市政工程論文填埋場軟土地基強度分析法

所屬分類：建筑論文閱讀次時間：2017-03-07 16:58

本文摘要：建造于軟土地基上的南方垃圾填埋場，由于其地基的特殊性及南方垃圾填埋場滲瀝液水位普遍較高，軟土地基強度增長是該類型填埋場邊坡穩(wěn)定分析的關(guān)鍵因素。本篇市政工程論文探討垃圾場邊坡部分軟土地基因垃圾厚度不同而造成附加應(yīng)力有所不同，固結(jié)引起的地基抗

　　建造于軟土地基上的南方垃圾填埋場，由于其地基的特殊性及南方垃圾填埋場滲瀝液水位普遍較高，軟土地基強度增長是該類型填埋場邊坡穩(wěn)定分析的關(guān)鍵因素。本篇市政工程論文探討垃圾場邊坡部分軟土地基因垃圾厚度不同而造成附加應(yīng)力有所不同，固結(jié)引起的地基抗剪強度增長相差較大，宜進行地基分區(qū)處理;軟土地基排水固結(jié)引起的地基強度增長對邊坡穩(wěn)定性提高具有明顯作用;每一階段的填埋結(jié)束點均為該階段的邊坡穩(wěn)定性危險點，故需分析該時間點為穩(wěn)定性指導(dǎo)填埋作業(yè)的填埋速度與高度。《市政技術(shù)》本刊是以宣傳交流工程設(shè)計、科技研究、施工技術(shù)、質(zhì)量監(jiān)督等方面的新成果、新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備為主，同時兼顧技術(shù)管理方面內(nèi)容的刊物。

　　邊坡穩(wěn)定問題是填埋場設(shè)計、施工、填埋和封閉過程中的關(guān)鍵問題之一[1]。建造于軟土地基上的南方垃圾填埋場[2]，軟土地基強度增長是該類型填埋場邊坡穩(wěn)定問題的關(guān)鍵因素[3-4]。筆者根據(jù)上海老港垃圾填埋場邊坡穩(wěn)定性的分析，提出考慮含下覆軟弱土層地基的邊坡穩(wěn)定性分析方法。

　　11B單元地基分區(qū)方法及地基強度增長

　　老港生活垃圾衛(wèi)生填埋場四期工程位于上海市南匯區(qū)老港鎮(zhèn)東側(cè)的東海灘涂邊，距市中心約60km，長4200m，寬800m，占地361hm2，填埋場總庫容8000萬m3，如圖1所示。項目初步設(shè)計生產(chǎn)能力為日處理生活垃圾4900t，按此填埋速率該填埋區(qū)域使用年限可達45a，是我國目前最大的生活垃圾衛(wèi)生填埋場。四期工程1A和1B單元2005年2月投入試運行，到目前為止1A和1B、2A和2B單元大部庫容已使用，已進入3A和3B單元庫區(qū)。根據(jù)2010年的統(tǒng)計，日填埋生活垃圾已達10000t，是初步設(shè)計的2倍，可見填埋速率較大，填埋場邊坡穩(wěn)定性控制十分重要。老港四期是平原型填埋場，建造于沿海灘涂軟土地基上，最終填埋高度可達45m，其地基主要包括1層厚10m的淤泥質(zhì)黏土以及1層厚約老港四期1B單元南北向長為600m，東西向?qū)挒?00m，其主要危險邊坡為東側(cè)邊坡。至2010年8月，東側(cè)邊坡頂部已填埋至21.5m高程。為了合理評價1B單元現(xiàn)狀地基的穩(wěn)定性，關(guān)鍵在于計算其地基土體的強度增長，如圖1所示。堆體邊坡部分軟土地基因垃圾厚度不同而造成附加應(yīng)力有所不同，造成其固結(jié)引起的地基抗剪強度增長也相差較大，為合理考慮各部位地基強度，提高穩(wěn)定分析準(zhǔn)確性，按上覆垃圾厚度的不同，對地基土進行分區(qū)，共分成6個區(qū)，第1分區(qū)表示其附加應(yīng)力為零，為便于后續(xù)填埋分析，將邊坡位置分為4個區(qū)，每個區(qū)長為30m，垃圾中心位置為第6分區(qū)，其附加應(yīng)力為上覆垃圾荷載，如圖2所示。邊坡部分垃圾荷載作簡化處理，即將各個分區(qū)中心點垃圾填埋高度作為垃圾荷載的簡化等效高度，計算各分區(qū)附加應(yīng)力。根據(jù)垃圾填埋高度，選取填埋高度最高的東側(cè)邊坡中間剖面進行穩(wěn)定分析。首先根據(jù)中間剖面的每月填埋進度計算各個位置的地基固結(jié)度。地基固結(jié)度是判斷地基是否穩(wěn)定的重要標(biāo)志，也是進行地基穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)。老港填埋場地基中的第4層淤泥質(zhì)黏土及第5層黏土滲透系數(shù)較低，導(dǎo)致填埋場地基沉降難以在短時間內(nèi)完成。

　　2.為加速老港填埋場地基沉降，填埋場底部按1.5m間距打入塑料排水板，插入深度達淤泥質(zhì)黏土的底層，約為18m。塑料排水板由1條10cm寬、1cm厚的扁平塑料芯組成。為了評價老港填埋場地基在2006—2010年的固結(jié)情況，采用規(guī)范推薦的改進高木俊介法進行地基固結(jié)分析。在多級等速加載條件下，當(dāng)固結(jié)時間為t時，對應(yīng)總荷載的地基平均固結(jié)度按下式計算，式中參數(shù)取值見表2。式中：t為固結(jié)時間;Ut為豎井地基徑向排水平均固結(jié)度;qi為第i級荷載的加荷速率;Σ△p為各級荷載的累加值;Ti、Ti-1分別為第i級荷載加載的起始和終止時間(從零點起算);n為井阻比，塑料排水帶的有效影響直徑與當(dāng)量換算直徑的比值，n=de/dp;de為塑料排水帶的有效影響直徑，de=1.05L;L為塑料排水帶間距;dp為塑料排水帶的當(dāng)量換算直徑，dp=2(b+δ)/3.14;b和δ分別為塑料排水帶的寬度和厚度;Cv和Ch分別為豎向和水平向固結(jié)系數(shù);kh為天然上層水平向滲透系數(shù);ks為涂抹區(qū)土的水平向滲透系數(shù);S為涂抹區(qū)直徑與豎井直徑的比值;H為豎井深度;qw為井縱向通水量，為單位水力梯度下單位時間的排水量。計算得出各分區(qū)固結(jié)度后，結(jié)合強度增長公式△τ=△σtanφ，可計算任意時間點東側(cè)邊坡的各個分區(qū)強度增長值，其中△σ為上覆超載荷載值，分區(qū)2淤泥質(zhì)黏土層從2008年2月至2012年2月強度變化情況如圖3。2垃圾強度參數(shù)取值及邊坡穩(wěn)定分析模型考慮垃圾抗剪強度參數(shù)隨填埋齡期發(fā)生變化。邊坡穩(wěn)定分析模型如圖4所示，由于垃圾產(chǎn)生壓縮，每層垃圾厚度約為7m(底層和上層除外)，上層垃圾至底層垃圾的強度參數(shù)根據(jù)上述研究成果，其中淺層取c=10kPa，φ=15°，下臥層根據(jù)浙江大學(xué)巖土所的經(jīng)驗可依次取c=5kPa，φ=20°;c=5kPa，φ=25°;c=5kPa，φ=28°，如表3所示。

　　31B單元垃圾堆體邊坡軟土地基強度增長對穩(wěn)定性的影響

　　本文分析了東側(cè)邊坡在不同固結(jié)度情況下的穩(wěn)定性，邊坡穩(wěn)定分析方法采用目前國內(nèi)外邊坡工程設(shè)計常用的極限平衡分析法，采用GEOS-LOPE軟件包中Slope/W進行計算。1B單元自2007年開始填埋至今分為2個階段：第1層填埋作業(yè)至2008年3月28日結(jié)束，地基排水固結(jié)2a;2010年3月28日開始第2層填埋，大約在127d后結(jié)束第2層填埋作業(yè)，地基排水固結(jié)從2010年8月2日至今約18個月。第1層填埋作業(yè)完成時，地基上覆荷載增加，而地基排水固結(jié)剛開始，強度增長很小，故該時刻為第1階段的危險時刻，采用Slope/W進行計算可得2008年3月28日的安全系數(shù)Fs=2.359，邊坡處于穩(wěn)定階段，見圖5。主水位取高程3m，為2010年7月現(xiàn)場實驗所得的主水位高程。垂直防滲帷幕外側(cè)地下水水位取高程3m，為工程勘測資料數(shù)據(jù)。第2層填埋作業(yè)開始時，邊坡地基中淤泥質(zhì)黏土層和黏土層在塑料排水板作用下加速排水固結(jié)2a，固結(jié)度和強度增長值均隨時間遞增，由分區(qū)1強度增長分析方法可算得東側(cè)邊坡地基各分區(qū)的固結(jié)度和強度增長值，至2010年3月28日，地基各分區(qū)的固結(jié)度均達到96%以上。由圖6可知，處于危險滑動面上分區(qū)2的淤泥質(zhì)黏土層強度從20.6kPa增長至28.6kPa，故邊坡安全系數(shù)Fs增長至2.54。填埋第2階段，1B單元經(jīng)過約127d的快速加載，地基上覆荷載大幅增加，而地基排水固結(jié)在新荷載下無法短時間固結(jié)完成，即地基強度增長很小，第2層填埋結(jié)束時為第2階段的危險階段，計算得2010年8月2日的安全系數(shù)Fs=1.532，邊坡處于穩(wěn)定階段，見圖7。第2層填埋后，危險滑動面向邊坡內(nèi)部延伸，其經(jīng)過2、3分區(qū)的淤泥質(zhì)黏土層。在第2階段加載完后1.5a內(nèi)沒有繼續(xù)加載，東側(cè)邊坡地基處于恒載排水固結(jié)，至2012年2月2日，地基各分區(qū)固結(jié)度均達到97%以上，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fs為1.578，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，見圖8。1B單元東側(cè)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)隨時間的變化曲線如圖9所示。軟土地基排水固結(jié)引起的地基強度增長對邊坡穩(wěn)定性提高有一定的促進作用。第1階段通過2a的地基排水固結(jié)使邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)增長了0.181，第2階段通過1.5a的地基排水固結(jié)使邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)增長了0.046。第2階段安全系數(shù)增長不明顯的主要原因是危險滑動面經(jīng)過的分區(qū)2上覆荷載在第2層填埋時未改變，分區(qū)2在第2階段填埋開始時固結(jié)度已達98%，地基強度增長已基本完成。第2層填埋結(jié)束時，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)從2.543驟降至1.532，若繼續(xù)在邊坡位置快速填埋，安全系數(shù)將接近警戒值1.3，故邊坡填埋速度與高度是決定邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的主要因素。每一階段的填埋結(jié)束點均為該階段的邊坡穩(wěn)定性危險點，故需以該時間點為參考點進行分析來指導(dǎo)填埋作業(yè)的填埋速度與高度。1B單元東側(cè)邊坡從開始填埋至今，安全系數(shù)均大于1.3，地基處于穩(wěn)定狀態(tài)。