某生活垃圾填埋場壩體穩(wěn)定性監(jiān)測與啟示

李燕妮

（廣州市城市管理技術研究中心，廣東廣州 510170）

1 引言

生活垃圾衛(wèi)生填埋作為處理生活垃圾主要方式之一，在國內外一直得到廣泛應用。衛(wèi)生填埋是一項特殊性較強的工程活動，建設運營和封場后的監(jiān)管都非常重要。近年來，生活垃圾處理方式逐漸以焚燒處理為主、衛(wèi)生填埋為輔，大部分垃圾填埋場逐步實施封場或停止原生生活垃圾填埋作業(yè)。整體安全穩(wěn)定是填埋場全生命周期的重要內容之一，關乎人員、設施財產(chǎn)安全，其中壩體作為填埋場的必要設施和主要建設項目，其結構及穩(wěn)定性既決定了垃圾填埋場的庫容及使用年限，也關系到填埋場的安全運營。影響壩體穩(wěn)定性的因素包括壩體設計、施工和維護等，需綜合填埋場的實際情況進行建設管理。結合實際開展壩體水平位移、沉降監(jiān)測和滲濾液液位觀測，能系統(tǒng)全面掌握壩體穩(wěn)定性情況，及時采取措施鞏固壩體穩(wěn)定安全。本文從垃圾填埋場壩體及填埋區(qū)水平位移、沉降和滲濾液液位觀測角度出發(fā)，對影響壩體穩(wěn)定性的因素進行分析，結合填埋場實際，對封場后的填埋場安全管理提出工作建議。

2 填埋場概況

2.1 填埋場基本情況

某生活垃圾填埋場位于某山體西北側的山坳處，總面積約18 萬m2，于20 世紀90 年代初建成并投入使用，場地設施主要包括垃圾填埋區(qū)、辦公管理區(qū)、滲濾液處理區(qū)和沼氣發(fā)電區(qū)。建設初期，填埋庫容為169 萬m3，運營過程中，因生活垃圾產(chǎn)生量日益增長，當?shù)丨h(huán)衛(wèi)部門于2001 年對該填埋場進行了擴容，將原設置在填埋場內的滲濾液調節(jié)池移到填埋區(qū)擋壩外，對原有垃圾擋壩進行加高，增加垃圾填埋的高度，增加了庫容。擴容后，填埋區(qū)面積近14 萬m2，總填埋庫容約515 萬m3。2002 年該填埋場達到使用年限，實施封場工程。封場時，該場累計進場垃圾約500萬t，填埋面最大標高約78 m。

2.2 地形地質條件

該填埋場所在區(qū)域地貌類型屬構造剝蝕殘余丘陵，地勢總體東南高、西北低，場地地勢起伏較大，實測高程在63.21～67.35 m，地表為人工堆填的素填土、雜填土。填埋場封場后整體地形地貌呈東南高、西北低，最大高差約50 m。該場地地基土成因類型自上而下分別為人工填土層（Qml）、殘積層（Qel）及燕山三期γ2（3）5 花崗巖。

3 壩體情況

該填埋場壩體分為主壩、副壩Ⅰ、副壩Ⅱ，平面布置示意如圖1 所示。

圖1 填埋區(qū)平面布置示意

主壩位于場地西北側，副壩Ⅰ位于場地南側，副壩Ⅱ位于場地東北側。封場過程中，由于垃圾堆體邊坡較陡，按1∶5 進行了坡度修整，原有壩體的高度不能滿足要求的，則對壩體進行加高。壩體采用新舊壩嵌套逐漸加高，封場實施后，垃圾擋壩主壩總高約16.5 m。

主壩位于填埋場西北側“V”型谷中，兩岸出露為燕山期花崗巖，地層有素填土、生活垃圾、淤泥質土、粉質黏土、砂質黏性土和弱風化花崗巖；副壩Ⅰ壩址位于填埋場南側“V”型谷中，兩岸出露為燕山期花崗巖，地層有素填土、生活垃圾、砂質黏性土；副壩Ⅱ壩址位于填埋場東北側“V”型谷中，兩岸出露為燕山期花崗巖，地層有素填土、生活垃圾、粉質黏土、砂質黏性土和弱風化花崗巖。

該填埋場主壩共分4 級，壩高分別為5，2.5，4，5 m，壩體由黏土夯實。壩體的筑壩方式為上游式筑壩，子壩中心線位置不斷向初期壩上游移升。

4 壩體穩(wěn)定性監(jiān)測

該填埋場已封場多年，隨著垃圾滲濾液和沼氣的排出，以及填埋垃圾本身在重力作用下的固結，填埋場各部分均有沉降現(xiàn)象。沉降現(xiàn)象在一定程度上影響著垃圾堆體和壩體的穩(wěn)定，關乎填埋場的安全性，為保障場區(qū)及辦公人員、設備財產(chǎn)安全，提高運營管理水平，對填埋場實施為期2 年的變形（水平位移、沉降）監(jiān)測及滲濾液液位監(jiān)測，評估填埋場壩體穩(wěn)定性。實施監(jiān)測工作為填埋場封場后的信息化管理提供數(shù)據(jù)支撐，為突發(fā)滑移事故提供預警保障，同時對填埋區(qū)水平位移、沉降規(guī)律及滲濾液液位變化分析提供參考數(shù)據(jù)。

4.1 監(jiān)測內容

監(jiān)測內容為填埋場西北側主壩及填埋區(qū)水平位移、沉降和滲濾液液位觀測。其中，變形（水平位移、沉降）監(jiān)測在主壩設置20 個觀測點，填埋區(qū)設置30個觀測點，共布設50 個監(jiān)測點，對應監(jiān)測點分別進行水平位移觀測和沉降觀測，相應的水平位移觀測值以WY 記、沉降值以CJ 記；滲濾液液位觀測在填埋區(qū)設6 個觀測點，相應的觀測值以SW 記。觀測點平面布置示意見圖2。

圖2 觀測點平面布置示意

4.2 監(jiān)測方案

監(jiān)測周期為每月一測，遇超強臺風或特大暴雨等特殊情況加密觀測；監(jiān)測實施過程中，記錄實時天氣狀況，并重點關注場區(qū)條件變化，結合實際適當增加監(jiān)測次數(shù)。

4.2.1 壩體及填埋區(qū)水平位移監(jiān)測

在壩體及護坡以外穩(wěn)固地區(qū)埋設基準點9 個，建立本次監(jiān)測系統(tǒng)的獨立坐標系。水平位移監(jiān)測點埋設采用Φ16 頂端為球形鋼質標芯，用沖擊鉆在硬化地面成孔，放入標芯后，用32.5R 水泥漿固定，使之與地面結構合為一體。根據(jù)場地實際情況，采用固定設站觀測方法，即每次觀測時固定架設在觀測點上，以固定的控制點作為全站儀定向后視，監(jiān)測監(jiān)測點的坐標，即可得到監(jiān)測點的位移變化值。現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)記錄采用儀器自動記錄，同時設定觀測限差，利用儀器在測量記錄過程中隨時對觀測數(shù)據(jù)進行檢查，出現(xiàn)超限提示時及時重測；通過專用計算程序算出各監(jiān)測點每次水平位移量及累積水平位移量。

4.2.2 壩體及填埋區(qū)沉降監(jiān)測

共埋設3 個深式水準基準點，埋設時應避開受壓受震等區(qū)域，確保基準點穩(wěn)固可靠。沉降監(jiān)測點采用Φ20 頂端為球形鋼質標芯，用沖擊鉆在相應的位置成孔，放入標芯后，用32.5R 水泥漿固定，使之與原有結構合為一體。監(jiān)測時采用二等水準測量精度，精度為±0.5 mm/km，水準基點采用往返測路線，沉降監(jiān)測點采用閉合環(huán)水準路線。現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)采集過程中對各項限差進行檢核，若限差超限時，即重測。監(jiān)測數(shù)據(jù)采用“二等水準測量數(shù)據(jù)處理程序”進行平差，計算監(jiān)測點高程、沉降量，并形成現(xiàn)場觀測記錄、監(jiān)測點沉降量計算表。

4.2.3 填埋區(qū)滲濾液液位觀測

共布設兩排滲濾液液位觀測孔，每排3 個孔，共6 個孔（編號SW1-SW6）。采用PVC 壓力管，觀測孔口直徑為100 mm，為防止孔口掉入雜物，孔口管接出地面50～60 mm，并在管口加蓋，蓋的中部留有直徑10 mm 的孔眼，以便垃圾堆體內的沼氣溢出。

4.3 監(jiān)測成果

完成水平位移、沉降觀測和滲濾液液位觀測后，計算各監(jiān)測點的變形量、滲濾液液位值及累積量，繪制變形量—時間和滲濾液液位—時間曲線圖，部分曲線圖見圖3。

圖3 部分曲線圖

（1）水平位移、沉降監(jiān)測結果

監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，該填埋場存在一定水平位移、沉降變形情形。本期監(jiān)測所得，位移累計最大值為24.2 mm，沉降累計最大值為-37.7 mm。最大水平位移、沉降點發(fā)生在填埋場中北部觀測點，最小位移、沉降點在主壩靠近壩腳的觀測點；水平位移速率為0.03 mm/d；沉降速率為0.05 mm/d，水平位移、沉降整體較穩(wěn)定。

（2）滲濾液液位觀測結果

從滲濾液液位觀測所得（見圖4），監(jiān)測期間，滲濾液液位不同孔位的埋深在2.89～18.00 m 之間，其中某個月的滲濾液液位不同孔位的埋深在6.34～15.15 m之間。

圖4 滲濾液液位變化曲線

綜上，從2 年的壩體穩(wěn)定性監(jiān)測結果可知，水平位移累計最大值為24.2 mm，沉降累計最大值為-37.7 mm，水平位移速率為0.03 mm/d，沉降速率為0.05 mm/d。結合有關工程案例進行綜合分析，該填埋場西北側主壩及填埋區(qū)水平位移、沉降總體較穩(wěn)定。從觀測結果所得，多個滲濾液孔位水位保持較高的狀況，考慮到該填埋場底部無防滲膜，周邊山體排水、降雨滲入垃圾堆體，對滲濾液液位有一定影響；距離主壩最近的觀測點孔位的埋深在2.89～6.34 m之間，推測主壩段可能有較高的浸潤線，需對滲濾液液位和壩體位移進行持續(xù)監(jiān)測，并適當增加壩體浸潤線監(jiān)測；此外，因該填埋場主壩中三級壩體設置在殘坡積土層和垃圾上，因擴容而采用新舊壩嵌套加高壩體，且前期滲濾液調節(jié)池設置在壩前，對壩體穩(wěn)定性造成一定影響，應加固壩體以提高其抗滑、抗傾覆能力，確保場區(qū)整體安全。

5 工作思考

填埋場壩體及垃圾堆體的穩(wěn)定性問題直接關系到場區(qū)安全及正常運營，通過對垃圾填埋場進行安全監(jiān)測及穩(wěn)定性評估，既可對其安全狀況作出科學、客觀、全面的評價，對填埋場存在的安全隱患進行預警，發(fā)現(xiàn)隱患可以有針對性地進行處理，又可分析總結影響填埋場穩(wěn)定性的因素并制定整改措施，利于填埋場安全運營管理。

5.1 壩體穩(wěn)定性影響因素

填埋場壩體承受的主要作用力有壩體自重、填埋體土壓力、滲透壓力［1］。封場后，垃圾堆體內有機物不斷降解壓縮，在重力作用下均有沉降發(fā)生，從而影響填埋場壩體穩(wěn)定性。此外，影響填埋場壩體穩(wěn)定性的因素還有以下幾點：

壩體自身情況。如壩體基礎情況、壩體自重、壩體材料、壩體高度等，其中壩體自重是壩體的主要荷載。常用的填埋場壩型主要為重力式壩和柔性壩2種，分別以砌石壩和碾壓式土石壩為代表［2］，若壩體建設時未按相關規(guī)范進行設計施工，使得壩體本身存在缺陷，將影響壩體穩(wěn)定性。壩體本身存在軟弱層和滲漏點，則表明壩體結構存在薄弱環(huán)節(jié)，整體性較不完善。

地下水水位高低情況。部分老舊填埋場因防滲措施老化等，周邊排水或降水滲入垃圾堆體，導致堆體內水位升高，對壩體產(chǎn)生動水壓力，還可能發(fā)生管涌、壩體沼澤化等危害；同時，地下水豐富將使堆體長期處于飽和狀態(tài)，不利于垃圾的自穩(wěn)，也會導致壩體浸潤線升高，降低壩體的穩(wěn)定性。滲濾液水位和地表水平位移速率是填埋場堆體穩(wěn)定安全監(jiān)測的關鍵指標，且兩者呈明顯的正相關［3］。

人類工程活動。填埋區(qū)之上或壩體前緣的人類活動，如工程建設或生產(chǎn)活動，在填埋區(qū)上附加了靜荷載和活動荷載，荷載的增加將加大垃圾堆體側向土壓力，也將引起填埋區(qū)的局部不均勻沉降，從而破壞填埋區(qū)上部的防滲層，導致地表水滲入垃圾堆體內部，垃圾堆體自重增加，隨之壩體承受的荷載增加，甚至提高壩體浸潤線，不利于填埋場壩體穩(wěn)定。壩體前緣的工程建設活動，有可能因抽排地下水等工程措施打破填埋區(qū)的基本平衡狀態(tài)，引起壩體沉降，降低壩體的穩(wěn)定性。

影響壩體穩(wěn)定性的因素還包括填埋垃圾的高度和堆體坡度以及地震活動，在運營過程中需嚴格按照有關規(guī)范進行作業(yè)填埋及邊坡修整，達到使用年限必須按規(guī)定進行封場管理，以確保填埋場穩(wěn)定安全。

5.2 工作建議

對已停用的垃圾填埋場，應實施規(guī)范化封場。封場后加強日常巡視和監(jiān)管，完善檢查、巡查制度，加強填埋場管理工作。一是結合壩體實際情況，如針對壩體高度、基礎情況、壩體材料等采取措施進行壩體加固，提高壩體穩(wěn)定性。壩體穩(wěn)定性在建設初期就應充分考慮，包括地質條件、壩體高度、垃圾堆體坡率、壩型優(yōu)化及壩體構造選擇、壩體抗腐蝕性能設計等。二是完善監(jiān)測系統(tǒng)和應急預案，結合填埋場實際情況，采取人工對設備等進行常規(guī)穩(wěn)定性監(jiān)測，按照監(jiān)測評估建議對監(jiān)測發(fā)現(xiàn)的安全隱患進行整改；對垃圾填埋場的壩體及高于壩體的堆體進行地質沉降、位移動態(tài)等情況的長期監(jiān)測，進一步完善填埋場監(jiān)測預警體系。三是強化填埋場防洪和滲濾液導排能力，降低垃圾堆體地下水水位，使壩體浸潤線位置降低，提高壩體抗滑穩(wěn)定性；做好雨污分流，按規(guī)范設置排水溝、截洪溝，對已損壞的防滲設施及時修補鞏固，減少地表水滲入垃圾堆體。同時，按規(guī)范設置地下水監(jiān)測井，防止地下水受污染。若滲濾液孔位水位較高，應持續(xù)進行填埋場安全性監(jiān)測評估工作，及時掌握場區(qū)安全狀況，確保填埋場整體安全穩(wěn)定。