液气阻滞作用下填埋场局部滑移案例分析

张俊文

（广州市城市管理技术研究中心，广州 510170）

我国城市生活垃圾的处理方式主要分为卫生填埋、焚烧、堆肥和生化处理等[1-3]。填埋场具有容量大、成本低、土地利用率高和管理方便等特点，被广泛应用于生活垃圾处理中。据统计，2020年底全国城市生活垃圾卫生填埋场有644座，全年填埋处理量为7 771.5万t，占生活垃圾无害化处理总量的33%。根据国家发展和改革委员会等部门联合印发的《城镇生活垃圾分类和处理设施补短板强弱项实施方案》，原则上地级以上城市以及具备焚烧处理能力的县（市、区），不再新建原生生活垃圾填埋场，使得现有生活垃圾填埋场的库容更加稀缺，更加宝贵。大部分城市垃圾填埋处理仍在挖潜运行多年的老填埋场，导致垃圾堆体逐渐增高、稳定问题逐渐凸现。一些填埋场甚至出现堆体开裂、位移、失稳等问题，对填埋场乃至城市的安全运行造成潜在威胁。

多年来，诸多学者对填埋场堆体稳定问题进行了研究，取得了显著的成果。人们认为，填埋场堆体稳定与堆体水位、气压，填埋物性质，分层覆盖物，填埋高度、龄期、作业方式以及雨水下渗等有关[4-11]。《生活垃圾卫生填埋场岩土工程技术规范》（CJJ 176—2012）[12]提出了与填埋场稳定相关的堆体水位、气压和边坡稳定等技术和运营要求。目前，填埋场堆体稳定性的研究较少涉及液气阻滞作用下的堆体失稳现象。因此，本文以广州市兴丰生活垃圾卫生填埋场堆体边坡滑移为例，在边坡滑移区域钻孔埋设孔压传感器（分层）、气压管和测斜管等，通过监测系统掌握堆体的深层水平位移、液气压力与分布，分析填埋场堆体的液气阻滞程度和滑移机理，为大型填埋场的现场稳定监测和分析提供经验参考。

1 材料与方法

1.1 案例介绍

兴丰生活垃圾卫生填埋场占地总面积为92万m2，其为典型的山谷型填埋场。填埋堆体呈西北高东南低的走势。2016年12月至2017年12月，为了实时衔接广州市生活垃圾处理工作和排除兴丰生活垃圾卫生填埋场堆体滑移风险，对兴丰生活垃圾卫生填埋场实施应急降水除险与扩容工程。案例发生在项目实施末期，即2017年11月，南部大坝北侧堆体发生局部滑移。出现问题后，及时调整填埋作业区域并采取措施，稳定和控制了堆体表层位移。

1.2 现场测试方案

该填埋场南部大坝北侧堆体边坡滑移区域的剖面图如图1所示。根据填埋时间的不同，边坡垃圾可大致分为三层，底层（SW1）于2013年12月至2015年12月填埋，最大厚度介于35～40 m；SW2层则于2016年4月至2017年4月填埋，边坡和坡顶区域的厚度分别约为20 m和10 m；SW3层从2017年4月填埋至11月发生滑移事件之前，在坡顶区域加高10 m。滑移前坡顶高程为+158 m左右。

图1 滑移区域剖面图

钻孔监测点的平面布置如图2所示。在滑移区域的+135 m和+145 m两个平台上共布置7个测点，每个测点施工2个钻孔，分别埋设孔压传感器（分层）和气压管。在主剖面的BH1-2和BH2-2点各增加一个深层水平位移监测点，埋设测斜管。同一测点的不同钻孔相距50～70 cm，避免施工时的相互影响。

图2 ERT测线及钻孔平面布置

在滑移区域的+135 m和+145 m平台中部布置两条高密度电阻率法（ERT）测线，长度均为160 m，如图2所示。电极间距为2 m，共有80个电极；电极采用温纳排列形式，即供电电极与测量电极等距排列；测量电极位于供电电极中间。采用GeopenE60DN仪器进行现场测试，获得视电阻率数据后，采用Res2dinv软件反演获得真实的剖面电阻率分布。

2 结果与讨论

2.1 深层水平位移

BH1-2和BH2-2监测点深层水平位移监测数据显示，堆体深度大于20 m的区域几乎没有发生位移。10～20 m的深度范围内有明显的水平位移，堆体在此区域发生转折。根据转折区域和张拉裂缝的位置，可以大致推测实际的滑移面，如图3所示。

图3 推测滑移面示意图

2.2 液气压力

+135 m平台的液气压力监测结果显示，在10～15 m深度范围内，不同钻孔测得的孔隙水压力随深度变化的梯度与静水压力线接近；深度15 m以下，BH1-2和BH1-3监测点测量的气压值介于180～220 kPa，孔隙水压力的梯度大于静水压力线，表明填埋气在堆体中下部积聚形成高气压，液气阻滞程度较高。+145 m平台的孔压监测结果显示，在10～20 m深度范围内，BH2-2监测点孔隙水压力的梯度与静水压力线接近；在深度20 m以下，孔隙水压力的梯度大于静水压力线。相比之下，BH2-1和BH2-3监测点孔隙水压力的梯度并未随深度发生明显的变化。此外，+145 m平台各监测点的不同深度处均未测到明显的高气压，表明在+145 m平台上渗滤液分布在堆体中下部是不连续的，但液气阻滞程度明显低于+135 m平台。

2.3 液气分布

+135 m平台的垃圾堆体电阻率监测结果表明，在0～25 m深度范围内，垃圾的电阻率主要分布范围为1.5～7.5 Ω·m，深度5 m以内为高阻区（大于4.0 Ω·m），表明该区域垃圾含水率较低，其为低含水量区域；深度5～17 m范围内出现大面积的低阻区（1.5～4.0 Ω·m），表明此区域垃圾的含水率较高，其为高含水量区域；深度17 m以下出现一个高阻区，表明垃圾含水量较低并发生填埋气的积聚。

本研究中，ERT测试深度只有25 m，而+145 m平台的堆体厚度为30～40 m，所以无法测量堆体底部垃圾的电阻率。在测量范围内，电阻率分布并未表现出明显的分层，同时SW2层出现明显的低阻区，即高含水量区域。

2.4 液气阻滞程度分析

+135 m平台堆体深度17 m以下由液气压力推测的填埋气积聚区与ERT测试得到的低含水量区相吻合，表明高气压的位置合理。+135 m平台堆体中部存在大面积的高含水量区域，而底层存在低含水量区域，因此形成液难向下、气难向上的液气阻滞，进而在底部积聚成高气压。这表明+135 m堆体内的液气阻滞程度比较严重。相比之下，+145 m平台垃圾堆体中存在连通的低含水量区域，表明垃圾堆体可能存在从底部到表面的优势通道，减弱了堆体内的液气阻滞程度。

2.5 滑移原因分析

+135 m平台局部高气压与2017年11月发生的局部滑移的滑移面比较接近，说明液气阻滞形成的高气压极有可能是导致堆体滑移的主要原因。为进一步验证，采用GeoStudio软件对滑移区域的中心剖面进行稳定分析，研究高气压对滑移面的影响，如图4所示。

图4 稳定分析结果

工况一考虑高气压，堆体安全系数为1.019。软件生成的滑移面与实际滑移面非常接近，堆体接近临界状态，非常容易发生滑移。工况二不考虑高气压，堆体安全系数为1.151。上述分析表明，在堆体存在液气阻滞的条件下，液气积聚形成的高气压是导致堆体滑移的主要原因。

3 结论

本文首先对垃圾堆体进行深层水平位移监测，然后对其进行液气压力和分布测试，最后对滑移区域的中心剖面进行稳定分析。经监测，垃圾堆体10～20 m的深度范围内有明显的水平位移，可推测出实际的滑移面位置。+135 m平台堆体深度5～17 m范围内存在大面积低阻区（高含水量区），17 m深度以下出现高阻区（低含水量区）并存在180～220 kPa高气压，液气阻滞程度较高；而在+145 m平台堆体中未测到明显的高气压，SW2层中存在连通的低含水量区域，垃圾堆体存在从底部到表面的优势通道，减弱了堆体内的液气阻滞程度。考虑高气压的工况下，模拟的滑移面与实际的滑移面接近，说明液气阻滞形成的高气压是导致堆体滑移的主要原因，应作为消除堆体滑移而采取措施的方向之一。