简易垃圾场封场堆体稳定性分析及工程治理措施

2016-08-11张岳安周勇波罗明聪唐玉芳化工部长沙设计研究院湖南长沙407长沙环境保护职业技术学院湖南长沙40004

低碳世界 2016年12期

周　屹，张岳安，周勇波，罗明聪，唐玉芳（.化工部长沙设计研究院，湖南　长沙　407；.长沙环境保护职业技术学院，湖南　长沙　40004）

周屹1，张岳安1，周勇波1，罗明聪1，唐玉芳2
（1.化工部长沙设计研究院，湖南长沙410117；2.长沙环境保护职业技术学院，湖南长沙410004）

以南方某县城简易填埋场封场综合治理工程为例，本文主要结合实测的堆体物理力学参数，模拟不同工况下堆体内渗沥液浸润线的高度，对堆体稳定性进行了全面的分析，并有针对性制定工程治理措施，消除了封场后垃圾堆体的安全隐患，可为简易填埋场的综合治理工程提供借鉴。

简易垃圾填埋场；稳定性；渗沥液；浸润线

引言

随着越来越多标准化城市生活垃圾填埋场的建成和投入使用，原有简易生活垃圾填埋场综合治理被各级环境管理部门日益重视。近年来，由政府主导对原简易垃圾填埋场封场治理工作也陆续展开，封场治理项目主要依据《生活垃圾卫生填埋场封场技术规程》（CJJ112-2007）与《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》（GB50869-2013）［1］的要求，对现有简易填埋场采取垂直防渗［2］、地下水阻隔、封场覆盖、渗沥液处置、填埋气体收集处置等常见的以环境污染治理的工程措施。

在工程设计阶段结合简易垃圾填埋场垃圾堆体物理力学参数、堆体实测渗沥液浸润线［3］的高度、填埋场地质条件等综合因素进行堆场稳定性分析往往容易忽视，从而造成设计阶段未采取有针对性治理措施，造成封场后堆体稳定性存在安全隐患。本论文以南方某简易垃圾填埋场封场治理工程为例，通过在封场治理设计阶段进行堆体稳定性计算与分析，并根据分析结论制定相应的工程措施，消除安全隐患。

1　简易垃圾填埋场环境现状及综合治理路线

1.1简易垃圾填埋场现状

南方某简易垃圾填埋场位于城市东北部，距离县城3.0km，该填埋场现已填埋垃圾 19.4×104m3，堆积平均深度为25.0m；由于该填埋场所处地理位置特殊，而且填埋场早期建设时没有做任何的防渗处理，属于典型的简易垃圾填埋场，对周边环境存在较大的污染风险，主要表现在：①现有垃圾堆放场自然落差大，无水土保持措施，存在滑坡、崩塌隐患，对下游群众生产、生活造成了安全隐患；②垃圾场周边未设置雨水截排设施，导致周边雨水冲刷垃圾堆体造成污水漫流；③缺少垃圾场填埋气体收集、导排系统，垃圾中有机物在分解过程中所产生有毒、易燃气体在垃圾堆中蓄积，造成安全隐患。

1.2综合治理路线

本项目简易垃圾场综合治理的路线主要包括：①在堆体下游垭口处新建1座垃圾拦挡坝，以稳定垃圾堆体；将分散堆存垃圾集中收集，并对简易填埋场库区进行调坡整形，以满足稳定性要求；②设置清污分流导排系统，减少垃圾渗沥液产生量，并防止水土流失；③设置渗沥液导排收集系统，新建渗沥液处理设施（定期清运外运处置方式）；④设置填埋气体导排及处理系统；⑤设置垂直防渗帷幕［4］，阻隔渗沥液对周边的污染；⑥填埋场封场层及生态恢复。

2　堆体稳定性分析

2.1分析目的

原简易垃圾填埋场封场完毕后，将成为独立的受力体系，在垃圾堆体自重作用和填埋堆体内渗沥液高水位影响下，垃圾堆体有可能沿着堆体封场坡面产生滑动，造成安全事故，因此有必要对各种工况组合下简易垃圾堆体的稳定性进行分析。垃圾堆体稳定性分析的主要目的是分析评价垃圾堆体内渗沥液水位对垃圾堆体稳定性的影响，为合理控制渗沥液水位提供依据，从而制定相应的工程措施。

2.2堆体典型断面

新建一座垃圾拦挡坝，坝体高度为5.0m，坝顶的标高为280.0m，按1：3.0的坡度，每升高5.0m，设置3.0的平台，分别为285.0m平台、290.0m平台，一直到达295.0m标高，然后按5%以上的坡度由中间坡向两侧，形成鱼背状，便于排水。

图1　简易垃圾场治理后典型断面图

2.3稳定计算方法及计算软件

参见《碾压土石坝设计规范》（SL274-2001），废渣堆体边坡抗滑稳定计算采用刚体极限平衡法，本设计采用瑞典圆弧法。对于垃圾填埋体来说，孔隙水压力运用起来比较困难，本设计采用总应力法。稳定计算软件选择：本验算采用的电算程序为HH-slope软件。

2.4封场后垃圾堆体强度参数

根据本项目工程地质勘察报告（详勘），本项目封场后的垃圾堆体共划分了三层，分布为垃圾碾压层，下覆地层为粘土层、石灰岩层。稳定分析时以灰岩作为基岩，即认为不会有岩层的滑动发生。垃圾堆体稳定分析时，典型岩土层及其强度参数分布（从上至下）如表1所示。

表1　封场垃圾堆体稳定性分析强度指标

2.5计算工况

由于简易垃圾场未采取渗沥液导排、雨污分流等工程措施，根据本项目工程地质勘察报告（详勘）所示堆体内渗沥液水位较高（堆体顶面以下8.0～9.0m），为合理评价渗沥液水位对垃圾堆体稳定性的影响，工况组合时需考虑不同渗沥液水位的影响。由于中间覆盖层（含碎石粘土）存在，垃圾场堆体内存在渗沥液主水位和局部滞层水。结合类似工程分析结果，堆体稳定性分析时需分别考虑渗沥液主水位、暴雨时期水位（局部滞水位）、EPA控制水位（美国环保局控制水位，h=0.3m），低水位（h=H/10），较低水位（h=H/3）、中间水位（h=H/2）、高水位（h=2H/3）、较高水位（h=4H/5）等几种渗沥液浸润线情况。

根据《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》（GB50869-2013）的相关要求，本项目垃圾坝属于II类建筑级别，垃圾堆体稳定性分析时各种典型工况组合及计算结果如表2所示。

表2　堆体稳定分析典型工况及抗滑稳定安全系数

2.6稳定计算结果

根据相应工况建立稳定计算模型，根据AUTOBANK软件计算结果如表2所示；本项目稳定计算简图详见图2～3。

图2　工况1-实测渗沥液水位条件计算模型

图3　工况2-模拟暴雨时期非正常水位条件计算模型

从图2～3分析结果可以看出，在实测渗沥液主水位控制条件下，简易垃圾场的稳定性能满足要求，但由于局部滞水位存在，在暴雨高水位非正常条件下（渗沥液浸润线位于堆体垃圾顶面以下4～6m）垃圾场堆体稳定性安全系数仅为0.912，小于1.15的最小安全系数，因此将产生如图3所示的滑动，从而造成堆体失稳，对下游人民的生命财产安全及生态环境保护造成严重威胁。

由此可见，随着渗沥液浸润线的抬升，垃圾堆体的稳定性逐渐减小，其减少的过程是比较明显。根据《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》（GB50869-2013）的相关要求，本项目垃圾坝属于Ⅱ类建筑级别（即正常运行条件下最小安全系数为1.20，非常运行条件下最小安全系数为1.15），当正常运行下渗沥液水位高度控制为0.75H，非常运行条件下渗沥液高度控制0.65H以内时，封场后垃圾堆体稳定性满足抗滑稳定的要求。为安全起见，在综合治理过程中，要将渗沥液浸润线高度控制条件取为h/H=0.6，相当于渗沥液浸润线应控制在垃圾场顶面0.4H以下时，封场治理后垃圾堆体的稳定性有保障。

由于目前堆体渗沥液水位较高，尤其是局部滞水位的存在使得垃圾堆体稳定性大大降低，因此本项目设计过程中应采取有效的降水导排措施降低堆体渗沥液水位，并且封场治理中要将堆体的雨污分流作为设计重点。

3　工程措施

根据稳定分析的结论，渗沥液水位（浸润线高低）无疑对填埋场的稳定有着至关重要的影响，无论是垃圾堆体的稳定性还是封场边坡的稳定性在高水位情况下，其稳定性都显著降低。为有效降低垃圾堆体中渗沥液浸润线，设计时采用“上堵下排”的设计理念，即沿垃圾堆体上游山体严格控制周边雨水进入填埋库区（“上堵”），同时对进入垃圾堆体内的雨水或者垃圾降解作用所产生的渗沥液，应及时通过渗沥液导排系统排出（“下排”），以降低渗沥液水位，增加垃圾堆体的稳定性。

因此在封场之前需要采取切实有效的导排措施降低垃圾堆体的渗沥液水位，以确保封场工程后堆体的安全稳定。本项目综合考虑了垃圾堆体在封场治理过程中的可能出现的情况，设计了两种综合导排方案：重力导排方案及主动抽排方案。

3.1主动抽排

主动抽排的方案主要利用本次新建填埋气体竖向收集井的，通过在降水井内安装临时性潜水泵，将垃圾堆体内的渗沥液抽排至调节池，降低浸润线，并外运处置达标后排放。

3.2重力导排

为了重新有效收集垃圾堆体内渗沥液，减少渗沥液在原场地内的蓄积与停留，降低渗沥液的下渗与向外环境的扩散，将渗沥液有效的导排至渗沥液调节池，本项目沿库底及边坡增设了渗沥液导排设施，导排设施主由渗沥液导流层与渗沥液导排盲沟组成。最终通过HDPE花管将堆体内下渗的渗沥液导入调节池，统一收集处置达标后排放。

3.3其他措施

根据《生活垃圾卫生填埋场封场技术规程》（CJJ112-2007）相关要求，对本简易垃圾场还进行了气体收集与处置、垂直防渗结构、封场覆盖系统、渗沥液处置等关的环保治理设计，最终达到封场治理的效果。