山区垃圾卫生填埋场中的土石坝的结构设计

杨宝春

摘 要：随着生态文明建设的不断推进，强化垃圾卫生处理成为环境保护工作的重要内容，也是新时期提高垃圾卫生处理能力的有力保障。山区垃圾卫生处理，多以填埋的方式进行，这就对填埋场的土坝结构设计有一定要求，以满足垃圾卫生处理的实际需求。本文重点对碾压式土石坝应用在山区垃圾卫生填埋场中的特点进行了总结，阐述了山区垃圾卫生填埋场的土石坝设计、计算、施工所需考虑的内容及若干注意事项。

关键词：碾压式土石坝 卫生填埋场 结构设计

中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（a）-0063-02

随着现代社会的不断发展，垃圾处理技术的升级是构建良好环境保护的有力保障。当前，垃圾处理的方法多样化，其中卫生填埋技术最为常见，适合于多山城市。选择谷地填埋可以减少对环境的危害、充分利用有限的土地资源，并减少占用耕地，对节约土地成本有十分重要的意义。由于工程本身的需要，在垃圾卫生填埋处理中需设置坝体。基于不同的材料，坝体可以分为浆砌石坝、碾压式土石坝、混凝土坝。

在以上几种坝形中，碾压式土石坝在山谷地填埋的垃圾卫生填埋场中得到了广泛应用。主要有以下原因：（1）可以就地、就近取材，充分利用已有的清库的土石方来进行筑坝，不仅来材方便，而且能节约大量的运输成本。（2）由于山区多为岩层，土质条件较好，只需简单清除坝底下的覆土层，就可见到岩层，这是很好的坝体持力层。（3）施工方便、简单。在施工过程中，只需取土、转运和碾压，且施工质量能够得到有效的保证。（4）费用较低。土石碾压坝由于就地取材，材料运输及人工成本大为降低，虽然体积较大，但实际成本远比块石坝和钢筋混凝土坝低。

在实际施工过程中，土石坝设计施工有着严格的行业标准，应严格执行水工行业的标准规范。从实际而言，不同的坝体，在设计上存在较大差异。对于填埋场而言，其对防渗标准有着严格的标准，因此在施工的过程中，难以实现防渗系数≤10-7cm/s的实际要求。为此，在填埋场的设计当中，防渗标准采用水平防渗的方法执行。水平防渗层将垃圾渗滤液与坝体隔开，而且填埋场中往往设有良好的地下水导排系统，坝体在计算中可不考虑渗流的作用。

1 设计

在设计的过程中，涉及的内容较多，一般包括坝体结构、建筑材料及坝基选择等。具体而言，设计中应切实做好以下几点工作。

1.1 材料选择

在材料的选择中，一是要严格依照技术及工艺标准要求，选择符合标准及质量要求的建材；二是在材料确定之前，要进行前期的土工试验，并进行石料的调查工作。

由于坝体的特殊性，这就要求材料夯实之后，应具有抗风化能力，并且强度大，能够在长时间内保持良好的稳定性。理论上，几乎所有的土石料都可以作为坝体材料。但是，仍有一些土石料不适宜作为坝体材料：（1）在我国南方，红土状土分布广泛，氮气天然含水量过高、粘粒较大，进而土体的压实性较大，不适宜作为坝体材料。（2）在我国西南地区，湿陷性黄土有所分布，但该类土体在受力浸湿之后，极易发生土体结构变化，进而出现软化等现象，难以实现有效压实，故不适宜作为坝体材料。

土石料填筑标准一般由压实度控制。最大干容重和最佳含水量由实验室得出。填埋场中的土石坝基本上属于低坝，压实度控制在0.93～0.96。

1.2 坝体结构

1.2.1 坝体高度

坝体高度的确定，需要依据填埋场的填埋库容所定。当然，在实际当中，不是库容越大，坝体越高越好。而是需要依据实际情况，做到壩体高度科学合理。需要说明的是，在某些特定情况之下，坝体高度对应着一定的库容。最大库容确定坝高之后，若坝体增高，则填埋场的库容反而会出现一定下降。因此，就实际而言，低坝的高度一般是在30m之下。

1.2.2 坝坡

坝坡的确定，一是要依据实践经验；二是要基于初步情况，拟定坡度，进而在稳定计算之后，科学确定坝坡。从实际而言，土石坝的坝坡一般在1∶2。上下游可采用同样的坝坡。对于填埋场内的其他临时性土坝，其坡度可以适当增加，陡一些。

坝坡隔7～10m高需设置一条马道，宽度不小于2m。填埋场内边坡每隔一定高度根据需要设置土工膜锚固平台，可与坝上马道协调设置。

在坝面防护方式的构建中，应基于土石坝的坝面情况、实际用途进行确定。在填埋垃圾的一侧，坝面覆盖有防渗层，因此防护仅可采取压实的方式进行土层防护；对于填埋场内的一些长期暴露的坝面，所采用的防护措施则以植被防护及块石防护为主，主要是为了防止暴露坝体出现土料流失的情况，进而影响坝体结构的稳定性。

1.2.3 坝顶构造

通常情况，填埋场土石坝需要用作运输等用途。因此，坝顶结构的设计需要考虑其用途，并且能够满足机械作业施工等的要求。坝顶在结构设计中，其宽度应适宜，应在4m以上。

在坝顶结构的防护中，其防护面的材料选择比较讲究，应选择柔性材料为宜。这是因为，在坝体施工中，只能进行部分施工作业，若采用刚性材料，则会导致路面难以与坝体变形形成一致，而造成路面开裂等情况的发生，影响路面的使用寿命。因此，采用柔性材料，如沥青碎石等，可以有效适应坝体的变形，并且能够防止雨水冲蚀，具有良好的应用效果。

1.3 坝基选择

坝基的选择可以基于实际情况而定，可以选择在土基之上，也可以在岩基之上。相比于其他土石坝，填埋场的土石坝的一些指标要求较低，在基地的变形要求、强度等方面，标准要求相对会降低。但是，在实际施工设计中，冲击土层或填土层一般不能作为地基持力层。从实践而言，土石坝在竣工之后，其坝体的下降程度应符合一定标准。一般情况下，坝体下降幅度应≤坝体高度的1%，方可视为正常程度下沉。

1.4 土石坝与岸坡的连接

岸坡开挖要去掉表土、浮石，并将表层土压实。对于失水很快分化变质的软岩石，开挖时预留保护层，填筑时，边开挖，边回填，也可开挖后喷浆防护。若与岸坡的连接处处理不好，地面径流会渗下，影响坝体稳定。同时，土石坝面与岸坡形成自然沟渠，为防止此处冲刷，应设置排水沟。endprint

2 计算

大部分垃圾卫生填埋场均设有通畅的地下水导排系统，故坝的计算中不必考虑渗流的计算和渗透稳定计算，可仅进行坝的稳定和变形计算。但坝基中的稳定地下水位对其稳定与变形的影响则应予以考虑。

2.1 稳定计算须注意的问题

在进行稳定性计算中，主要包括4个方面的稳定计算。如坝体稳定计算、施工前期稳定计算等，都是稳定计算的主要内容，强调稳定计算科学合理，确保设计的有效性。

2.1.1 施工期的稳定计算、坝体稳定计算、堆体稳定计算

在对上述3种稳定的计算过程中，基于计算所需，一般采用条分法，且滑动面应為圆弧滑动面。常规的计算步骤已知坡高、土的工程性质和抗剪参数，由于通常采用工程措施将整个场区位于地下水位以上，因此可采用总应力法分析。剪切指标采用不排水剪和固结不排水剪总强度指标。

垃圾堆体内部发生圆弧滑动，其抗剪强度参数的选择要十分小心，垃圾废弃物的内部的内摩擦角通常很高，但变化幅度极大。土工膜在稳定验算中的作用可不考虑。

2.1.2 坝面防渗材料的稳定

坝面防渗材料一般选用HDPE膜。为了增加防渗膜的抗滑稳定，可选用单糙面的，而且毛面贴着坝体。在很多情况之下，基于土工膜的保护需求，需要在其上面覆盖粘土，进而起到良好的保护效果。当然，在特殊天气季节，如春季、雨季时期，由于粘土处于松动，易于滑动，这时的土工膜可能遭到破坏，影响结构的稳定性。为此，在实际当中，可以基于垃圾屯放高度的升高，及时对粘土采取防护措施，确保坝面的稳定性。

2.2 变形计算须注意的问题

变形计算可根据侧限压缩仪测得e-p曲线，采用分层总和法进行计算。地基土试样采用原状土，坝体试样采用筑坝土料，在设计含水量下击实至设计压实系数。

坝基变形、坝体变形是土石坝变形的主要表现形式。一般情况下，若土石坝以页岩作为坝基，坝基出现的变形可以忽略不计；若土石坝以粘土作为坝基，则在施工后期，所发生的沉降程度会随之增加。当然，土石坝的高度一般适中，且压实有着严格的标准规范，对于坝体自身的沉降可以忽略不计。

3 结语

综上所述，在土石坝的结构设计中，由于该结构施工可以实现就地取材，并且具有良好的适应性，在经济、技术等的综合评价之下，土石坝在山区垃圾处理中得到了较为广泛的应用。在实际的设计施工过程中，为了确保质量及安全，需要严格依照水工行业的规范及标准。而垃圾处理厂的土石坝与水工存在较大的差异性，这就在标准的实际执行中，标准规范会进行适当的放宽，以确保填埋场土石坝的设计施工。

参考文献

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[2] 熊伟.生活垃圾卫生填埋场封场设计分析[J].建筑工程技术与设计，2015（2）.

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