導讀:：在垃圾衛(wèi)生填埋場遇到自重或非自重濕陷性黃土場地時，根據(jù)規(guī)范要求必須對填埋場地基進行處理。當采用壩型為碾壓式均質(zhì)土壩時，經(jīng)計算攔水壩的穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.20，不能滿足設計要求。本工程采用土工格柵作為攔水壩加筋補強的措施，加筋后的攔水壩穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.54，滿足設計要求。

關(guān)鍵詞：土工格柵，濕陷性黃土，地基處理，垃圾填埋場，穩(wěn)定性

1 引言

隨著人們對環(huán)境保護要求的提高，生活垃圾處理設施場址面臨越來越大的困難，垃圾填埋場場址的選擇明顯受到土地資源因素制約。在具備衛(wèi)生填埋場地資源和自然條件適宜的城市，衛(wèi)生填埋是垃圾處理的基本方案;也是現(xiàn)階段我國垃圾處理的主要方式[1]。涇陽縣垃圾處理填埋場位于陜西省咸陽市涇陽縣西南的橋底鎮(zhèn)官苗溝，距縣城23km?？h城日產(chǎn)生活垃圾140余噸，填埋場總庫容100萬m3，庫區(qū)占地面積3.84萬m2，設計使用年限約15年，屬于Ⅳ類Ⅳ級垃圾填埋工程。

根據(jù)《生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)規(guī)范》(CJJ17-2004)6.0.6條，填埋庫區(qū)地基應是具有承載填埋體負荷的自然土層或經(jīng)過地基處理的平穩(wěn)層，不應因填埋垃圾的沉降而使基層失穩(wěn)[2]。由巖土工程勘察報告得知，涇陽垃圾填埋場地基為自重或非自重濕陷性黃土，根據(jù)規(guī)范要求必須對填埋場地基進行處理。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 場地巖土條件

2.1.1場地位置、地形地貌

涇陽垃圾填埋場位于涇陽縣橋底鎮(zhèn)官苗村，位于S107省道旁。為北-南走向的沖溝，呈北高南底之勢，另有部分溝壑，地勢坡度較陡，S107省道從溝口通過，交通較為便利。

地貌單元屬黃土臺塬溝壑地貌，為一典型黃土沖溝。該溝斷面形態(tài)呈“U”型，近南北走向，切割深度約30m。場地地形變化較大，勘探點地面標高介于466.88m～513.40m之間。

2.1.2地質(zhì)構(gòu)造

涇陽縣位于關(guān)中平原中部，涇河下游，系涇、渭河及其支流共同作用形成的堆積平原。填埋庫區(qū)東西兩側(cè)高，中間低，地貌類型為黃土臺塬，是典型的黃土高原溝壑區(qū)。沖溝縱橫交錯、塬面支離破碎，呈現(xiàn)出較強的谷間地地貌。溝谷下切力強，一般河谷狹窄，河谷比降大。場址周圍黃土裸露，結(jié)構(gòu)較好。地層特點是黃土層厚，易蓄水保墑，但由于植被覆蓋率低，大雨之后水土流失嚴重，生態(tài)平衡易受破壞。

2.1.3地層結(jié)構(gòu)

根據(jù)外業(yè)鉆探、井探及室內(nèi)土工試驗結(jié)果報告，在40.00m勘探深度范圍內(nèi)環(huán)境保護，場地土主要由耕土、填土、黃土、古土壤組成，現(xiàn)自上而下分述：

(1)耕土①(Q4pd)黃褐色，耕作層，以粘性土為主，含植物根系，分布在溝上及溝底地表。層厚0.40～0.50m，層底標高472.62～513.00m。

素填土①-1(Q4ml)褐黃色，稍濕，可塑～堅硬，為人工堆積層，以粘性土為主，含植物根系，少量磚瓦碎片，蝸牛殼，土質(zhì)不均勻。主要分布于溝頂已有壩及揚水渠附近。層厚1.00～19.40m，層底標高465.68～494.12m。

(2)黃土②(Q3eol)褐黃色，以堅硬為主，個別可塑或硬塑。具大孔、蟲孔，含蝸牛殼。具濕陷性，層位穩(wěn)定，分布于溝谷兩側(cè)與塬頂部。層厚3.00～17.80m，層底埋深4.00～26.00m，層底標高455.88～496.90m。

(3)黃土③(Q2eol)：褐黃色，以硬塑為主。個別堅硬或可塑。具針孔、蟲孔，含零星鈣質(zhì)條紋環(huán)境保護，蝸牛殼碎片，鈣質(zhì)結(jié)核。土質(zhì)均勻，層位穩(wěn)定。該層在深度40.00m范圍內(nèi)未穿透，最大揭露厚度31.60m。

2.1.4地下水

擬建場地地下水屬潛水類型，勘察期間屬較高水位期，溝底鉆孔中地下水穩(wěn)定水位埋深33.30m，標高443.05m。

場地地下水主要接受大氣降水和地表水滲入等補給，排泄方式以逕流排泄、人工開采和蒸發(fā)消耗為主。

根據(jù)區(qū)域資料，場地地下水位年平均變化幅度為1.0～2.0m。

2.2 地基土的工程特性

2.2.1地基土的物理力學性質(zhì)

(1)地基土的一般物理力學性質(zhì)

采取不擾動土試樣進行了地基土的常規(guī)物理力學性質(zhì)試驗，分層統(tǒng)計結(jié)果詳見表1。

(2)強度試驗指標

為獲取有關(guān)土的抗剪性能，進行了固結(jié)快剪試驗，分層統(tǒng)計結(jié)果詳見表1。

2.2.2 地基土的壓縮性

根據(jù)土工試驗成果報告，經(jīng)分析統(tǒng)計，各層粘性土的壓縮系數(shù)見表1。

2.2.3場地土的滲透性

根據(jù)已有工程經(jīng)驗及在場地附近測試數(shù)據(jù)，黃土滲透系數(shù)取4m/d。

2.2.4濕陷性評價

從表1可以看出，場地內(nèi)分布的黃土②及其以上各層均具濕陷性提綱格式。

按《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB50025-2004)，自天然地面算起，累計至其下所有濕陷性黃土層的頂面止，計算得自重濕陷量的計算值為18～225mm，溝底及溝口為非自重濕陷性黃土場地，溝壁兩側(cè)黃土臺塬上為自重濕陷性黃土場地。

自天然地面下1.50m起算，累計至其下所有濕陷性土層頂面止，計算得濕陷量的計算值為62～922mm，溝底及溝口地基濕陷等級為Ⅰ～Ⅱ級;溝壁兩側(cè)黃土臺塬上地基濕陷等級為Ⅲ級。

2.2.5地基承載力特征值

根據(jù)土工試驗成果報告，結(jié)合附近場地已有的資料環(huán)境保護，綜合確定各主要土層的地基承載力特征值fak為：②黃土：160kPa;③黃土： 190kPa 。

表1 物理力學性質(zhì)指標統(tǒng)計表

層 號	巖 土 名 稱		含 水 率 W %	比 重 Gs -	重 度 r kN /m3	干 重 度 rd kN /m3	孔 隙 比 e0 -	飽 和 度 Sr %	液 限 wL %	塑 限 wP %	塑性 指數(shù) IP -	液性 指數(shù) IL -	含 水 比 aw -	液 塑 比 Ir -	液 隙 比 wL/e -	剪切實驗 cq		壓縮試驗 天然		濕陷 系數(shù) δs -	自重 濕陷 系數(shù) δzs -	濕陷起始壓力 Psh kPa
																C kPa	Φ 度	a1-2 MPa-1	Es MPa
1-1	素填土	最小值 ～ 最大值	8.9 ～ 22.6	2.71 ～ 2.71	13.9 ～ 19.1	12.8 ～ 16.1	0.653 ～ 1.078	22 ～ 85	26.3 ～ 30.5	16.1 ～ 17.9	10.2 ～12.6	<0 ～0.46	0.31 ～ 0.78	1.63 ～ 1.70	26.43 ～ 43.19		19.3 ～25.6	0.07 ～1.03	1.96 ～24.08	0.000 ～ 0.095	0.001 ～ 0.036	78 ～126
		數(shù)據(jù)個數(shù)	16	16	16	16	16	16	16	16	16	16	16	16	16	1	2	16	16	16	7	3
		平均值	17.3	2.71	16.9	14.4	0.853	56	28.5	17.1	11.5	0.01	0.60	1.67	34.44	21	22.5	0.48	6.40	0.032	0.009	98
		標準差	4.2	0.00	1.4	1.2	0.149	15	1.2	0.5	0.7	0.35	0.14	0.02	6.06			0.30	5.67	0.027	0.013
		變異系數(shù)	0.24	0.00	0.09	0.08	0.17	0.27	0.04	0.03	0.06	31.80	0.23	0.01	0.18			0.63	0.89	0.85	1.40
		標準值																0.62	3.9
2	黃土	最小值 ～ 最大值	4.7 ～22.7	2.71 ～ 2.73	13.4 ～ 19.9	11.9 ～ 17.5	0.514 ～ 1.221	18 ～ 71	26.0 ～ 37.9	15.9 ～ 21.2	10.1 ～ 16.7	<0 ～0.52	0.17 ～ 0.81	1.63 ～ 1.79	23.09 ～ 56.82	15 ～ 48	17.7 ～31.3	0.07 ～ 0.93	2.11 ～24.00	0.001 ～ 0.120	0.001 ～ 0.076	29 ～200
		數(shù)據(jù)個數(shù)	124	124	124	124	124	124	124	124	124	124	124	124	124	28	28	124	124	123	87	70
		平均值	13.4	2.71	16.5	14.5	0.838	44	27.7	16.7	11.0	<0	0.49	1.66	33.70	35	25.3	0.24	9.88	0.043	0.014	109
		標準差	3.6	0.00	1.1	0.9	0.115	13	1.6	0.7	0.9	0.33	0.13	0.02	5.02	9	3.6	0.15	4.58	0.028	0.014	42
		變異系數(shù)	0.27	0.00	0.07	0.06	0.14	0.29	0.06	0.04	0.08	<0	0.27	0.01	0.15	0.26	0.14	0.60	0.46	0.65	1.01	0.39
		標準值														32.1	24.1	0.26	9.2
3	黃土	最小值 ～ 最大值	8.3～23.4	2.71～2.71	16.3～19.6	13.4～16.8	0.581～0.982	35～89	25.9～30.4	15.9～17.9	10.0～12.5	<0～0.57	0.31～0.83	1.63～1.70	29.74～48.78	41 ～ 42		0.08～0.92	1.91～21.53	0.000～0.011	0.001～0.014
		數(shù)據(jù)個數(shù)	87	87	87	87	87	87	87	87	87	87	87	87	87	2	1	87	87	72	68	1
		平均值	16.6	2.71	18.3	15.7	0.694	65	27.3	16.5	10.8	0.01	0.61	1.65	39.62	42	23.6	0.17	12.62	0.006	0.005	178
		標準差	3.0	0.00	0.7	0.6	0.067	11	1.1	0.5	0.6	0.28	0.11	0.02	3.55			0.11	4.82	0.005	0.004
		變異系數(shù)	0.18	0.00	0.04	0.04	0.10	0.17	0.04	0.03	0.06	30.56	0.18	0.01	0.09			0.68	0.38	0.77	0.75
		標準值																0.19	11.7

3 填埋場地基處理分析

3.1 垃圾填埋庫區(qū)地基處理方案

由巖土工程勘察報告及表1可知，垃圾填埋庫區(qū)的濕陷性從溝底到溝壁塬上，由非自重逐漸漸變自重，地基濕陷等級Ⅱ～Ⅲ級，為了提高地基承載力，消除地基部分濕陷量，減小差異變形對防滲膜的不利影響，大幅降低滲瀝液的滲漏污染，在將庫區(qū)內(nèi)的耕土、填土、坡積、洪積黃土狀土全部清除后，在庫區(qū)溝底及溝壁采用換填墊層法進行地基處理，換填材料采用壓(密)實黃土或灰土，處理厚度不應小于0.60m。

3.2 壩基處理方案

3.2.1 攔水壩壩基處理方案

擬建攔水壩壩址屬自重濕陷性黃土場地，地基的濕陷等級為Ⅲ級。

根據(jù)《GB50025-2004》規(guī)范第5.1.1條和第6.1.5條之規(guī)定，Ⅲ級自重濕陷性黃土場地上的丙類建筑，消除地基部分濕陷量的處理厚度不應小于3.0m，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應大于200mm，并應采取結(jié)構(gòu)措施和檢漏防水措施。攔水壩的壩型為碾壓式均質(zhì)土壩。根據(jù)場地地質(zhì)條件、施工環(huán)境及附近已有地基處理經(jīng)驗，為了提高地基承載力，降低滲透性能，提高地基土的穩(wěn)性，消除地基部分濕陷量，應進行地基處理。地基處理方法可采用灰土墊層法。采用此方法進行地基處理時，壩底宜整片處理，并分層回填壓實，夯實回填。換填厚度不宜小于3.0m見圖1。對壩底分布的耕土應進行清基處理環(huán)境保護，有關(guān)墊層的設計應符合相關(guān)規(guī)范有關(guān)規(guī)定。

圖1 攔水壩剖面圖

3.2.2 垃圾壩和攔污壩壩基處理方案

垃圾壩和攔污壩場地屬非自重濕陷性黃土場地，地基濕陷等級為Ⅱ級。

根據(jù)《GB50025-2004》規(guī)范，應進行地基處理以消除地基的部分濕陷量，并應采取結(jié)構(gòu)措施和檢漏防水措施。消除地基部分濕陷量的最小處理厚度不應小于2.00m，且下部未處理濕陷性黃土層的濕陷起始壓力不宜小于100kPa。垃圾壩和攔污壩的壩型均為碾壓式均質(zhì)土壩。換填厚度不宜小于2.0m。

4 壩體穩(wěn)定性分析

4.1 攔水壩穩(wěn)定性分析

攔水壩的壩型為碾壓式均質(zhì)土壩，攔水壩軸線長度59.15m，壩高22.50m，壩頂寬3.0m，上、下游壩的邊坡均為1:2，。

4.1.1 加土工格柵前攔水壩穩(wěn)定性分析

采用式(1)對加土工格柵前攔水壩的穩(wěn)定性進行校核，本文采用圓弧法計算加土工格柵前攔水壩的穩(wěn)定性系數(shù)[3,4]。即

(1) 式中：Fs——穩(wěn)定系數(shù);R——滑動圓弧半徑(m);

——第i條塊滑動面的弧長(m);W——第i條塊土的重力(kN/m);

——土的抗剪強度指標;

——第i條塊的斜角(°)。如圖1所示，圓弧的半徑R=41m，條塊的寬度按R/10選取，條塊數(shù)為13。土的粘聚力c=21kPa，土的內(nèi)摩擦角

=18°，經(jīng)計算攔水壩的穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.20，根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274-2001)[5]表8.3.10 對工程等級為Ⅳ級的壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.25，可見加土工格柵前攔水壩的穩(wěn)定性不能滿足設計要求。本工程采用土工格柵作為攔水壩加筋補強的措施。

4.1.2 加土工格柵后攔水壩穩(wěn)定性分析

(1)設計抗拉強度計算

設計抗拉強度Td按式(2)計算：

(2) 式中：Fs——安全系數(shù)，為安全起見，F(xiàn)s=1.30;MD——滑動力矩，(kN·m)/m，MD

; MT——不計加筋時的抗滑力矩，(kN·m)/m，MT

;其余符號同式(1)。

經(jīng)計算MD=5.75 kN/m。

(2)極限抗拉強度計算

極限抗拉強度TM：TM=MD/(0.3～0.4)=19.1～14.4 kN/m，取TM=15 kN/m環(huán)境保護，選TGSG15-15土工格柵提綱格式。

攔水壩采用均質(zhì)粘土回填，從壩頂覆土0.5m以下每隔1m滿鋪一層TGSG15-15土工格柵。

(3)加土工格柵后攔水壩穩(wěn)定性分析

考慮了TGSG15-15土工格柵補強效果后的攔水壩穩(wěn)定性系數(shù)按式(3)計算：

(3)

式中：Ti——土工合成材料的抗拉拔力(kN/m);其余符號同前。

經(jīng)計算Fs=1.54，大于1.25，滿足設計要求。

4.2 垃圾壩和攔污壩穩(wěn)定性分析

垃圾壩和攔污壩的壩型均為碾壓式均質(zhì)土壩。垃圾壩軸線長度39.0m，壩高10.00m，壩頂寬5.0m。上、下游壩的邊坡均為1:2。

攔污壩軸線長度43.0m，壩頂高程476.00m，壩底高程464.00m，最大壩高12m，壩頂寬3.0m。上游壩坡1：2.0，下游壩坡1：2.0。壩體采用清庫所出的黃土碾壓而成。

垃圾壩和攔污壩的穩(wěn)定性分析同攔水壩。

5 結(jié)論

(1)攔水壩壩址屬自重濕陷性黃土場地，地基的濕陷等級為Ⅲ級;地基處理可采用3:7灰土整片換填，換填厚度不小于3.0m。

(2)垃圾壩和攔污壩壩址屬非自重濕陷性黃土場地，地基濕陷等級為Ⅱ級;地基處理可采用3:7灰土整片換填，換填厚度不小于2.0m。

(3)碾壓式均質(zhì)土攔水壩穩(wěn)定性不能滿足設計要求，因此設計采用土工格柵加筋補強措施，從壩頂覆土0.5m以下每隔1m滿鋪一層TGSG15-15土工格柵，經(jīng)計算穩(wěn)定性系數(shù)為1.54，滿足設計要求。

參考文獻：

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