生活垃圾處理場(chǎng)滲濾液貯存池土壩應(yīng)急加固工程方案比較

高樹天,朱宏飛

(沈陽市水利規(guī)劃院，遼寧 沈陽 110015)

1 工程概況

沈陽市大辛生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)坐落于沈北新區(qū)財(cái)落鎮(zhèn)大辛村，為大型垃圾填埋場(chǎng)，工程建設(shè)投資為1.2億元人民幣。填埋場(chǎng)始建于2003年3月，占地面積約54.05hm2，總庫容1357萬m3，設(shè)計(jì)使用年限為13.6年，日處理量為2000t。垃圾滲瀝液采取碟管式反滲透處理工藝(DTRO)，滲瀝液設(shè)計(jì)處理能力為230t/d。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2016年，沈陽市大辛生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)，日處理生活垃圾達(dá)4000t，超過設(shè)計(jì)處理能力一倍，而且需求還在增大。長(zhǎng)期的超負(fù)荷運(yùn)行，使填埋場(chǎng)填埋區(qū)不斷增加容積的同時(shí)，垃圾滲瀝液也不斷增加，以凈析出量800t/日速度遞增，大大超出了原設(shè)計(jì)規(guī)模230t/日的處理能力。

根據(jù)測(cè)算，至新增處理設(shè)施改造運(yùn)行時(shí)，滲濾液還將凈增加24萬m3。目前大辛垃圾場(chǎng)滲濾液貯存池的攔蓄面積為12萬m2，攔蓄容量為75萬m3，急需在短期內(nèi)完成滲濾液貯存池?cái)U(kuò)容任務(wù)，同時(shí)不能間斷垃圾場(chǎng)的正常運(yùn)行，不能增加現(xiàn)有貯存池的占地，方便施工。

2 工程現(xiàn)狀

大辛生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)是利用原磚廠取土坑改建而成的，地形南高北低，南側(cè)為生活垃圾填埋區(qū)，北側(cè)為滲濾液貯存池，東側(cè)為辦公生活區(qū)。填埋區(qū)、貯存池外側(cè)圍堰呈簸箕型，分期填筑而成。處理場(chǎng)的滲濾液主要儲(chǔ)存在填埋場(chǎng)北側(cè)滲濾液污水坑中，面積約12萬m2，滲濾液總量約75萬m3。

現(xiàn)有的滲濾液污水坑外圍采用粘土均質(zhì)壩，壩軸線長(zhǎng)1470m，壩頂高程72.23～72.83m。大壩下游高程58.00～69.50m，最大壩高15.37m，現(xiàn)狀滲瀝液池水面高程為71.13m。壩頂寬2.75～6.55m，土壩上游鋪設(shè)HDPE土工膜，膜下加長(zhǎng)絲針刺無紡?fù)凉げ?。坡比?∶1.5～1∶2.2，坡面無防護(hù)。壩體于2015—2016年進(jìn)行過鋼管樁加固，方法是在壩頂、壩坡、壩根等部位打鋼管樁，壩體形成1—3排鋼管樁加固。目前，局部地段鋼管樁已經(jīng)向壩體外側(cè)傾斜，傾角一般10°～20°，最大約40°。整個(gè)壩體部分高出地面十幾米，形成了一個(gè)陸上懸湖，潰壩風(fēng)險(xiǎn)極大。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 問題分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和查閱維修資料分析，滲濾液貯存池土壩存在以下問題：

(1)原有土壩在2015—2017年加固維修時(shí)，土壩加高土料均未按要求進(jìn)行分層碾壓，土壩密實(shí)度較差，土體存在不均勻沉降，壩頂存在多處沉降縫，施工質(zhì)量較差，壓實(shí)度達(dá)不到規(guī)范要求。

(2)大辛垃圾填埋場(chǎng)滲濾液貯存池土壩長(zhǎng)為1470m，現(xiàn)狀滲濾液貯存池?fù)跛畟?cè)壩頂高程為72.23～72.83m，設(shè)計(jì)壩頂高程為74.15m，兩者相差為1.32～1.92m，故現(xiàn)有滲濾液貯存池土壩壩頂高程不滿足設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行加高加固處理，防止?jié)B濾液外溢事故發(fā)生。

3.2 土石壩等級(jí)

根據(jù)SL 252—2017《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，工程等別應(yīng)為Ⅴ等，主要建筑物級(jí)別為5級(jí)。但同時(shí)該規(guī)范4.1.3規(guī)定“失事后損失巨大或影響十分嚴(yán)重的水利水電工程的2～5級(jí)主要永久性水工建筑物，經(jīng)過論證并報(bào)主管部門批準(zhǔn)，可提高一級(jí)；”考慮到工程實(shí)際，對(duì)周邊環(huán)境影響極大，污染性極強(qiáng)，屬環(huán)保重點(diǎn)項(xiàng)目工程，經(jīng)有關(guān)部門協(xié)商同意，將大辛垃圾填埋場(chǎng)土壩主要建筑物等級(jí)提高到4級(jí)，按照4級(jí)土石壩工程設(shè)計(jì)。

3.3 壩體加高計(jì)算

滲瀝液池現(xiàn)有溶液約75萬m3，水面面積約12萬m2。填埋區(qū)面積為6萬m2，填埋區(qū)與滲瀝液池連通，可容納部分滲濾液，現(xiàn)狀滲瀝液池水面高程為71.13m。增加24萬m3滲瀝液后，水面標(biāo)高增值預(yù)計(jì)為1.35m，水面高程可達(dá)72.48m左右。

參照SL 189—2013《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，壩頂高程取正常蓄水位或設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)行條件的壩頂超高之和、校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高之和、正常蓄水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高再加地震安全加高之和，三者之中的最大值。壩頂高程按照下式進(jìn)行計(jì)算：

Y=R+A

(1)

式中，Y—壩頂超高，m；R—最大波浪在壩坡上的爬高，m；A—安全加高，正常運(yùn)行條件取0.3m、非常運(yùn)用條件0.5m。

土壩壩頂高程計(jì)算成果見表1。

表1 壩頂超高計(jì)算表

為保證土壩壩頂高程的安全，本次設(shè)計(jì)壩頂超高取大值1.67m，加水面高程72.48m，設(shè)計(jì)壩頂高程取74.15m。

3.4 加固方案比選

為方便施工和管理，將現(xiàn)狀壩頂整平，整平后高程為72.55m，與設(shè)計(jì)壩頂高程差為1.57m，需加高1.6m。

由于工程已連續(xù)加高兩次，加高方案均為下游培厚加高，目前下游壩腳基本到達(dá)圍墻邊界，無加高培厚的空間，因此結(jié)合本工程的實(shí)際情況，土壩加高加固提出了“防浪墻”和“混凝土板樁”兩個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

3.4.1 防浪墻方案

土壩采取防浪墻擋水方式，如圖1所示。新建“L”型鋼筋混凝土防浪墻，防浪墻底部設(shè)置0.1m厚C15素混凝土墊層。上游防浪墻高1.5m，墻厚0.3m，底板長(zhǎng)3.5m，底板厚0.3m。在原有防滲膜頂鋪450g/m2長(zhǎng)絲針刺無紡?fù)凉げ歼M(jìn)行保護(hù)，下游壩坡鋪設(shè)草皮進(jìn)行坡面防護(hù)。

圖1 防浪墻方案斷面圖

3.4.2 混凝土板樁方案

土壩采取混凝土板樁擋水方式，如圖2所示。樁頂設(shè)計(jì)頂高程為74.15m，壩頂整平后高程為72.55m。板樁支撐高度1.6m，埋深4.4m。將原錨固溝沙袋清除，板樁距上游壩坡0.75m，布置在錨固溝的中部，錨固溝回灌C25素凝土，與板樁結(jié)合為整體。防滲膜焊接加長(zhǎng)6.6m，采用厚度1.5mm的HDPE防滲膜，上下鋪450g/m2長(zhǎng)絲針刺無紡?fù)凉げ急Ｗo(hù)。

圖2 混凝土板樁方案斷面圖

兩種加固處理方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較結(jié)果見表2。

綜上比較，防浪墻方案投資小，施工工藝簡(jiǎn)單，對(duì)壩體擾動(dòng)較小，整體性好，且施工質(zhì)量容易控制，因此本次加固設(shè)計(jì)推薦選擇防浪墻加固方案。

4 加固工程施工

4.1 壩頂基層處理

實(shí)測(cè)現(xiàn)狀壩頂高程為72.23～72.83m，取平均高程為72.55m，采用74kw推土機(jī)進(jìn)行壩頂整平，整平深度0.30m。整平后采用碾壓機(jī)械進(jìn)行壩頂壓實(shí)。岸坡附近和結(jié)構(gòu)邊角處采用振動(dòng)打夯機(jī)夯實(shí)，直到基面大致平整。

現(xiàn)狀壩頂寬2.75～6.55m，局部段壩頂需要填土加寬，填土面要進(jìn)行清基處理，加寬培厚處按照1∶2坡比放坡。填土與碾壓必須同時(shí)進(jìn)行，每次填土虛鋪厚度不應(yīng)超過0.30m，用碾壓機(jī)械碾壓6—8遍，每遍之間應(yīng)有10%的重疊寬度。為提高壩頂基面的強(qiáng)度，壩面鋪設(shè)20cm碎石進(jìn)行擠密碾壓。

4.2 防滲膜工程

在壩頂整平時(shí)需將現(xiàn)狀防滲膜挖出，挖出的防滲膜采取臨時(shí)措施進(jìn)行保護(hù)，待壩頂基層處理完畢后，將防滲膜鋪設(shè)到錨固溝內(nèi)，上面鋪設(shè)450g/m2的長(zhǎng)絲針刺土工布進(jìn)行表層保護(hù)。

4.3 防浪墻工程

新建“L”型鋼筋混凝土防浪墻，防浪墻底部設(shè)置0.1m厚C15素混凝土墊層。上游防浪墻高1.5m，墻厚0.3m，底板長(zhǎng)3.5m，底板厚0.3m。下游設(shè)置路邊石，兼具擋水和安全的作用，每隔50m設(shè)置泄水檢查井和排水溝一處。壩體順直段每隔12m采用瀝青木板進(jìn)行分縫，采用橡膠止水帶密封上游側(cè)墻體和防滲齒，分縫表層滿布雙組分聚硫密封膏。

表2 方案綜合比較

5 結(jié)語

經(jīng)過兩個(gè)月的緊張施工，滲濾液貯存池土壩加固順利完工，險(xiǎn)情基本排除，達(dá)到預(yù)想設(shè)計(jì)效果。實(shí)踐證明，因地制宜選擇切實(shí)可行的方案，就是最佳方案。本工程的順利實(shí)施可為類似工程提供參考。