大型全地下剛性填埋場結(jié)構(gòu)設計

李 硯

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092]

1 工程概況

四川某大型全地下剛性填埋場位于南充市化學工業(yè)園內(nèi)，該填埋場及所屬項目的其他設施是南充市以及川東北地區(qū)危險廢物重要的處理場所，對周邊地區(qū)的環(huán)境治理以及岷江、長江上游和三峽庫區(qū)水資源保護具有深遠的意義。

根據(jù)廠區(qū)總體工藝布置要求，填埋場位于場地南側(cè)，分期建設，一期庫區(qū)占地面積8 500 m2，總庫容109 368 m3，根據(jù)物料平衡，實際填埋容重按1.5 t/m3計，平均年填埋量11 830 t/a。一期填埋場服務年限為13.8 a。

2 場地條件

2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)詳勘報告，場地巖土分布及結(jié)構(gòu)特征分述如下：①素填土；②粉質(zhì)黏土；③卵石；④-1強風化砂質(zhì)泥巖；④-2中風化砂質(zhì)泥巖。巖土的工程特性指標見表1。

表1 巖土的工程特性指標

擬建場地抗震設防烈度為6 度，設計基本地震加速度值為0.05g，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，屬于對建筑抗震一般地段。

2.2 水文地質(zhì)條件

場地內(nèi)存在兩種類型的地下水。一是上層滯水，主要賦存于場地上部的人工填土層中；二是賦存于基巖層中的基巖裂隙水。主要受鄰區(qū)地下水側(cè)向補給，各地段富水性不一，無統(tǒng)一的自由水面。基巖裂隙水水位埋深不一，且水量較大，對基礎(chǔ)設計和施工影響較大，宜按照水位標高296.00 m（場坪標高306.0 m）進行抗浮設計。

3 填埋場結(jié)構(gòu)設計

3.1 填埋場總體布置

一期填埋庫區(qū)總面積約8 500 m2，分為4 個填埋分區(qū)，每個填埋分區(qū)為49.45 m 長×39.50 m 寬×14.00 m 深的長方體結(jié)構(gòu)，彼此獨立。填埋庫頂高于地面0.5 m，庫底埋深13.5 m，屬于全地下填埋場。填埋場頂部設置張拉膜結(jié)構(gòu)雨棚，庫區(qū)內(nèi)側(cè)采用2.0 mmHDPE 膜作為主防滲層，見圖1、圖2。

圖1 填埋場平面布置圖（單位：mm）

圖2 填埋場豎向布置圖（單位：mm）

填埋作業(yè)時采用轉(zhuǎn)運車或叉車將包裝好的危廢運輸至填埋庫南側(cè)作業(yè)道路后，由移動式龍門吊將填埋物吊送至庫底碼放堆填。

3.2 庫區(qū)外側(cè)擋墻

一期安全填埋庫區(qū)外側(cè)擋墻高14.00 m，單片墻長約50 m，頂部約束自由，填埋作業(yè)工藝要求庫區(qū)不設內(nèi)支撐，所以從經(jīng)濟性角度出發(fā)，采用扶壁式擋墻結(jié)構(gòu)。壁板厚500 mm，墻踵外挑6 000 mm，墻趾外挑6 000 mm，間隔約3.92 m 布置扶壁柱，扶壁柱柱寬800 mm，柱底高度同底板外挑長度，柱頂高度700 mm。

扶壁式擋墻設計需滿足以下設計工況：

工況一：外側(cè)土體回填，內(nèi)側(cè)空庫；

工況二：庫區(qū)滿水試驗，外側(cè)土體未回填。

工況一墻體抗傾覆穩(wěn)定驗算見表2。

表2 墻體抗傾覆穩(wěn)定驗算結(jié)果

墻體內(nèi)力采用Autodesk Robot Structural Analysis 軟件，底板計算結(jié)果見圖3、圖4，側(cè)壁計算結(jié)果見圖5、圖6。

圖3 外側(cè)擋墻工況一彎矩圖

圖4 外側(cè)擋墻工況二彎矩圖

圖5 工況一扶壁擋墻壁板X 向彎矩圖

圖6 工況一扶壁擋墻壁板Y 向彎矩圖

底板下層最不利工況為工況一，下層橫向最大彎矩為2 730.27 kN·m/m；下層縱向最大彎矩為968.93 kN·m/m。底板上層最不利工況為工況二，上層橫向最大彎矩為2 813.54 kN·m/m；上層縱向最大彎矩為1 076.23 kN·m/m。

扶壁式擋墻壁板被扶壁柱分隔為3.92 m×14.00 m 單向受力板，根據(jù)圖5 和圖6 所示，壁板水平向最大彎矩11. 47 kN·m/m，水平向彎矩影響范圍大，豎向最大彎矩136.32 kN·m/m，豎向彎矩影響范圍較小，因此壁板水平向均布配筋，壁板豎向分離配筋，并在根部加強。

3.3 庫區(qū)中間隔墻及分期隔墻

根據(jù)一次規(guī)劃分期建設的原則，二期庫區(qū)布置在一期庫區(qū)南側(cè)，并與一期庫區(qū)結(jié)構(gòu)間以結(jié)構(gòu)伸縮縫隔開。

庫區(qū)內(nèi)的中間隔墻及分期隔墻需滿足雙側(cè)受力要求的同時盡量少的占用庫容，并且為滿足防滲膜鋪設的需要擋墻兩側(cè)均應平整。所以中間隔墻及分期隔墻采用懸臂式擋墻結(jié)構(gòu)，墻體采用箱型截面。截面中肋板間距3 m，墻體總厚度3.5 m，兩側(cè)翼板厚度400 mm，見圖7。

圖7 箱型截面擋墻示意圖

箱型截面擋墻肋板間距3 m，肋板厚600 mm，兩側(cè)面板最厚處800 mm，最薄處400 mm，通過改變箱型截面擋墻兩側(cè)面板的厚度，使兩側(cè)面板與肋板形成“工”字型截面柱。擋墻底板厚1 800 mm。箱型截面擋墻抗側(cè)向力計算模型簡化為底部固支頂部自由的“工”字型截面柱抗側(cè)向力計算，計算寬度為3 m，見圖8。

圖8 “工”字型截面柱計算簡圖及配筋圖

根據(jù)《混凝土規(guī)范》，“工”字型截面柱按照大偏心受壓構(gòu)件計算，受壓區(qū)配筋面積不小于17 553 mm2，根據(jù)截面受剪驗算配箍量不小于1.631 mm2/mm，按照強腐蝕條件下裂縫寬度不大于0.15 mm 的要求，受拉鋼筋面積不小于1 810 000 mm2。

采用Autodesk Robot Structural Analysis 軟件計算箱型截面擋墻底板受力情況，結(jié)果見圖9。

圖9 箱型截面擋墻底板彎矩圖

箱型截面擋墻底板最大彎矩位于擋墻根部，為3 096.98 kN·m/m。

3.4 庫區(qū)基礎(chǔ)及底板

庫區(qū)底板由擋墻底板和庫底非加厚區(qū)底板組成，庫區(qū)基礎(chǔ)位于④-2中風化砂質(zhì)泥巖，fak=500 kPa，基礎(chǔ)底板以下設300 厚1∶3 砂石墊層，壓實度不小于0.96。庫區(qū)內(nèi)填埋危廢容重15 kN/m3，填埋高度14 m，因此地基承載力滿足設計要求。

庫區(qū)抗浮水位為絕對標高296.0 m，設計地坪標高306.00 m，考慮到空庫狀態(tài)下庫區(qū)底板長期受水浮力作用，因此除去擋墻底板外庫區(qū)底板其他區(qū)域為非加厚區(qū)，厚度700 mm，采用錨桿抗浮，庫底局部需采用毛石混凝土換填至中風化巖層，毛石混凝土內(nèi)設抗浮吊筋，使換填料兼做抗浮配重，與抗浮錨桿協(xié)同作用。

擋墻底板與庫區(qū)底板非加厚區(qū)之間以結(jié)構(gòu)變形縫隔開，變形縫內(nèi)填充20mm 厚丁腈軟木橡膠墊板，變形縫止水采用中埋式鋼邊橡膠止水帶+ 外貼式橡膠止水帶。

為保證庫區(qū)周邊地下水位在短時強降雨條件下低于設計抗浮水位，分別于填埋庫區(qū)西南角、東南角、北側(cè)中間段分別設置一座地下水監(jiān)測及水位控制井。每座地下水監(jiān)測及水位控制井內(nèi)設置一臺深井潛水泵，當?shù)叵滤_到設計抗浮水位以下1.00 m時，通過地下水輸送管壓力流就近排放至附近雨水明溝。地下水監(jiān)測及水位控制井由DN800 HDPE 實壁管構(gòu)建，深井潛水泵具體參數(shù)為：流量Q=25 m3/h、揚程H=20 m、功率P=3 kW。

4 填埋場防滲及滲濾液導排設計

庫區(qū)基底防滲系統(tǒng)設計由上而下逐一分析如下：200 g/m2有紡土工布；雙層HDPE 排水板；600 g/m2無妨土工布；2.0 mm 厚光面HDPE；4 800 g/m2GCL；200 g/m2有紡土工布；雙層HDPE 排水板（滲漏檢測層）；600 g/m2無妨土工布；鋼筋混凝土底板。側(cè)壁防滲系統(tǒng)設計：200 g/m2有紡土工布；2.0 mm 厚光面HDPE 土工膜；600 g/m2無紡土工布；側(cè)壁。

一期填埋庫區(qū)分為4 個獨立的的填埋分區(qū)，各填埋作業(yè)分區(qū)設置獨立的滲瀝液收集與導排系統(tǒng)，各填埋分區(qū)在庫底水平防滲層上部設置雙層HDPE排水板作為滲瀝液收集層，滲瀝液經(jīng)重力流收集至位于箱型截面擋墻處的滲濾液提升井，滲濾液提升井設置在箱型截面擋墻的箱型腔內(nèi)，由DN800 HDPE 實壁管構(gòu)建，井內(nèi)設深井潛水泵，參數(shù)為：Q=30 m3/h、揚程H=20 m、功率P=3 kW。

5 結(jié) 語

本文總結(jié)了四川某大型全地下剛性填埋場結(jié)構(gòu)設計的要點。根據(jù)工藝設計需要為全地下剛性填埋場選取合適的擋土墻形式，并通過計算分析了扶壁式擋墻和箱型截面擋墻在剛性填埋場中的受力情況，為截面設計選型和配筋設計提供充分依據(jù)。