某山谷型垃圾填埋场稳定性分析

贺利峰

（江西省中赣投勘察设计有限公司，江西南昌）

前言

目前垃圾卫生填埋仍是最主要的垃圾处理方式，近些年来国内外发生过多起垃圾填埋场失稳破坏事故，一旦垃圾填埋场出现稳定性问题，轻则造成渗滤液、填埋气泄露，重则造成填埋场滑坡、垮塌。随着对垃圾填埋场稳定性研究的深入，各国学者也摸索出多种分析边坡稳定性的方法。其中极限平衡法和数值计算法是运用最广泛的填埋场稳定性分析方法，传统的极限平衡法包括Bishop 法、Spencer 法、Janbu 法、Morgenstein-Price 法等，随着研究的深入，在传统极限平衡法的基础上又提出了楔体极限平衡法、三楔体极限平衡法、简化的Bishop 等方法来满足具体的工况[1]。

1 工程概况

1.1 填埋场现状

某山谷型生活垃圾填埋场场区为低山丘陵地貌，地形起伏较大，整体东、西、北面为山丘，地势较高；南西方向为旱地，地势较低；中间为填埋场库区，呈东北向南西走向一开口朝南西的口袋形地貌；二库区北面副坝处为一小沟谷；三库区副坝垭口位置为沟谷旱地。

填埋库区一库区垃圾堆体形成整体西北高东南低的边坡，边坡总体高度约60 m，整体坡度约40°～50°，顶部垃圾堆体较平缓，中部形成了一个连续的环状陡坡（坡高约10 m，坡度约70°～80°），其余位置垃圾堆体往东南方向形成连续的放坡台阶状，坡高约3～8 m，坡度约30°～60°；二库区垃圾堆体形成整体东北高南西低的边坡，边坡总体高度约40 m，整体坡度约30°～40°，垃圾堆体顶部较平缓，其余位置垃圾堆体往南西方向形成连续的放坡台阶状，坡高约3～10 m，坡度约30°～60°。

一库区主坝采用碾压式土石坝坝型，设计坝顶高程130.0 m，坝底标高约116.5 m，最大坝高13.5 m，清基后坝轴线长63.19 m，坝顶宽8.0 m，坝体上下游边坡坡度均为1:2.0，主坝坝基位于粉质粘土层；二库区主坝采用碾压式土石坝坝型，设计坝顶高程145.0 m，最大坝高18.0 m，坝轴线长83.7 m，坝顶宽6.0 m，坝体上下游边坡坡度均为1:2.0，下游坝坡130 m 高程设置排水棱体，顶宽2.0 m，外坡坡度为1：1.5，内坡坡度为1：1，排水棱体与主坝及地基接触面设反滤层，主坝坝基位于粉质粘土层。据勘察及现场踏探调查收集到的资料可知一库区主坝及二库区主坝进行过钻孔灌浆防渗处理，但效果不佳，现状一库区主坝及二库区主坝已发生不同程度的层间或绕坝渗漏，坝体下游坝面明显可见有渗滤液溢出现象[2-3]。

1.2 场地工程地质条件

据勘察资料显示本场区勘察深度范围内，地层自上而下分为9 层，分别为：1 层垃圾堆体、1-1 层一库区碾压风化料、1-2 层二库区碾压风化料、1-3 层素填土、2 层粉质黏土、3 层强风化泥页岩（K2）、4 层中风化泥页岩（K2）、3-1 层强风化砂砾岩（K2）、4-1 层中风化砂砾岩（K2），各岩土层物理力学性质指标建议值见表1。

表1 各岩土层物理力学性质指标建议值一览表

1.3 场地水文地质条件

场区地下水类型主要为上层滞水和基岩裂隙水两种类型。上层滞水补给来源主要为大气降水等，主要以蒸发或逐渐下渗的方式排泄，水量大小及水位随季节变化而变化，无统一的水位面；基岩裂隙水主要受节理裂隙按制的地下径流进行补给与排泄，其水量一般贫乏，但不排除局部张性裂隙发育处，水量较大的可能性。另垃圾堆体内渗滤液面水位较高且渗滤液量较大，水位埋深1.4 m～7.1 m，因垃圾堆体含大量塑料制品等隔水物，导致垃圾体间连通性差，垃圾渗滤液在垃圾堆体内形成包气带，水量大小及水位无明显联系，部分区域覆盖膜下能明显感觉到渗滤液存在。

2 填埋场失稳模式

2.1 垃圾堆体失稳

垃圾堆体失稳是垃圾填埋体、衬垫系统、周边岩土体之间作用的破坏，对于目前各种类型的垃圾填埋场，其最主要发生的失稳模式有以下三种[1-2]：

（1） 填埋体内部发生破坏（如图1 a 所示）；当垃圾填埋场填埋至一定高度时，其垃圾体内部可能发生破坏，这一极限高度与填埋场设置的坡脚以及垃圾土自身强度有关。

图1 失稳模式

（2） 填埋体与地基整体破坏（如图1 b 所示）；当填埋场地基强度较低时，破坏面将有可能贯穿垃圾填埋体、衬垫系统以及地基，这一破坏形式在软粘土地基中经常出现。

（3） 沿衬垫系统平移滑动破坏（如图1 c 所示）。当复合衬垫系统中存在有较低的强度接触面时，垃圾填埋体可能作为一个整体单元发生平移滑动。

某山谷型垃圾填埋场库区垃圾堆体历时最长时间为12 年，一库区垃圾堆体边坡总体高度约60 m，整体坡度约40°～50°，局部坡度达70°～80°，二库区垃圾堆体边坡总体高度约40 m，整体坡度约30°～40°，垃圾堆体边坡总体高度较高，坡度较陡，堆体地基为粉质粘土及强风化泥页岩，非软弱地基，一库区及二库区垃圾堆体最可能内部出现滑移面发生失稳。

2.2 垃圾坝失稳

某山谷型垃圾填埋场一库区及二库区主坝均采用碾压式土石坝坝型，坝基均位于粉质粘土层，现状一库区及二库区主坝已发生不同程度的层间或绕坝渗漏，坝体下游坝面明显可见有渗滤液溢出现象，一库区及二库区主坝最可能发生坝坡的滑移破坏。

3 稳定性分析说明

3.1 垃圾堆体稳定性分析说明

根据《生活垃圾卫生填埋场岩土工程技术规范》CJJ176-2012 第6.1 章节规定：

垃圾堆体边坡工程根据坡高及失稳后可能造成后果的严重性等因素，按照表2 确定安全等级。

表2 垃圾堆体边坡工程安全等级

垃圾堆体边坡抗滑稳定最小安全系数应符合表3的规定。

表3 垃圾堆体边坡抗滑稳定最小安全系数

某山谷型垃圾填埋场一库区垃圾堆体边坡坡高约60 m，安全等级为一级，二库区垃圾堆体边坡坡高约40 m，安全等级为二级。本次垃圾堆体抗滑稳定性计算分为两种工况：正常运用条件工况及遭遇强降雨等引起的渗沥液水位显著上升的非常运用条件Ⅰ工况。其中一库区垃圾堆体正常运用条件工况下抗滑稳定最小安全系数为1.35，非常运用条件Ⅰ工况下抗滑稳定最小安全系数为1.30；二库区垃圾堆体正常运用条件工况下抗滑稳定最小安全系数为1.30，非常运用条件Ⅰ工况下抗滑稳定最小安全系数为1.25[4]。

本次计算采用理正岩土6.5PB4 版软件计算，选用摩根斯顿- 普赖斯法计算折线形滑面的安全系数，并找出最小安全系数及其相应的最危险滑裂面。各岩土层物理力学性质指标取值如表1。垃圾堆体渗滤液水位正常运用条件工况下为垃圾堆体顶面标高以下2～5 m，非常运用条件Ⅰ工况下为垃圾堆体顶面标高以下1～3 m。

根据现场实际地形情况，一库区及二库区分别选择三个典型断面进行稳定性计算，典型计算断面平面位置见图2。

图2 典型计算断面平面位置

3.2 垃圾坝稳定性分析说明

一库区主坝建筑级别属Ⅱ级，二库区主坝建筑级别属Ⅰ级。填埋场目前未继续堆填垃圾，准备封场，本次坝体应验算封场稳定期稳定性。其中一库区主坝抗滑稳定最小安全系数为1.20；二库区主坝抗滑稳定最小安全系数为1.25[5]。

本次计算采用理正岩土6.5PB4 版软件计算，选用Bishop 法计算圆弧滑裂面的安全系数，并找出最小安全系数及其相应的最危险滑裂面，各岩土层物理力学性质指标取值见表1。因库区内垃圾堆体渗滤液水位较高，一库区及二库区坝体位置库底防渗膜局部区域已破坏，现状一库区主坝及二库区主坝已发生不同程度的层间或绕坝渗漏，坝体下游坝面明显可见有渗滤液溢出现象，计算考虑坝体水位基本平坝顶面标高，并考虑渗流条件。

根据现场实际地形及坝体设计情况，一库区主坝及二库区主坝分别选择典型断面Ⅱ及Ⅴ进行稳定计算，计算断面平面位置见图2。

4 稳定性分析结果

4.1 现状垃圾堆体稳定性分析结果

经理正岩土软件计算，一库区及二库区垃圾堆体在正常运行条件工况下及非常运用条件Ⅰ工况下滑动安全系数结果见表4、表5。

表4 一库区垃圾堆体稳定性分析结果

表5 二库区垃圾堆体稳定性分析结果

4.2 垃圾坝稳定性分析结果

经理正岩土软件计算：一库区主坝滑动安全系数K=1.354＞1.20，二库区主坝滑动安全系数K=1.305＞1.25。

5 结论

本研究通过采用理正岩土软件，建立不同的工况模型，对某山谷型垃圾填埋场的一库区及二库区垃圾堆体、垃圾坝稳定性进行了分析，得出结论如下：

（1） 一库区垃圾堆体边坡稳定性不满足规范要求，目前处于不安全或临界状态，二库区垃圾堆体边坡稳定性满足规范要求，目前处于安全稳定状态。据勘察收集到的资料可知垃圾堆体内渗滤液面水位较高且渗滤液量较大，部分区域覆盖膜下能明显感觉到渗滤液存在，另一库区垃圾堆体边坡总体高度达60 m，整体坡度约40°～50°，局部坡度可达约80°，二库区垃圾堆体边坡总体高度达40 m，局部坡度过大，渗滤液的水位、渗滤液量及垃圾堆体高度、坡度等均是垃圾堆体安全性的影响因素，若垃圾堆体常年处于裸露、陡坡状态，堆体边坡极易发生失稳，库区应及时抽排渗滤液并进行垃圾堆体坡面整形，将边坡高度、坡角降低至安全限值内。

（2） 一库区主坝及二库区主坝抗滑稳定性虽然满足规范要求，但安全系数较小，坝体稳定性一般，因库区内垃圾堆体渗滤液水位较高，一库区及二库区坝体位置库底防渗膜局部区域已破坏，现状一库区主坝及二库区主坝已发生不同程度的层间或绕坝渗漏，坝体下游坝面明显可见有渗滤液溢出现象，渗滤液长期渗透进坝体，严重会发生渗流出现管涌现象，危害坝体稳定性，库区应及时抽排渗滤液，减少垃圾堆体内渗滤液量，降低渗滤液面水位，对坝体进行加固处理，填埋场封场稳定后应加强对坝体稳定、变形及渗漏等的监测工作。