中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 广东科诺勘测工程有限公司
摘要：本文就从环境岩土工程的角度，就岩土工程三大问题（稳定、变形和渗流）作了分析，计算结果表明该设计方案工程稳定性满足规范要求、渗透变形和渗流量得到有效控制、不均匀沉降不会对基底防渗材料产生破坏。
关键词：岩土分析；填埋场设计；边坡稳定；渗透变形
1、工程概况
1.1概述
某城市垃圾填埋场选址处于某河流，由北向东转弯处，距该河流主江堤西南侧约1km，周围500m范围内均为一般农田。该工程以一条老河流大堤为界，其东西两侧分别布置填埋库区与生产生活管理区，东侧布置垃圾填埋库区；西侧布置生产生活管理区，生活管理区与生产管理区通过道路与绿化带分隔。
该老河流大堤由南至北横穿场区，大堤顶面标高约6.0m，东侧场地现状标高约2.40m，地势较为平坦；西侧现状地面标高约为2.20m，场区范围内多为鱼塘。
场址区域属该市防洪分区北4片区，只有七干河是直排河道，场区附近其它河道属圩区内支流，不能直排入该河流。七干河百年一遇最高洪水位为4.57m。填埋库区占地面积约13.7×104㎡，总库容约218.5×104m3。库区四周设置环场的围堤道路，围堤道路与进场区相贯通，构成垃圾运输车辆进出填埋库区的主干道。
整个垃圾填埋库区接近于矩形，东西间距约300m，南北跨距约450m；西侧以老河堤为边线，东侧以距某公司西侧围墙500m位置为控制边线，南侧距市域边界线约80m，北侧距一东西向小河约50m为控制库边线。库区中部布置中间分隔坝将库区分南北两个阶段，南侧为阶段1库区，北侧为阶段2库区。各阶段库区细分为2个大单元，各单元设置独立的渗沥液收集与导排系统、地下水收集与导排系统以利于雨污分流。
1.2计算参数
浅层潜水位埋深0.82~1.35m，受降水及地表排水影响水位有所变化，升降幅度在1.00m左右，雨季时接近地表。基坑抗浮水位设计标高为2.0m。基坑开挖范围内各土层特性如图1。
图1各土层渗透系数
2、岩土工程问题分析
2.1基坑开挖边坡稳定性
在基坑开挖前先进行垂直防渗帷幕施工，以后边施工围堤边开挖基坑。最不利工况为围堤和基坑分布填筑和开挖至设计标高，计算中考虑施工开挖降水因素，土体强度计算参数采用固结不排水剪参数，计算采用理正岩土工程软件。
图2基坑开挖边坡稳定分析
根据SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》及GB50286-98《提防工程设计规范》，工程围堤拟定为四级水工建筑物，相应的抗滑稳定安全系数要求正常运行和非正常运行条件下，分别为1.15和1.05。
圆弧滑动面及安全系数如图2，基坑边坡最小安全系数ks=1.16，大于设计规范的要求（ks=1.15）。因此，基坑边坡稳定性是可控的，也是安全的。
2.2库底土层的抗渗透变形能力
根据GB50286-98《提防工程设计规范》，堤身及堤基的抗渗透变形允许水力坡降安全系数宜取1.5~2.0。设计方案的库底座落于第④层粉土夹粉质粘土上，该层土的渗透变形的形式为流土。基坑开挖最深处的渗透水体为6.5m，设置12.5m长的垂直防渗帷幕阻隔第④层和第⑤层土后最小渗径为35m，因此：
最大水力梯度i=△h/L=0.186
临界水力梯度icr=（GS－1）（1－n）=0.85
k=icr/i=4.6＞[kt]=2.0，满足规范要求。
2.3地下水渗流量的控制
作为地下水控制系统设计的一部分，本设计采用二维有限元模型，对工程场地，包括防渗帷幕、拟建的基底开挖和实际场地土层进行了分析，计算剖面和参数均按保守原则取值。
设计该防渗帷幕渗透率能满足或低于1×10－6㎝/s，有限元分析表明防渗帷幕对有限厚度土层中的侧向水流起到有效的阻隔作用并延长了渗径。
库底开挖中保留了第④层粉土夹粉质粘土大于2m的厚度，但下部的高渗透性土层为地下水的横向流动提供了一个良好的通道，它们可能在上部水位降低时通过该层粉土夹粉质粘土朝上渗流。由于该层土的渗透系数为10－5量级，而其下各层土的渗透系数一般为10－4量级，因而保留一定厚度的该层土将大大降低成层土的平均渗透系数。
2.4基底的沉降对水平防渗系统的影响分析
一是由于不同部位因填埋厚度的不同会导致沉降差异，该不均匀沉降可能使原设计的基底防渗系统坡度产生变化影响正常的功能。如坡度逆转，会造成局部地区渗沥液无法顺利沿导排系统排出。
第二是由于沉降差异导致的局部防渗膜被拉伸，需要检查防渗膜在这种情况下是否发生拉伸破坏而导致防渗系统的损坏。
针对上述问题，使用有限元分析开挖和填埋作业时作用于地基的应力变化，再计算沉降变化，以确保场地的设计坡度。
计算结果表明，由于垃圾体的压缩性很高，垃圾体的自身沉降很大，库底中心地基的沉降较大达到1.5m，库底边缘地基的沉降相对较小仅有0.8m，围堤外侧地基甚至出现隆起现象。如前所述，场地沉降虽然大，但不均匀沉降才是主要需要考虑的问题。
虽然填埋场各点的沉降不同导致有不均匀沉降，但是在多数地段不均匀沉降并不是突然改变，而将是逐渐、连续性的。填埋场边缘边坡从顶部到底部逐渐性变化的沉降，反应了基底的不均匀沉降的连续变化，计算结果表明，基底的最大不均匀沉降为0.7%，小于设计坡度2%，最终沉降后的基底坡度仍为正坡。此表明沉降后仍会达到渗沥液导排的最低要求坡度。
3、结论及建议
本文从岩土工程中常见的稳定、变形和渗流等问题为切入点，就本项目垃圾填埋场方案进行了计算分析，计算结果表明该垃圾填埋场的设计方案工程稳定性满足规范要求、渗透变形和渗流量得到有效控制、不均匀沉降不会对基底防渗材料产生破坏，不会影响填埋场的安全稳定和正常运行。
参考文献：
[1]姚有朝.环境岩土分析在填埋场设计中的运用[J].低温建筑技术，2010.
[2]GB50286-98《提防工程设计规范》.
[3]SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》.
[4]王艳明.现代垃圾填埋技术设计理念及其工程运用[J].环境工程，2015.
论文作者:刘伟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期
论文发表时间:2018/5/25
标签：基坑论文; 库区论文; 基底论文; 防渗论文; 坡度论文; 标高论文; 土层论文; 《基层建设》2018年第7期论文;