本文摘要：建造于軟土地基上的南方垃圾填埋場(chǎng)，由于其地基的特殊性及南方垃圾填埋場(chǎng)滲瀝液水位普遍較高，軟土地基強(qiáng)度增長(zhǎng)是該類型填埋場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)，由于其地基的特殊性及南方垃圾填埋場(chǎng)滲瀝液水位普遍較高，軟土地基強(qiáng)度增長(zhǎng)是該類型填埋場(chǎng)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(chǎng)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(qiáng)度增長(zhǎng)相差較大，宜進(jìn)行地基分區(qū)處理;軟土地基排水固結(jié)引起的地基強(qiáng)度增長(zhǎng)對(duì)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(diǎn)均為該階段的邊坡穩(wěn)定性危險(xiǎn)點(diǎn)，故需分析該時(shí)間點(diǎn)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(jì)、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(shí)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(chǎng)設(shè)計(jì)、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(chǎng)[2]，軟土地基強(qiáng)度增長(zhǎng)是該類型填埋場(chǎng)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(chǎng)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(qiáng)度增長(zhǎng)
老港生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)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(zhǎng)4200m，寬800m，占地361hm2，填埋場(chǎng)總庫(kù)容8000萬m3，如圖1所示。項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)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(dá)45a，是我國(guó)目前最大的生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)。四期工程1A和1B單元2005年2月投入試運(yùn)行，到目前為止1A和1B、2A和2B單元大部庫(kù)容已使用，已進(jìn)入3A和3B單元庫(kù)區(qū)。根據(jù)2010年的統(tǒng)計(jì)，日填埋生活垃圾已達(dá)10000t，是初步設(shè)計(jì)的2倍，可見填埋速率較大，填埋場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性控制十分重要。老港四期是平原型填埋場(chǎng)，建造于沿海灘涂軟土地基上，最終填埋高度可達(dá)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(zhǎng)為600m，東西向?qū)挒?00m，其主要危險(xiǎn)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(píng)價(jià)1B單元現(xiàn)狀地基的穩(wěn)定性，關(guān)鍵在于計(jì)算其地基土體的強(qiáng)度增長(zhǎng)，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(qiáng)度增長(zhǎng)也相差較大，為合理考慮各部位地基強(qiáng)度，提高穩(wěn)定分析準(zhǔn)確性，按上覆垃圾厚度的不同，對(duì)地基土進(jìn)行分區(qū)，共分成6個(gè)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(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)長(zhǎng)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(jiǎn)化處理，即將各個(gè)分區(qū)中心點(diǎn)垃圾填埋高度作為垃圾荷載的簡(jiǎn)化等效高度，計(jì)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(jìn)行穩(wěn)定分析。首先根據(jù)中間剖面的每月填埋進(jìn)度計(jì)算各個(gè)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(jìn)行地基穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)。老港填埋場(chǎng)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(chǎng)地基沉降難以在短時(shí)間內(nèi)完成。
2.為加速老港填埋場(chǎng)地基沉降，填埋場(chǎng)底部按1.5m間距打入塑料排水板，插入深度達(dá)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(píng)價(jià)老港填埋場(chǎng)地基在2006—2010年的固結(jié)情況，采用規(guī)范推薦的改進(jìn)高木俊介法進(jìn)行地基固結(jié)分析。在多級(jí)等速加載條件下，當(dāng)固結(jié)時(shí)間為t時(shí)，對(duì)應(yīng)總荷載的地基平均固結(jié)度按下式計(jì)算，式中參數(shù)取值見表2。式中：t為固結(jié)時(shí)間;Ut為豎井地基徑向排水平均固結(jié)度;qi為第i級(jí)荷載的加荷速率;Σ△p為各級(jí)荷載的累加值;Ti、Ti-1分別為第i級(jí)荷載加載的起始和終止時(shí)間(從零點(diǎn)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(shí)間的排水量。計(jì)算得出各分區(qū)固結(jié)度后，結(jié)合強(qiáng)度增長(zhǎng)公式△τ=△σtanφ，可計(jì)算任意時(shí)間點(diǎn)東側(cè)邊坡的各個(gè)分區(qū)強(qiáng)度增長(zhǎng)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(qiáng)度變化情況如圖3。2垃圾強(qiáng)度參數(shù)取值及邊坡穩(wěn)定分析模型考慮垃圾抗剪強(qiáng)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(qiáng)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(yàn)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(qiáng)度增長(zhǎng)對(duì)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(guó)內(nèi)外邊坡工程設(shè)計(jì)常用的極限平衡分析法，采用GEOS-LOPE軟件包中Slope/W進(jìn)行計(jì)算。1B單元自2007年開始填埋至今分為2個(gè)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(gè)月。第1層填埋作業(yè)完成時(shí)，地基上覆荷載增加，而地基排水固結(jié)剛開始，強(qiáng)度增長(zhǎng)很小，故該時(shí)刻為第1階段的危險(xiǎn)時(shí)刻，采用Slope/W進(jìn)行計(jì)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(chǎng)實(shí)驗(yàn)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(cè)資料數(shù)據(jù)。第2層填埋作業(yè)開始時(shí)，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(qiáng)度增長(zhǎng)值均隨時(shí)間遞增，由分區(qū)1強(qiáng)度增長(zhǎng)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(qiáng)度增長(zhǎng)值，至2010年3月28日，地基各分區(qū)的固結(jié)度均達(dá)到96%以上。由圖6可知，處于危險(xiǎn)滑動(dòng)面上分區(qū)2的淤泥質(zhì)黏土層強(qiáng)度從20.6kPa增長(zhǎng)至28.6kPa，故邊坡安全系數(shù)Fs增長(zhǎng)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(shí)間固結(jié)完成，即地基強(qiáng)度增長(zhǎng)很小，第2層填埋結(jié)束時(shí)為第2階段的危險(xiǎn)階段，計(jì)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(xiǎn)滑動(dòng)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(dá)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(shí)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(qiáng)度增長(zhǎng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性提高有一定的促進(jìn)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(zhǎng)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(zhǎng)了0.046。第2階段安全系數(shù)增長(zhǎng)不明顯的主要原因是危險(xiǎn)滑動(dòng)面經(jīng)過的分區(qū)2上覆荷載在第2層填埋時(shí)未改變，分區(qū)2在第2階段填埋開始時(shí)固結(jié)度已達(dá)98%，地基強(qiáng)度增長(zhǎng)已基本完成。第2層填埋結(jié)束時(shí)，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(diǎn)均為該階段的邊坡穩(wěn)定性危險(xiǎn)點(diǎn)，故需以該時(shí)間點(diǎn)為參考點(diǎn)進(jìn)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)。
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