆体顶高程这3个关键参数的确定过程。

【关键词】平原型垃圾填埋场；基底高程；坝顶高程；堆体顶高程

1.平原型填埋场特点

根据地理地质情况的不同，填埋场可分为山谷型、平原型和坡地型三大类[1]。在平地上构筑围堰，直接在围堤内的地面上堆填固体废物的填埋场为平原型填埋场。这种方式通常适用于地形比较平坦、地下水位较浅的地区[2]。

平原型填埋场的优点是：比较容易进行水平防渗处理、分单元填埋以及填埋作业期间的雨污分流；工程施工比较容易，投资省；一般通过库底的开挖具有较充足的筑坝土源和覆盖土源；缺点是需要占用耕地，征地费较高；填埋场外围不易形成屏障，填埋堆体可能对景观有一定影响[3]。

平原型填埋场在我国平原地区运用较广泛。平原型填埋场与沟谷型填埋场同属于土地填埋处置，其主要区别是库区的形成方式不同。在平原型填埋场设计中，合理确定填埋场的底高、堤高和堆高三个参数，对填埋场设计、后期施工及运行维护都具有重要的意义。

2.场地构筑形式

图1 平原型填埋场堆体横剖面示意图

平原型填埋场构筑形式一般是以场址地平面为基准，下挖或在周围填筑围堤或同时挖填，形成一个特殊的锅底型结构。

填埋坑开挖方式的选择，不仅要考虑库容量和服务年限，还要考虑全场的土方平衡。对于平原型填埋场，基底的开挖方式一般有三种，一是地上式，二是地下式，三是半地下半地上式。采用地上式需要大量取土，增加施工难度且取土费用较高；采用地下式，为了满足填埋量，开挖的土方量又造成弃土过多。半地上半地下式与其他两种方式相比具有以下优点：有效去除了结构松散、孔隙大，欠固结的耕土层；粘土和覆盖土用量大体相当；可以充分利用填埋空间，满足填埋场运行期限要求；工程造价较低[4]。

图1是典型的平原型填埋场堆体横剖面示意图。图1中，H1为挖深，H2为堤坝顶高程，H3为堆体顶高程。这三个参数既相互关联又相对独立，其取值受多种因素的影响，其本质都是要满足填埋场服务期内垃圾填埋的库容需求。堆高与堤高相差较大时，必须校核堆体边坡，确保堆体不出现滑移、坍塌等不确定情况。

平原型填埋场中主要挖方量是库区基底构筑的挖方，主要填方量是环库堤坝的填筑。应综合考虑挖深与堤高的取值，使场区土建本身尽量做到挖填土石方量平衡[4]。

3.工程案例

某平原型填埋场场地现状为近期围垦的滩涂地，地面黄海高程约1.0 m，四周塘堤堤顶黄海高程为9.7～10.0 m，地势较为平坦。填埋对象为工业固废，服务期限为10 年，总处置容量为59.5 万m3。库区平面布置示意图如图2所示。

图2 南方某平原型填埋场库区平面布置示意图

3.1 处置场堤坝顶高程的确定

堤坝顶高程的确定，应考虑与作业道路的衔接问题。作业车辆最终要在堤坝顶作业，道路的纵坡必须满足作业行驶的要求，由于道路起坡点基本是现状地平高程，堤坝顶高程将直接影响道路的设置。

本处置场设计堤顶高程10.0 m，同时在东侧将现有未成型的围堤修筑成型，场区形成一圈顶高程为10.0 m的环库围堤。

3.2 处置场库底清基高程的确定

库底清基高程的确定，应结合场地的地质条件，除了土层承载力外，还应综合考虑场地土层的渗透系数、地下水位情况等地质因素。土层的渗透系数是选择防渗方式的最主要依据，地下水位的控制直接影响着防渗及导排系统的安全。因此合理的选择开挖深度，确定基地土层，将直接关系到处置场的运行安全。

根据本场区地质勘察报告，综合考虑地基土层的结构、物理力学性质及厚度和分布，场址第2层粉土层，其地基承载力较好，可满足填埋堆高的要求。

但考虑本场区库底现状标高大部分为1.0 m左右，为了减小场区挖方量，故选择层顶标高为-1.48～2.71 m的2-2粘质粉土层作为场区库底持力层，即库底清基高程维持现状1.0 m。考虑到该层土层渗透系数平均为4.0×10-5 cm/s，大于1.0×10-7 cm/s，根据相关标准要求，应采用人工材料防渗[5]。

另外，根据地勘报告，本场区地下水位埋深仅0.30～5.10 m，高程为0.90～6.40 m，在满足库容要求的前提下，基底高程无法实现高于地下最高水位1 m以上。因此，依据地基承载力的要求，确定了基底高程后，在基底高程以上填筑1 m厚的压实粘土形成一个有效的地下水阻隔层，配合场底的地下水导排层，确保地下水不会被渗滤液污染。

3.3 处置场堆体顶高程的确定

堆体顶高程的确定，主要取决于库容要求、地基承载力、堆体边坡的稳定性要求三个因素。原因是堆体的高度是实现库容需求最直接的参数；堆体高程应满足持力土层地基承载力要求；堆体最终形成金字塔形收坡，其边坡的坡度受到稳定性的限制，而坡度又直接影响堆体顶高程。

本场地基底持力土层确定为2-2粘质粉土，根据地勘报告，该层地基承载力为125 kPa，工业固废重力密度可达到15 kN/m3，据此核算出最终工业固废可填厚度可达11 m～12 m。即本场堆体顶高程理论可达12.0 m～13.0 m。考虑到堆体不均匀沉降及与周边环境协调的问题，本次设计考虑堆体顶高程与围堤顶高程一致为10 m。

3.4 处置场单层堆体高度的确定

本场区在快速堆载条件下，针对本场区工业固体废物堆体的工程特点（堆体底部宽度过大，边界较长，达400 m×250 m；基础底部做隔水处理），地基土不能及时排水固结，其强度和稳定性主要取决于地基土的天然强度和堆载高度。

根据Fellenius公式计算，第一级允许施加荷载及加荷高度分别为：

P1=5.52Cu/K=45 kPa，

H1=Pl/r废物=4.5 m，

式中：

P1—第一级允许施加荷载，kPa；

Cu为地基土的天然强度，kPa，综合勘察的多项剪切试验结果综合分析后取13 kPa；

K—安全系数，本工程取1.5；

H1—第一级允许加荷高度，m；

r废物为废物的重力密度，取15 kN/m3。

根据如上计算，本处置场运行初期，若需进行一次性快速堆填作业，为避免地基破坏失稳，堆体高度应控制在4.5 m以下。以此为依据，选择本场区单层堆体高度为3.0～4.0 m。

3.5 堆体边坡设计

堆体边坡设计的关键是要保证堆体的稳定性，在满足稳定性前提下应尽可能增加库容。堆体稳定分析时需综合考虑以下因素：

① 堆体中渗沥液水位（包括最大水位变化）；

② 压实废物的不同特性；

③ 地震动荷载作用；

④ 封场结构层中土工复合材料与不同物质之间接触面的摩擦力；

⑤ 临时堆体的稳定性。

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）及《堤防工程设计规范》（GB50286-98），堆体抗滑稳定允许安全系数为1.2[6]。采用Bishop圆弧滑动分析法，对堆体边坡稳定性进行分析，计算结果表明边坡比在1：3.6以下能够满足稳定性要求。由于边坡越缓相应库容就越小。在满足边坡稳定性的前提下，本着尽可能增加库容的原则，因此推荐堆体边坡坡度按1：3设计。废物边坡自环库围堤或中间隔堤起按照坡度1：3堆高堆填，并每3 m高差设置一个2 m宽的马道。

4.结束语

平原型填埋场工程和其他两种类型的填埋场工程建设有着截然不同的特点，针对工程特点进行设计和施工管理至关重要。设计时需充分考虑土地利用效率的最大化、资金使用计划的最优化和资金使用成本的最小化、运营成本的最小化和环境污染与生态影响程度的最低化。

参考文献：

[1]CJJ17-2004，生活垃圾卫生填埋技术规范[S].

[2]陈昆柏.固体废物处理与处置工程学[M].北京：中国环境科学出版社.2005.

[3]李颖，郭爱军.城市卫生填埋场设计指南[M].北京：中国环境科学出版社.2005.

[4]郝丽华，王琦，刘淑玲，张建海.平原型安全填埋场设计中有关问题的探讨——以黑龙江省危险废弃物集中处置场为例[J].《全国第六届土工合成材料学术会议论文集》.2004.

[5]CJJ113-2007，生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范[S].

[6]SL274-2001，《碾压式土石坝设计规范》[S].