易平

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

截至2017 年12 月， 杭州市危險(xiǎn)廢物處置中心安全填埋場(chǎng)一期工程已經(jīng)填埋至+76.80 m 標(biāo)高，接近設(shè)計(jì)的+80 m 標(biāo)高和預(yù)期庫(kù)容量， 需準(zhǔn)備進(jìn)行填埋區(qū)二期擴(kuò)容設(shè)計(jì)。 依據(jù)規(guī)劃，二期堆體將擴(kuò)容至+96 m。 為保證二期擴(kuò)容后堆體的穩(wěn)定性和安全性，自2018 年5 月起某勘察單位對(duì)填埋場(chǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行了勘查測(cè)量。經(jīng)過(guò)穩(wěn)定性分析和計(jì)算論證，認(rèn)為該擴(kuò)容工程在整體上是穩(wěn)定安全的。

1 填埋場(chǎng)工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

杭州市危險(xiǎn)廢物處置中心安全填埋場(chǎng)工程是杭州市危險(xiǎn)廢物處理處置系統(tǒng)的重要組成部分。 該項(xiàng)目位于杭州市余杭區(qū)崇賢鎮(zhèn)南山林場(chǎng)佛日塢西塢山半山腰，交通和運(yùn)輸條件較為便利。所在場(chǎng)地屬丘陵貌，填埋場(chǎng)地形為三面環(huán)山，東南面方向開(kāi)口狀，主要呈兩個(gè)V 字形的溝谷。 場(chǎng)區(qū)周圍植物生長(zhǎng)茂盛，植被覆蓋率達(dá)90%。場(chǎng)地的地形地貌較復(fù)雜，人類工程活動(dòng)破壞地質(zhì)環(huán)境程度強(qiáng)烈[1]。 一期工程設(shè)計(jì)基底高程為+50 m，頂高程為+80 m，安全填埋總建設(shè)規(guī)模（庫(kù)容）為 65.7×104m3。

1.2 水文氣象

填埋場(chǎng)位于東南沿海的亞熱帶邊緣地區(qū)， 屬溫暖濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，受海洋性氣候影響明顯，冬夏季風(fēng)交替明顯， 冬季寒潮多， 夏季受臺(tái)風(fēng)侵襲影響較大。 該地區(qū)降水主要集中在5 月到6 月以及9 月到來(lái)年1 月間，年平均氣溫為 16.3 ℃，多年平均降雨量為1 489.7 mm，風(fēng)向以東北東南風(fēng)為主，平均風(fēng)速為 1.7 m/s，最大風(fēng)速為 3.4 m/s。

1.3 工程地質(zhì)

該區(qū)域原始地層以強(qiáng)～中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為主，紫紅色，局部灰白色。節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯破碎，多呈碎塊及短柱狀，巖石主要成分為石英、云母，夾雜粉砂質(zhì)泥巖，局部泥巖呈魚(yú)鱗片狀。 巖石為軟巖，巖體較破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ。 整體而言，該區(qū)域地質(zhì)條件較好，無(wú)斷層、滑坡、崩塌及巖溶等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

1.4 地震效應(yīng)

所在場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7 度， 地震峰值加速度為 0.10 g，地震反應(yīng)譜特征周期值為 0.45 s，故設(shè)計(jì)地震分組為第一組， 屬于可進(jìn)行建設(shè)的一般性地段，須進(jìn)行抗震計(jì)算。

2 填埋庫(kù)區(qū)現(xiàn)狀

根據(jù)實(shí)地踏勘和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)， 一期堆體主要由主壩、分區(qū)壩、固廢堆積體及防滲系統(tǒng)組成。 主壩下游分為三級(jí)坡，排水棱體坡率約為1∶1.50，上面兩級(jí)坡率均為 1∶2.00。 固廢堆積體在標(biāo)高約+70 m 以下采用約1∶3.40 斜坡坡率分層填埋而成， 表面采用橡膠雨布覆蓋。固廢堆積體在標(biāo)高+70 m 以上，坡度相對(duì)較陡。填埋區(qū)外圍均已修建截洪溝與排水溝，并通過(guò)導(dǎo)排系統(tǒng)排至主壩下游。

一期堆積體長(zhǎng)約170 m，目前坡高約33 m，坡角為 15°～30°，頂部局部坡角約 70°。 堆積體主要由主壩及固廢堆積體組成，主壩壩頂標(biāo)高約+59.80 m，壩高 15.50 m；下游壩坡中部設(shè)置馬道，馬道標(biāo)高+54.80 m，下游壩坡以坡度約為26°。 主壩兩岸壩肩設(shè)置排水溝，下游壩坡草皮護(hù)坡。 堆積體在標(biāo)高約+68 m 以下均采用橡膠雨布熱焊形成整體，能將降雨排至主壩壩頂截水溝。一期堆體頂部呈倒扣臉盆形，堆積體頂部不填埋時(shí)采用雨布與廢棄汽車輪胎蓋住， 堆積體四周均設(shè)置有截洪溝。

3 勘察測(cè)量成果

建設(shè)方于2018 年5 月委托勘察單位在堆體上取樣進(jìn)行土工試驗(yàn)。試驗(yàn)共布設(shè)鉆孔6 個(gè)，各孔均進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)。

根據(jù)鉆探結(jié)果， 已填廢物填埋體及場(chǎng)地地層主要分為4 層，自上而下分別為：

1）①-1 層雜填土。 該層呈灰黑色、淺灰色，干～稍濕狀，稍密，主要由危廢焚燒后的固體廢物及生銹的鐵皮組成， 局部鉆探揭露該層含有廢棄的化學(xué)試劑瓶。該層固廢中摻了固化劑，強(qiáng)度較高，含水率、孔隙比、干密度及密實(shí)性在空間分布極不均勻，且為近期堆填，在自重下尚未完成固結(jié)，層厚約 2.70～5.40 m。

2）①-2 層雜填土。 該層呈灰黑色、淺灰色，局部黃褐色，稍濕狀局部濕，松散狀態(tài)，主要由危廢焚燒后的固體廢物及生銹的鐵皮組成， 局部鉆探揭露該層含有廢棄的化學(xué)或者醫(yī)用試劑瓶。該層密實(shí)性、成分較為復(fù)雜且在空間差異性較大，為近期堆填，在自重下尚未完成固結(jié)，揭露層厚 3.40～8.10 m。

3）①-3 層素填土。 該層呈紅褐色，稍濕狀，稍密，主要由泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化料組成，風(fēng)化巖粒徑約為40～100 mm，為修建主壩分層碾壓填筑而成。 在主壩揭露該層，層厚 8.50～10.20 m。

4）②層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。該層呈紫紅色，局部灰白色，節(jié)理裂隙發(fā)育；巖芯破碎，多呈碎塊及短柱狀。 巖石主要成分為石英、云母，夾雜粉砂質(zhì)泥巖，局部泥巖呈魚(yú)鱗片狀。 巖石多為軟巖，巖體較破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ。 本次勘查揭露層厚為8.00～8.90 m，未揭穿，巖石質(zhì)量指標(biāo) RQD 為 45～55。

場(chǎng)地未見(jiàn)地表水匯集，堆體范圍內(nèi)未見(jiàn)地表水。鉆探揭露發(fā)現(xiàn)有上層滯水、 第四系孔隙潛水及基巖裂隙水。 上層滯水主要分布在素填土中，水量較小，無(wú)統(tǒng)一地下水位，主要由大氣降水下滲補(bǔ)給。 在壩體鉆孔處揭露第四系孔隙潛水，勘查期間測(cè)得其初見(jiàn)水位埋深為 7.80～8.30 m，標(biāo)高為+47.03～+51.48 m；穩(wěn)定水位為 8.10～8.70 m，標(biāo)高為+46.73～+51.08 m；水量一般，含水層貯水、透水性一般，主要由地下徑流、上層滯水下滲補(bǔ)給。由于設(shè)置有地下水導(dǎo)排管，水位年變幅較小?；鶐r裂隙水則賦存于巖石風(fēng)化層中，主要由大氣降水下滲補(bǔ)給，含水層貯水性較差，水量較小。

堆體及地基土層巖土力學(xué)指標(biāo)建議值見(jiàn)表1。

表1 堆體及地基土層巖土力學(xué)指標(biāo)

通過(guò)勘測(cè)查明現(xiàn)有的廢物堆體分層結(jié)構(gòu)， 以及廢物填埋體的容重、剪切強(qiáng)度、承載力等有關(guān)物理力學(xué)指標(biāo)，為計(jì)算堆體穩(wěn)定性分析提供基礎(chǔ)依據(jù)。

4 填埋場(chǎng)堆體邊坡穩(wěn)定性分析論證思路

4.1 失穩(wěn)破壞模式[2]

填埋場(chǎng)堆體邊坡失穩(wěn)破壞模式主要包括沿堆體內(nèi)部失穩(wěn)破壞、沿邊坡及坡底破壞、貫穿廢棄物與地基發(fā)生破壞、沿復(fù)合襯墊系統(tǒng)薄弱界面滑動(dòng)破壞等4 種。

4.2 填埋場(chǎng)穩(wěn)定性分析方法

依據(jù)《生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)巖土工程技術(shù)規(guī)范》第 6.4.1 條第 3 款[3]，填埋場(chǎng)邊坡穩(wěn)定驗(yàn)算應(yīng)采用摩根斯坦—普賴斯法（Morgenstern-Price 法）。 該法適用于任意形狀的滑裂面， 可對(duì)任意復(fù)雜滑動(dòng)面的邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析， 在分析固體廢棄物填埋場(chǎng)穩(wěn)定性時(shí)， 可計(jì)算沿廢物內(nèi)部的圓弧形滑動(dòng)或非圓弧形滑動(dòng)，以及沿土工材料界面的折線滑動(dòng)。它考慮了坡體自重、地表荷載、動(dòng)水壓力、暴雨、地震和邊坡巖土體與潛在滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度等參數(shù)差異對(duì)邊坡穩(wěn)定性的相互作用， 是一種通用的二維邊坡穩(wěn)定性分析方法。 由于摩根斯坦—普賴斯法計(jì)入了土條間作用力的影響，因此多數(shù)情況下求得的Fs值較接近實(shí)際。

采用摩根斯坦—普賴斯法計(jì)算見(jiàn)圖1。 圖中E及X 分別表示土條間的法向和切向條間作用力，W為土條自重力，Q 為土條的水平作用力，N、T 分別為土條底的總法向力和切向力。 G 表示土條垂直邊上的總作用力。

4.3 計(jì)算工況及荷載組合

結(jié)合填埋場(chǎng)堆體結(jié)構(gòu)特征及可能出現(xiàn)的荷載情況，擬定3 種工況，分別為：1）正常運(yùn)用條件，填埋場(chǎng)滲瀝液處于正常水位（天然狀態(tài)）；2）非常運(yùn)用條件Ⅰ，即遭遇強(qiáng)降雨等引起滲瀝液水位顯著上升（飽和狀態(tài)）；3）非常運(yùn)用條件Ⅱ，即正常運(yùn)用條件下遭遇地震。

5 現(xiàn)狀填埋場(chǎng)堆體邊坡穩(wěn)定性分析

現(xiàn)狀危險(xiǎn)廢物堆體Ⅰ-Ⅰ′剖面總平面布置見(jiàn)圖2。

本次廢物堆體邊坡整體穩(wěn)定性分析選取垂直或者近于垂直堆填邊坡走向布置Ⅰ-Ⅰ′剖面，見(jiàn)圖3。

采用Slide v6.0 邊坡穩(wěn)定性分析軟件對(duì)現(xiàn)有廢物堆體區(qū)域Ⅰ-Ⅰ′剖面在3 種荷載組合工況下采用摩根斯坦—普賴斯法進(jìn)行整體穩(wěn)定性分析計(jì)算，其結(jié)果如表2 所示。

分析結(jié)果表明，在3 種工況下，堆體內(nèi)部滑動(dòng)抗滑安全穩(wěn)定系數(shù)、 沿堆體襯墊滑動(dòng)抗滑安全穩(wěn)定系數(shù)均能夠滿足規(guī)范要求。

6 擴(kuò)容后的填埋場(chǎng)堆體邊坡穩(wěn)定性分析

依據(jù)規(guī)劃， 二期工程擬擴(kuò)容填埋至標(biāo)高+96 m，繼續(xù)采用斜坡分層填埋工藝，分層的外坡坡度為1∶3，廢物堆體每升高2 m，設(shè)置1 個(gè)1 m 寬小平臺(tái)，總庫(kù)容增加 10.2×104m3，可服務(wù)約 5 年。依據(jù)二期擴(kuò)容填埋加高總平面布置圖（圖4），本次廢物堆體邊坡整體穩(wěn)定性分析選取垂直或者近于垂直堆填邊坡走向布置Ⅱ-Ⅱ′剖面（圖 5）。

采用摩根斯坦—普賴斯法， 對(duì)二期堆體擴(kuò)容至標(biāo)高+96 m 平臺(tái)廢物堆積體Ⅱ-Ⅱ’剖面的整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得到了堆積體在正常運(yùn)用條件、非常運(yùn)用條件Ⅰ、 非常運(yùn)用條件Ⅱ等3 種不同狀態(tài)下的穩(wěn)定狀況，見(jiàn)表3。

表3 二期堆體填埋擴(kuò)容至+96 m 平臺(tái)穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果

表3 的參數(shù)分析結(jié)果表明，在這3 種工況下，堆體內(nèi)部滑動(dòng)抗滑安全穩(wěn)定系數(shù)、 沿堆體襯墊滑動(dòng)抗滑安全穩(wěn)定系數(shù)均能夠滿足規(guī)范要求。

7 結(jié)論及實(shí)施建議

根據(jù)杭州危險(xiǎn)廢物處置中心安全填埋場(chǎng)現(xiàn)狀斷面和擴(kuò)容后的斷面所進(jìn)行的抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算可知， 填埋場(chǎng)擴(kuò)容前后幾種不同工況的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均在規(guī)范允許值范圍以內(nèi)， 因此本擴(kuò)容工程在技術(shù)上是可行的。

根據(jù)本項(xiàng)目具體情況，對(duì)填埋區(qū)擴(kuò)容實(shí)施提出如下要求：1）必須保證廢物堆填土邊坡體內(nèi)各處的地下水位不能超過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算值。 同時(shí)加強(qiáng)對(duì)填埋場(chǎng)內(nèi)滲瀝液液位的監(jiān)控，并隨時(shí)增加應(yīng)急疏通作業(yè)，確保填埋場(chǎng)庫(kù)區(qū)滲瀝液排出。排水和放氣渠道通暢，能提高廢物堆填土的強(qiáng)度參數(shù)，保障填埋坡體的穩(wěn)定。2）因勘查數(shù)據(jù)取值的局限性，填埋場(chǎng)地的離散型、復(fù)雜性、不確定性很難逐一查清，這就要求建設(shè)方按規(guī)范要求在整個(gè)填埋系統(tǒng)布置完善的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)填埋場(chǎng)的邊坡穩(wěn)定狀況進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)和管理，及時(shí)掌握填埋場(chǎng)表面變形狀況，以便必要時(shí)及時(shí)采取相應(yīng)的工程補(bǔ)救措施， 防止人身傷害事故和環(huán)保事故的發(fā)生。3）為保護(hù)環(huán)境和防止地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，已經(jīng)完成廢物填埋區(qū)域應(yīng)及時(shí)進(jìn)行封場(chǎng)設(shè)計(jì)和封場(chǎng)施工。