固體廢棄物填埋庫區巖溶洼地軟弱下臥層沉降分析及處治對策

摘 要：固體廢棄物填埋場填埋庫區地基不均勻沉降是控制填埋場污染問題的關鍵問題之一。本文根據郴州某地區填埋場建設過程中的巖溶洼地軟弱下臥層處治案例，通過三維地質建模研究軟弱下臥層的分布特點及范圍，并采用有限元方法分析庫區基底沉降，通過方案對比提出采取變形協調方式控制地基不均勻沉降，以期為今后類似工程提供參考經驗。

關鍵詞：固體廢棄物；填埋庫區；軟弱下臥層；不均勻沉降；變形協調

中圖分類號：U455.49 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）10-0104-02

Settlement Analysis and Treatment Countermeasures of Soft Substratum

in Karst Depression of Solid Waste Landfill

FENG Hanwen1，2，3 ZHANG Keneng1，2，3 ZHANG Yunyi1，2，3 LI Jiangling1，2，3

（1.Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals and Geological Environment Monitoring（Central South University）， Ministry of Education，Changsha Hunan 410083；2.Hunan Key Laboratory of Nonferrous Resources and Geological Hazards Exploration，Changsha Hunan 410083；3. School of Geosciences and Info-Physics， Central South University，Changsha Hunan 410083）

Abstract： The uneven settlement of the foundation of the solid waste landfill is one of the key problems in controlling the pollution of the landfill. Based on the treatment case of the soft lower lying layer in the karst depression in the construction of a certain area in Chenzhou， this paper studied the distribution characteristics and scope of the weak substratum through three-dimensional geological modeling， and used the finite element method to analyze the foundation settlement in the reservoir area， and the deformation coordination method was put forward to control the uneven settlement of the foundation by means of the scheme comparison. It is hoped that this study can provide reference experience for similar projects in the future.

Keywords： solid waste；landfill reservoir area；weak substratum； uneven settlement；deformation coordination

固體廢棄物填埋場作為特殊的巖土工程類別，其地基的不均勻沉降將有可能帶來嚴重的環境污染問題。巖溶洼地中地基的不均勻沉降較為常見，其特征是地面各點的沉降值不一致，導致地表的平整度發生變化。垃圾堆體往往是大面積的高壓荷載，若地基出現了不均勻沉降，將引發顯著的應力集中，差異沉降值將進一步快速發展。廢棄物填埋場因地基的不均勻沉降造成的環境工程問題主要有兩個方面：一是導致填埋場基底各種導排防滲結構被破壞，進而引發滲濾液的泄露；其二是造成堆體失穩。地基的不均勻沉降關系著填埋場的安全穩定運行，因此研究填埋場地基不均勻沉降的處治對策對填埋場的建設具有重要意義[1]。

1 郴州某廢棄物填埋庫區軟弱下臥層分布特征

郴州市某危險廢物綜合處理中心位于永興縣境內，擬對工業危險廢物進行安全填埋，作業方法為每日覆土的單元分層作業法，其安全填埋庫設計庫容為80×104m3。

擬建庫區為山間洼地相間的丘陵地貌，地層由上至下的分布如下：

①黏土。殘坡積成因，主要由黏粒、粉粒組成。該土層厚度約為1.50～25.40m。

②軟黏土。殘坡積成因，厚度為1.10～6.90m。分布在庫區的西北角，為溶蝕凹槽，因地下水匯集此處所致。軟黏土層埋深一般在設計庫底以下5～10m。

③下伏基巖為石炭紀灰巖，巖質軟硬相間，受力易碎。

填埋庫區最大地基附加應力為500kPa，庫區范圍約為（200×200）m2。通過三維地質建模軟件，建立填埋場地層的三維地質模型，如圖1至圖2所示。

2 軟弱下臥層沉降分析及處治對策研究

2.1 分析模型及參數

本次數值模擬計算選用的是目前巖土工程中較為常用的三維有限元分析軟件——MIDAS/GTS[3]。采用三維地質建模模型分析。考慮到填埋庫區的服役周期為8年，為保證計算所得的不均勻沉降量有足夠的安全儲備，不考慮軟黏土因附加應力造成壓縮模量的變化，加載方式采用一次加載完成。計算參數如表1所示。

2.2 結果分析

根據計算結果可知，庫區地基沉降量與軟黏土分布密切相關，最大沉降量為1.46m，位于軟黏土分布最厚區域，滲濾液將在最大沉降量發生處匯聚，引發滲濾液水位升高。此外，基底防滲膜因不均勻沉降過大，承受的拉應力值將超過防滲膜材料抗力，導致防滲系統受損。最終在壅高滲濾液及防滲系統受損情況下導致滲濾液泄露，引起嚴重的地下水污染問題。

2.3 處治方式

常用的軟基處理方法有真空預壓、開挖換填、水泥土攪拌樁、塑料板排水和注漿加固等。考慮到該層軟黏土埋深深度大，已無開挖換填的可能；若采用真空預壓和塑料板排水，而黏土層為弱透水層，地基加固工期長，將嚴重制約填埋庫區的建設進度；軟黏土分布范圍較廣，如果采用水泥土攪拌樁或注漿加固，造價過高，不經濟。因此，借鑒軟土地基路基控制不均勻沉降技術[4]，采用變形協調控制措施，既能有效控制不均勻沉降，又能加快施工進度，經濟性合理。

3 結論

固體廢棄物填埋場軟弱下臥層地基不均勻沉降威脅著填埋場基底水平導排防滲結構及堆體的穩定性，從而影響填埋場的正常運營，甚至將導致嚴重的環境災害。庫區軟弱下臥層的特征及分布是處治成敗的關鍵。基于此，本文在結合地質鉆探數據的基礎上，通過三維地質建模，采用MIDAS/GTS直觀分析軟弱下臥層對填埋場地基的影響，并提出軟弱下臥層的處治方式。

參考文獻：

[1]薛祥，于瑋，沈濱，等.垃圾填埋場地基沉降計算分析及相關設計問題[J].土木工程學報，2010（6）：94-99.

[2]陳希哲.土力學地基基礎[M].4版.北京：清華大學出版社，2004.

[3]雷金山.廣州地鐵隱伏型巖溶地基穩定性分析及充填處理技術研究[D].長沙：中南大學，2014.

[4]張帥，張軒.考慮容許縱坡差的軟土路堤預拋高預測[J].城市道橋與防洪，2016（7）：56-58.