某项目坡脚反压的工程效果

某项目坡脚反压的工程效果

韦素玉 ,江海通讯作者

（云南城规勘察设计有限公司  云南  昆明  650000）

摘要：坝脚反压是边坡抢险常用的、施工迅速的应急处理措施。某垃圾填埋场大坝在2021年雨季时发生较明显的变形且变形有加大的趋势，填埋库区内的渗沥液亦壅高出现局部漫坝的现象。通过坝脚砂袋加土夹石应急反压及对垃圾填埋场库区内渗沥液降液处理后，大坝变形趋于收敛。2022年该生活垃圾填埋场达到服务年限，后因该市的生活垃圾不能持续稳定进入焚烧厂焚烧，考虑该填埋场延期运营一年。通过对延期运营预计填埋的垃圾量及延期运营填埋设计方案对反压后的大坝及垃圾堆体边坡进行稳定性计算，结果均能满足相关规范要求。

关键词：大坝变形；坝脚反压；稳定性计算

0  绪论

为了提升生活垃圾填埋场的综合整治、规范封场、生态修复整体水平，加强生活垃圾填埋场全生命周期管理，全面推进无废城市的建设，保障云南省生活垃圾填埋场规范、安全、环保和高效地开展综合整治、封场和修复工作，云南省环保督察组、省住建厅组织环境卫生、市政、岩土等各专业技术人员对省内垃圾填埋进行运营管理现状摸底及安全排查工作。根据现场调查及相关资料的查阅得到：目前云南省生活垃圾填埋场多数已达到服务年限年限或垃圾已填埋至设计库容。受工程建设时工程经验、经济条件、施工工艺以及垃圾填埋场多年运营过程中管理、各处理设备处理能力等条件的影响，绝大多数垃圾填埋场均存在不同程度的病害。而云南省的生活垃圾填埋场多属于山谷型，且下部多分布碳酸盐岩，故主要存在“坝体安全性危险隐患”及“渗沥液渗漏险致环境污染”这两个问题，均需亟待解决。

本文是通过一个发生垃圾坝大坝变形迹象且有加大趋势、垃圾填埋场库区内渗沥液水位过高局部发生漫坝的垃圾填埋场为例，主要阐述了垃圾大坝坝脚反压应急处理方案。该方案结合降低垃圾填埋库区内的渗沥液水位的达到除险目的，并在坝脚反压完成后解决了该市因生活垃圾不能持续进入焚烧厂焚烧而需在该生活垃圾填埋场继续填埋一年的燃眉之急，达到快速、经济、合理地采用现有资源解决现实问题的效果。

1  工程概况

1.1  项目建设概况

该生活垃圾处理场位于该市城西南，于2007年建成，设计使用年限15年，填埋场总库容约148万m³，日处理垃圾规模为200t。2021年，业主在运营过程中发现大坝有变形的迹象，当地住建局及时加强了监测，经多方专家现场鉴定，发现因渗滤液处理设备能力不足，导致库区液面上升，坝体在两个月内出现30mm的移动变形，且有加大的趋势，此时该垃圾场日处理垃圾量340t，已填埋垃圾量95万m³。

垃圾坝最大坝高12.50m，总坝长约180m，宽约6m。坝顶表面分布薄层砾石，表层较松散。坝体靠填埋区一侧铺设防渗膜，下游一侧坝坡分两级，坝顶标高下约6m处设置一道宽度2.0m的马道，马道以下为碎块堆石排水棱体，坡比约为1:2.5，坝坡上部铺设0.4m厚的干砌块石保护层，见图1。坝外为渗沥液调节池及雨水调节池兼消防水池。

图1   大坝横断面竣工图

1.2  存在问题

（1）垃圾大坝在2021年雨季（6月份）后坝体向下游发生＞30mm的水平位移；坝体表面发生不均匀沉降，多个监测点沉降量＞30mm。

（2）筑坝材料土质不均，碾压质量不均，土坝碾压密实度低于设计要求。

（3）填埋库区内渗沥液水位过高，填埋场防渗系统局部破坏或失效，渗沥液于右坝发生溢流。

（4）大坝现状边坡稳定性计算结果：大坝目前处于边坡稳定的临界状态，但稳定系数不能满足生活垃圾填埋场相关规范的要求。

2  除险设计方案

垃圾大坝坝脚尚有空间，因大坝已发生较大位移，通过考虑排水问题、施工的便捷性及工期的紧迫性的综合因素，采用“大坝坝脚应急反压”（平面布置方案见图2）措施处理该垃圾坝的大坝变形问题。另外，因坝后垃圾填埋场内一直会有渗沥液产生，导排不及时将导致渗沥液水位较高，这样会产生2种严重后果：一是坝后水位持续上升，会使坝体前后产生一定的水头差，有造成坝体渗漏破坏的可能；二是会是渗沥液不断入渗坝体，增大坝体材料的含水量，在水的作用下会降低坝体材料强度[1]。故应急反压同时采用“抽排填埋库区内的渗沥液、提升渗沥液处理设备能力、修建渗沥液及雨水应急池”等措施对填埋库区内的渗沥液进行降液处理。

2.1  平面布置

反压平面布置方案见图２。

图2   大坝坝脚反压平面布置图

反压平面布置设计说明：

①在靠近渗沥液调节池位置，砂袋反压前采用40C或40B工字钢支护，以免渗沥液调节池及导排管受到破坏，反压做法参照1-1′剖面，总长约38.5m；

②渗沥液穿坝管位置：于两根穿坝管外缘≥1m位置插入工型钢顶部采用40C或40B工字钢梁+60mm厚刚板或钢架混凝土预制板保护后再堆积砂袋，钢筋混凝土板外缘保护的范围为两根穿坝管外缘1m处、坡脚线外8m至地面坡脚线向坝内0.5m范围，做法参考2-2′剖面；

③其余坝体坡脚线距调节池大于20m位置，反压做法可参考3-3′、4-4′剖面（4-4′剖面位置土体软时按3-3′剖面施工），南北两端矩形、梯形区域按最终堆积高度位于现坝体马道以上3m处与原始山体的交接处控制流畅收口，坡比可作适当调整。

④现场地内有限制反压作业且仍在使用的构筑物时，可不严格按坡脚外扩八米确定外反压线，外线可适当内收，根据现场实际情况变线，防止反压线出现突凹或突凸现象。

2.2  具体做法

为形成较好排水条件并快速施工，反压体底部为砂袋，上部采用土夹石反压，按20-30cm分层碾压，压实度≥96%，反压坡脚的砂袋上覆薄层毛石保护层，毛石铺设前需考虑对砂袋进行保护。因沿着坝脚轴线的地质条件及周边环境条件不一样，故每一段不同位置的做法稍有不同，分为以下四种：

（1）1-1′剖面处：垃圾大坝下游为渗沥液调节池，池底为素混凝土层，侧壁为夯实粘土，为避免砂袋反压产生侧向水平力导致渗沥液调节池及渗沥液导排管发生破坏，该区域反压时需考虑对渗沥液调节池的保护，做法见图3。具体要求如下：

①该区域砂袋堆积前于坡脚位置插入工字钢进行支护；

②工字钢桩的位置应位于大坝排水棱体坡脚位置，建议工字钢施打的位置为根据竣工图推测的坡脚线位置向外移约1～2m的位置，因垃圾填埋场施工图的坐标及高程系统与现系统不一致，故该推测坡脚线位置可能有出入，现场施工前可采用试打、静力触探或小型探槽的方法再确认坡脚线位置。

③插入型钢后，坡脚分段开挖深度约1m软弱土，分段回填砂袋后才可开挖下一段，每一段开挖宽度不大于5m；

④在坝体坡脚线距离水池小于20m区域均须先施工工字钢清除1m软弱层后再进行砂袋堆积，当土体呈软塑、流塑状时需先将水抽干后清淤，然后回填块石或毛石，回填厚度根据软土厚度确定；

⑤工字钢采用40C或40B型号，L=9.0m，间距0.5m，顶部采用20a型槽钢设置一道扣梁，以焊接型式连结，砂袋反压完成后工字钢不拔出，作为永久支护结构，故施工前工字钢及槽钢均需涂抹防腐剂进行防腐；采用跳打法施工；

⑥工字钢施工前应根据机械施工条件对现场施工场地进行调查，根据地质条件、现场作业环境、工字钢型式、重量、长度等具体条件选用合适的施工机械；

⑦砂袋应具备透水、防腐、抗老化功能，按“品”字形平整码放，上下不得形成通缝；另外，为减小雨水冲刷造成后期反压失效，上部土夹石反压完成后于表面敷设50cm厚砌片块石层；反压坡脚的砂袋上覆薄层毛石保护层，毛石铺设前应考虑对砂袋采取防护措施，避免毛石扎烂砂袋；

⑧因大坝现状已发生变形，故施工时需重视施工顺序，施工前应实测坡脚线位置，分段开挖，砂袋堆积自下而上等合理科学的施工顺序，严禁超挖，不可为抢工期一次性开挖、超挖。

图31-1′剖面位置做法

（2）2-2′剖面处：该处分布渗沥液导排穿坝管两根，为防止反压体将穿坝管压坏，做法见图4，具体要求如下：

图4   2-2′剖面位置做法

①施工前须实测并确定穿坝管准确位置，后于两根穿坝管外缘处≥1m平行管子纵向各施打一排长度6m工字钢，打至现坝体坡脚内0.5m处，工字钢间距0.65m，工字钢型号为40B或40C，跳打施工；支护结构考虑永久性，工字钢施工前需涂抹防腐剂防腐；

②两排工字钢施工完成后，顶部采用40C或40B工字钢梁+60mm厚刚板或钢架混凝土预制板保护后再堆积砂袋，保证穿坝管不因砂袋及土夹石堆积发生破坏；

③保护钢板南北边缘为两排工字钢的外缘位置，东缘为现地面线与大坝交线位置，西缘为交线以外的8m处，总面积约40m²；

④工字钢外缘地面先采用50cm厚狗头石换填后再填砂袋；

⑤工字钢施工前应先进行试打，缓慢施工，防止工字钢施打时下部大块石挤向穿坝管导致其破坏，砂袋及土夹石反压其余做法参考1-1′剖面；

（3）3-3′剖面处：位于大坝坝脚的西南角，因前期填埋区内渗沥液水位壅高在右坝发生溢流，导致大坝脚西南区域长期受渗沥液浸泡，土体较软，故需对该软弱土层进行处理后方可进行反压工作，做法见图5，具体要求如下：

图53-3′剖面位置做法

①该区域置长期泡水，需先抽干水后清淤，然后回填块石、毛石或碎石，根据软弱土层淤积厚度确定回填厚度；

②当原大坝实际坡脚线距离渗沥液调节池距离＜20m时，应按剖面1-1′剖面插入工字钢后再施工；

③将积水抽干清淤后自地面坡脚线外的8.0m处开挖深度约1.5m，后于底部铺设厚度≥0.5m狗头石作为基础后再堆填砂袋。

④其他做法参考1-1′剖面。

（4）4-4′剖面处：位于大坝坝脚的西北部，为坡脚线下游无重要保护构筑物的空地，且地表土层力学强度尚可，可不于底部敷设狗头石而直接堆填砂袋，当局部开挖时发现土层软时，按3-3′做法；其余做法参考1-1′剖面。

3  变形监测

3.1  变形监测布置

坝脚反压施工完成后，于坝体（含反压加固体）、垃圾堆体中进行了安全监测布置，以密切观测场区的变形特征及规律，并检验应急处理措施的效果。监测项目含坝体及堆体的水平位移和沉降位移监测、坝体和堆体内的水位和水压监测、坝体和堆体内的深层水平位移监测，监测平面布置图件图6。

图6   监测平面布置图

3.2  变形监测成果

通过41个坝体及堆体的表面位移监测、6个库区上游至下游的纵向的水压监测、14个不同位置的坝体及堆体的深层水平位移监测得到：应急抢险工作实施后，场区内各变形均渐渐收敛而趋于稳定。

4  实施成果

4.1  整治成效

该垃圾填埋场由2021年的大坝变形且有加大趋势经过应急抢险措施施工后，取得以下的成效：

（1）垃圾场内渗沥液水位已明显降低；

（2）垃圾场原表面覆膜拉裂、裸露问题已整治，雨污分流得到明显改善；

（3）大坝位移量逐渐减小，趋于稳定。

4.2  实际运用

通过前期应急抢险的坝脚反压结合填埋库区的降液处理、修坡整形等措施实施后，至2022年该垃圾场垃圾堆体的总体坡比约为1:10～1:6，堆积边坡总体平缓，垃圾堆积量已接近设计的有效库容，服务年限已到期。

因该市的生活垃圾不能持续稳定进入焚烧厂进行焚烧，考虑到该填埋场垃圾堆体边坡较缓，大坝变形已逐渐收敛，具有直接在现填埋场内继续填埋的良好条件。故从经济性和即时性、库容的满足性、堆体及大坝的稳定安全性、现有设备处理能力的可靠性等方面综合评估该垃圾填埋场是否具备延期运营一年的能力。

（1）经济型和即时性：因生活垃圾每天都会产生，在不能进入焚烧厂焚烧时，大量垃圾将无法处置，短时间亦无法再新建，故若能在现垃圾场内继续堆填是最优方案，可切实解决该市垃圾处置现状的困境。

（2）设备处理能力可靠性：该垃圾场经过2021年的多项整治措施的实施后，其各设备的处理能力已经得到相当提升，能满足日最高垃圾处理量的需求，且经修坡整形后，垃圾堆体边坡坡度缓，远小于规范要求的最大坡度。

（3）库容的满足性：按延期运营日进垃圾最大量450t/d算，延期运营一年总运进垃圾量约16.5万m³，按日进正常垃圾量100t/d算，延期运营一年总运进垃圾约3.7万m³，在垃圾能进入焚烧厂焚烧时则更少。而该填埋场若按坡度1:3继续填埋（堆填设计方案剖面见图9），可有效填埋生活垃圾量39.8万m³，增加的库容远超延期运营一年需填埋的垃圾量，富余部分亦可作为突发应急储备场地使用。

图9   堆填方案剖面图

（４）稳定安全性：因延期一年运营需堆填的垃圾量远小于设计方案可有效填埋的生活垃圾量，即实际堆填的垃圾边坡形体位于填埋方案形体之下，故只要图9填埋设计方案计算满足相关安全稳定性要求，即可在该垃圾填埋场内继续堆填运营，稳定性均能满足要求。通过2021年对大坝进行危险性分析与评价时进行的地质钻探成果对设计方案进行稳定性计算，得到垃圾大坝及堆体的稳定性计算结果分别见表1和表2：

稳定性计算结果：通过前期的应急抢险整治实施后，该垃圾填埋场满足继续运营一年的要求。

5  结语

坝脚反压虽然是一种很常见的、简单的、易于施工的应急抢险措施，但在设计及施工时仍需根据项目实际地质条件及周边环境进行分段设计及施工，并结合项目特征采取其他针对性的辅助措施。

本生活垃圾填埋场通过实施坝脚反压及降低渗沥液水位两个主要应急抢险措施后，不仅让原本有加剧变形迹象的垃圾大坝逐渐收敛，而且在项目服务年限到期、垃圾堆填至接近有效库容时实现了延期运营一年的良好效果。

参考文献：

[1]王瑞． 某垃圾坝体稳定性分析及治理措施建议［J］． 地质环境.2096-7519（2020）05-104-3）． 104-105+108．

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部． 生活垃圾卫生填埋场岩土工程技术规范：（CJJ176-2012）［S］． 北京：中国建筑工业出版社．

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部． 建筑抗震设计规范：（GB 50011-2010）（2016年版）［S］．. 北京：中国建筑工业出版社．

[4]中华人民共和国水利部． 碾压式土石坝设计规范：（SL 274-2020））［S］． 北京：中国水利水电出版社．