中小型垃圾填埋场垃圾坝的稳定计算分析

康昭君，吴 迪，李联希

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072）

中小型垃圾填埋场垃圾坝的稳定计算分析

康昭君，吴 迪，李联希

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072）

垃圾坝是中小型垃圾填埋场的重要构筑物，但目前并没有系统的稳定计算方法可供参考。本文以某中小型生活垃圾处理工程垃圾坝计算为例，介绍了中小型垃圾填埋场垃圾坝的稳定分析计算，并对影响稳定计算的因素进行了总结。

中小型；垃圾填埋场；垃圾坝；稳定计算

0 前 言

随着社会经济的快速发展，城镇生活垃圾的产生量迅速增加，而处理处置设施的建设十分滞后，城镇生活垃圾基本未得到妥善处理，生活垃圾对环境造成的污染日趋严重。为适应社会主义新农村建设，提高小城镇环境质量，需要加快小城镇生活垃圾处理处置设施的建设。卫生填埋是目前小城镇生活垃圾处理的主要方法之一，可极大减少对周围环境的危害。垃圾坝的主要作用是维持填埋区内垃圾堆体稳定，增加填埋区有效库容，防止大雨时将垃圾冲出填埋区，有序引排填埋区渗滤液和兼作场内外连接通道。

垃圾卫生填埋场在国内起步较晚，但近几年发展较快，目前垃圾坝设计主要依据《生活垃圾卫生填埋技术规范》及《生活垃圾卫生填埋场岩土工程技术规范》，同时参考现行水工行业结构设计等规范，如《碾压式土石坝设计规范》、《水工挡土墙设计规范》等。

某中小型生活垃圾处理工程主要满足其县城周边乡镇及游客产生的生活垃圾处理需求。该垃圾场采用卫生填埋处理工艺，库容34.00万m3。由于所处地区属高山峡谷地区，垃圾填埋场选址较为困难，为了在较小的面积上获得较大的有效填埋库容，该填埋场采用浆砌石垃圾坝，最大坝高12 m。

1 稳定计算

垃圾坝的稳定计算主要包括设计标准的确定、计算参数的选取以及垃圾坝设计计算。本工程首先依据坝体及边坡高度明确垃圾坝各工况下安全系数；再根据相关工程经验结合实际情况明确垃圾土和土工材料的各项关键参数；最后采用北京理正软件设计研究院编制的理正岩土计算系列软件对垃圾坝各种工况进行稳定计算。

1.1 设计标准

由于下游存在生产设备及生活管理区，垃圾坝失事将对生产设备和生活管理区带来严重损失，因此垃圾坝体建筑级别为Ⅰ级［1］。在基本荷载组合情况下，垃圾坝的抗滑稳定系数为1.30，在正常运行遇地震及洪水工况下，抗滑稳定系数为1.15［1］。

参照文献［3］，垃圾坝在基本荷载组合情况下，抗倾覆安全系数取1.5；在暴雨情况下，抗倾覆安全系数取1.4；在地震情况下，抗倾覆安全系数取1.4。

根据文献［2］，本工程垃圾堆体边坡安全等级为一级，垃圾堆体边坡抗滑稳定安全系数：正常运用条件（天然工况）为1.35；非常运用条件Ⅰ（暴雨工况）为1.30；非常运用条件Ⅱ（地震工况）为1.15。

1.2 计算参数选取

计算参数主要包括垃圾土的容重γ、垃圾土和土工材料的抗剪强度指标φ、c′。其中垃圾土的各项参数取值与工程处理的垃圾组分及填埋工艺有密切联系，一般采用现场试验确定，如无试验条件时按工程类比方法确定。土工材料的强度指标则根据材料结合工程特点进行选取。

1.2.1 垃圾土容重γ

根据文献［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，根据图2本工程最大埋深为34 m。

根据以上计算垃圾土天然容重γ取整为14 kN／m3，垃圾土饱和容重γ取为15 kN／m3。

1.2.2 垃圾土抗剪强度指标φ、c′及垃圾土与墙背的摩擦角δ

垃圾土抗剪强度指标φ、c′值根据表1取值。

表1 垃圾抗剪强度指标参考值

本工程坝前垃圾埋深约为12 m，根据填埋工艺要求，垃圾土压实程度为中等，工程内摩擦角及粘聚力取较低值。

天然工况：内摩擦角φ取27°，黏聚力c′取3 kPa，垃圾对挡土墙墙背的摩擦角取垃圾内摩擦角27°的0.33倍（即δ＝27×0.33＝8.9°）；

暴雨工况：内摩擦角φ取26°，黏聚力c′取2 kPa，垃圾对挡土墙墙背的摩擦角取垃圾内摩擦角26°的0.33倍（δ＝26×0.33＝8.6°）。

1.2.3 土工材料界面强度指标φ、c′

土工材料界面强度指标φ、c′根据文献［2］取值。稳定分析时，复合衬垫系统中土工材料强度指标取值宜符合下列要求：库区基底坡度大于10°区域采用残余强度指标，库区基底坡度小于10°区域采用其峰值强度指标。本填埋场土工材料界面为粗糙土工膜／GCL，故库区基底坡度大于10°区域取界面强度指标为：天然工况：内摩擦角φ取9°，黏聚力c′取0 kPa；饱和工况：内摩擦角c′取8°，黏聚力c′取0 kPa；库区基底坡度小于10°区域取界面强度指标为：天然工况：内摩擦角φ取22°，黏聚力c′取0 kPa；饱和工况：内摩擦角φ取21°，黏聚力c′取0 kPa。

1.3 垃圾坝设计计算

1.3.1.垃圾坝尺寸

垃圾设计尺寸详见图1及表2。

作为临床常见宫颈病变类型,宫颈息肉一般以白带增多、接触性出血等为症状,影响患者身心健康、生活质量[2]。临床治疗中,常见的方法以手术治疗为主,但需注意大多手术方式下仅强调如何切除息肉,并未做炎症的处理,导致宫颈组织内有大量致病菌存在,这样即使在切除息肉后出现复发的可能性较高。以血管钳扭除术为例,该方式应用下尽管可将息肉清除,但手术操作创伤性较大,出血量多,炎症难以彻底根除,出现复发的可能性较高[3]。

图1 垃圾坝断面大样示意

表2 垃圾坝设计尺寸参数

1.3.2 物理参数

圬工砌体容重：23.0 kN／m3；

圬工之间摩擦系数：0.4；

地基土摩擦系数：0.4；

墙后填土内摩擦角：27°；

墙后填土粘聚力：3 kPa；

墙后填土容重：14.0 kN／m3；

墙背与墙后填土摩擦角：9°；

地基土容重：23.0 kN／m3。

1.3.3 垃圾土压力

垃圾坝的主要作用在于维持垃圾堆体的稳定，因此垃圾土压力是垃圾坝最主要的荷载。目前一般采用传递系数法分析垃圾堆体边坡稳定性，如垃圾堆体满足自身稳定要求，则选取主动土压力作为垃圾坝计算外荷载；如垃圾堆体不满足自身稳定要求，则需比较剩余下滑力与主动土压力之间的大小，如剩余下滑力小于主动土压力，则选取主动土压力作为垃圾坝计算外荷载，反之则选取剩余下滑力作为垃圾坝计算外荷载。

本项目填埋场堆体的变形破坏主要是沿土工材料界面的滑动破坏，因此计算时选取A－A剖面（图2）按以下公式计算垃圾堆体边坡的稳定性。

图2 大样示意

式中 K——为稳定系数；

Ri——为作用于第i块段的抗滑力，kN／m；

Ti——为作用于第i块段滑面上的滑动分力（kN／m），出现与滑动面方向相反；

Rn——为作用于第n块段的抗滑力，kN／m；

Tn——为作用于第n块滑动面上的滑动分力，kN／m；

ψi——为第i块段的剩余下滑力传递至第i＋1块时的传递系数（j＝i）。

在各种运用条件下，垃圾堆体稳定性均满足规范要求（如表3），因此垃圾坝稳定计算时选取主动土压力作为外荷载。

表3 各种运用条件垃圾堆体边坡稳定计算

1.3.4 抗滑稳定计算

各种运用条件下垃圾坝抗滑稳定系数均大于该条件下允许值（见表4），垃圾坝抗滑满足设计要求。

表4 各种运用条件垃圾坝抗滑稳定计算

1.3.5 抗倾覆和地基承载力计算

各种运用条件下垃圾坝抗倾覆和地基承载力均满足设计要求（见表5、6、7）。

2 结 论

（1）计算结果表明，该中小型生活垃圾填埋场垃圾坝在各种运用条件下的抗滑、抗倾覆及地基承载力均满足相应要求。

表5 正常运用条件垃圾坝稳定应力计算

表6 非常运用条件Ⅰ垃圾坝稳定应力计算

表7 非常运用条件Ⅱ垃圾坝稳定应力计算

（2）中小型垃圾填埋场垃圾坝设计过程中，土压力作为主要外荷载，如何选取是垃圾坝稳定计算的重要因素。

（3）土压力作为影响垃圾坝稳定计算的主要因素主要受垃圾土本身的物理力学性质及土工材料参数影响。因此在土压力计算过程中需要特别注意垃圾土及土工材料的参数选取，条件允许的情况应由相应的试验确定参数数值。如无实验数据可参考相关规范或同类工程进行取值。

［1］ GB 50869－2013，生活垃圾卫生填埋处理技术规范［S］.北京：中国计划出版社，2013.

［2］ CJJ 176－2012，生活垃圾卫生填埋场岩土工程技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［3］ SL 379－2007，水工挡土墙设计规范［S］.北京：中国水利水电出版社，2007.

［4］ 钱学德，施建勇.现代卫生垃圾填埋场的设计与施工（第二版）［M］.北京：中国建筑工业出版社，2011.

［5］ 丁韵.垃圾坝设计与分析［M］.大坝与安全，2013（4）：59－62.

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1003－9805（2015）02－0075－03

2014－05－27

康昭君（1983－），男，四川三台人，工程师，从事水电站环保工程与研究工作。