三河市生活垃圾卫生填埋场深基坑止水处理及降水设计方案分析

杨书源

（天津市环境卫生工程设计院，天津 300201）

三河市生活垃圾卫生填埋场深基坑止水处理及降水设计方案分析

杨书源

（天津市环境卫生工程设计院，天津 300201）

介绍了河北省三河市生活垃圾卫生填埋场工程及其地下含水层分布情况，通过对压力注浆、水泥深层搅拌桩不同止水帷幕方案及坑底水下回填方案进行技术和经济比较，确定该工程采用适用、经济、安全的压力注浆方案，阐述了基坑降水及库底地基处理方案。

垃圾填埋场；基坑降水；止水帷幕；压力注浆

1 工程概况

三河市生活垃圾卫生填埋场工程坐落于河北省三河市城西7 km的李旗庄境内，102国道以南，大秦铁路以北。现场地为李旗庄砖场，东侧为烧砖，制、晾坯区，西侧为取土坑。因取土的自由性，目前形成了东西长300 m左右、南北宽230 m左右的土坑，坑底高低不平，自西向东逐渐抬升，坑底最深处达24 m（西部最低处标高-4.50 m左右，西部水深3.50 m左右）。四周边坡多处已破坏的含水层向坑内流水，土坑边坡周围坡顶高程19.00 m左右，从场地自然条件看，挖土形成的大坑比较适合作为垃圾卫生填埋场库区。

按照通过专家评审的《河北省三河市垃圾卫生填埋场初步设计》，垃圾填埋坑设计坑底标高为0.00 m，垃圾坑底深度约19.00 m，目前取土坑深度已远大于垃圾填埋坑设计深度。因此，为避免垃圾产生的渗沥液对地下水造成影响，需对取土坑进行回填及防渗处理。但由于西侧坑内现最低水位标高在-1.00 m左右，水体已与承压水相连，仅依靠坑内抽取地下水无法排出坑内积水，必须借助基坑周围大口井降水割断坑外的水力补给来实现。但由于南面大秦铁路路轨边线距坑边仅20 m，基坑周围大规模进行大口井降水势必对大秦铁路的正常使用造成影响（路基沉陷或偏移后果严重），因此，设计上要采取相应措施对其进行重点保护。

2 场地地下含水层分布情况

根据工程勘察报告［1］，场区地表下埋深55 m范围内的含水层主要有③2、③4、④1、④3、⑤2粉土层和⑤1、⑤4砂层（见图1），其中③2、③4、④1、④3粉土层位于埋深约18 m以上，具有微承压性，③2静止水位埋深为4.93 m，④1静止水位埋深为6.47 m；⑤2粉土层和⑤1砂层多位于37 m以上，与⑤4砂层之间间隔⑤3黏土层。

另外，经现场勘察，测得场地地下潜水水位标高为11.78 m。工艺要求设计库底防渗膜标高为0.00 m。在垃圾填埋场填埋运行期间，基底水头差为11.78 m。考虑垃圾填埋场施工与运行特点，为保持施工阶段取土坑底具备施工条件，应采取一定的降水措施以保持坑底干燥；另外为保证垃圾填埋场安全有效运行，在垃圾填埋厚度未能平衡基底所受浮力期间也需采取一定的降水措施以减小基底浮力，前期运行工艺上采用地下水导排系统加以解决。

3 止水处理方案技术分析

根据勘察单位提供的场地水文地质资料［1］，降水所用的大口井影响半径达122 m，加固范围应是基坑与大秦铁路之间对应基坑位置各向东西外延伸8 m左右向北各折线延伸80 m左右，才能满足降水井影响范围，即加固总长度在500 m左右。

图1 土层分布示意

根据场地底层分布情况、承压水情况及周围环境（北侧为大秦铁路），为防止填埋场降水施工对大秦铁路产生不利影响，需在大秦铁路一侧设置1道防渗止水帷幕，其深度原则上是穿透承压含水层进入相对不透水岩体顶板以下，防渗材料以水泥为主。

3.1 止水帷幕方案（压力注浆）

注浆法是一种用液压、气压原理把能固化地基土的浆液（多为水泥浆液）通过压降泵、灌浆管均匀地注入各种介质的裂缝或孔隙中，以填充、渗透和挤密等方式，驱走裂缝、孔隙中的水分和气体，并填充其位置，经一定时间硬化后将松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、压缩性低、抗渗性高和化学稳定性良好的新的岩土“结石体”。结合本场地承压含水层的分布情况，本次对埋深38 m以上承压含水层及其他土层采用压力注浆的方法进行加固。

该方案采用2排注浆孔，注浆管所需的钻孔多采用钻机开孔，孔径100～110 mm，孔内下特制注浆喷头和注浆管（无缝钢管），注浆管均做好丝扣以便于注浆管之间、与注浆喷头及注浆泵喷头连接；注浆管四周用砂子回填，顶部用干性水泥封孔（必须做好密封）。

注浆时，将搅拌罐搅拌的水泥浆液通过注浆泵、注浆管压入土层内。注浆孔采用跳孔注浆的方法，注浆以通气孔作为该孔停住的标准；注浆压力控制在3.0 MPa之内，最大不得超过5.0 MPa。注浆采用水灰比为0.6～0.8的水泥浆，水泥浆采用强度等级32.5级普通硅酸盐水泥。注浆完毕后，用水泥将钻孔（包括注浆管、注浆喷头）封死。

该方案的优点是能够有效将承压含水层及以上土层的空隙封住，真正达到控制地下水渗流的目的；缺点是施工较繁琐，对施工技术要求较高。水泥土挡墙的宽度随渗透性的差异变化较大。

3.2 止水帷幕方案（水泥深层搅拌桩）

原设计方案采用2排深层搅拌桩挡墙进行止水，桩长24 m，桩端位于埋深30 m处，但由于深层搅拌桩施工工艺的限制，无法施工至30 m深处，且由于该方案未能穿透承压含水层，抽水时承压含水层会沿墙底绕流补给，止水效果较差，容易对大秦铁路产生一定的影响。

本方案采用“三轴”施工工艺，可解决施工至30 m的问题。挡墙宽0.85 m，桩长32 m（即埋深6.0～38.0 m）。该方案的优点是施工质量好，水泥浆与土搅拌均匀，止水挡墙的完整性较好；缺点是施工造价较高。

3.3 坑底水下回填方案

西侧坑内现水体水面标高在-1.00 m左右，水深3.50 m左右，水体已经与承压水相连，假设认定承压含水层水头标高即为-1.00 m左右，即可采用回填方案，回填土需采用透水并有一定强度的建筑拆房渣土、山皮石等杂填土（要求筛除细粒土及大块），大块用于坑底部挤淤用，回填土最厚处不少于3.00 m（水下抛填），回填后的标高不低于-2.00 m。回填土从南侧开始，随回填随在北侧抽水，并将不能抽走的水体含在杂填土中（水位标高仍为-1.00 m左右）。水位以上分层回填后进行压实，统一处理槽底做反滤层，按设计标高平整库底。该方案的优点是施工方便，造价较低，同时可不进行大口井降水；缺点是施工所需的填土材料要求较严格，施工质量不易保证，坑底防渗效果不如其他方案，且施工必须避开雨季。

4 止水处理方案经济比较

4.1 止水帷幕方案（压力注浆）费用

2排注浆孔（1排深38 m，另1排深20 m）交叉布置，排间距为2.00 m左右，孔间距3.00 m左右，注浆孔数约330个；考虑到38 m深孔返浆至地表很困难，在深注浆孔之间增加浅注浆孔（深20 m左右），即浅注浆孔的间距也为3.0 m左右，注浆孔数约为128个；即总注浆孔数约为458个。

施工需钻机成孔（孔深分别为38 m左右、20 m左右）、下注浆管和探头（一次性投入，无法拔出）、灌砂子、封孔、搅拌水泥浆、压力注浆及水泥费用、施工费用、电费（注浆泵18.5 kW、搅拌罐5 kW）、缴税等，总费用约需247.24万元，即每延米费用约需4 950元。

4.2 止水帷幕方案（水泥深层搅拌桩）费用

挡墙宽0.85 m，桩长32 m（即埋深6.00～38.00 m），总方量为13 600 m3，单方施工费用（包括水泥、电费、施工费、缴税等总费用）约280元，总费用约需380.80万元，即每延米费用约需7 600元。

挡墙改为2排直径0.70 m水泥搅拌桩，咬合0.20 m，总桩数为2 000根，桩长24 m（即埋深6.00～30.00 m），总方量为19 413 m3，单方施工费用（包括水泥、电费、施工费、缴税等总费用）约130元，总费用约需252.37万元，即每延米费用约需5 010元。

4.3 坑底水下回填方案费用

回填所需的建筑拆房、施工渣土、山皮石等级配好的杂填土达80 000～90 000 m3，尚需增加抽水费用，同时设计要求的回填材料数量较大，当地很难选到，而且这种材料存在不均匀性，对施工要求非常严格，施工质量也不易检测，无法预测施工是否能够达到设计要求，因此回填方法有可能造成地基不均匀沉降，对库底防渗层产生一定的影响（根据工艺专业要求防渗层下的地基必须是均匀的），故未作费用估算。

5 综合分析确定实施止水帷幕方案（压力注浆）

方案确定最重要一点是工程降水绝对不能对大秦铁路造成任何路基沉陷或偏移，鉴于上述分析，确定采用止水帷幕方案（压力注浆）。该方案只要施工时材料选择、施工方法、质量检测严格执行有关规范要求，从技术上应该能够达到设计止水目的。该方案总的费用较低，节约投资，符合建设单位的要求。水泥土形成的挡墙设计要求应位于填埋场基坑外一定距离，以防止大面积回填产生的水平力挤裂挡墙。均应在基坑降水和填埋场回填期间对大秦铁路的路轨及西南侧小桥设置监测点，进行水平位移及沉降观测，以便及时发现问题，及时采取处理措施，并及时调整降水方案，从而减少对铁路的危害。采用该方案，可不在水泥土挡墙部分设置降水井。在填埋库区南侧及东南侧、西南侧施工压力注浆防渗止水帷幕，加固范围应是沿基坑东西向各向外延伸8 m，并向北各折线延伸80 m。防渗止水帷幕宽度不小于3.0 m，为2排注浆孔，外排距南侧红线边界1.0 m。孔1深38 m，孔2深20 m。孔1为2排，交错布置，排间距为2.0 m，孔间距为3.0 m。孔2在内排，在孔1中间（即孔间距也为3.0 m）。止水帷幕平面布置见图2。

6 基坑降水及地基处理

6.1 基坑出水量计算

1） 方法一：依据 GB 50307—1999地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范，按照条形基坑出水量计算公式［2］：

式中：Q为基坑出水量（m3/d）；L为条形基坑长度（m），取值300 m；B为条形基坑宽度（m），取值230 m；k为渗透系数（m/d），取值2.851 2 m/d；M为承压含水层厚度（m），取值8.0 m；S为设计水位降深（m），取值12.58 m；R为影响半径（m），R=10Sk0.5，取值R=198.91 m。

按照公式（1） 计算得Q=3 893.16 m3/d。

2） 方法二：依据YB 9258—1997建筑基坑工程技术规范，利用基坑出水量计算公式［3］：

式中：Q为基坑出水量（m3/d）；k为渗透系数（m/d），取值2.851 2 m/d；M为承压含水层厚度（m），取值8.0 m；S为设计水位降深（m），取值 12.58 m；R 为影响半径 （m），R=2S（kH）0.5，H为含水层厚度（m），取值R=122.07 m；r0为基坑换算半径（m），r0=0.564F0.5，F为基坑面积（m2），取值r0=148.15 m。

按照公式（2） 计算得Q=3 048.86 m3/d。

出水量采用上述计算取较大值Q=3 893.16 m3/d。

6.2 单井出水量计算

水量主要来自填埋坑底以下的⑤1层（强透水层），填埋坑底以上的水量很小可以忽略，因此井结构主要根据⑤1层设计。管井采用承压水完整井抽水。根据钻孔资料中⑤1层底板埋深，设计井深35～40 m，井径500 mm，管径不小于240 mm，缠丝填砾过滤器，滤料为1～5 mm的石英砂，填至地表面以下2～3 m，然后用黏土封实；过滤管长度为⑤1层厚度；井要穿过整个⑤1层，并保证下面有5 m的沉淀管。

如果考虑直接从管井对填埋坑底以上的水量进行降水，可以在填埋坑底以上的各个含水层位置使用过滤管，即采用分段式过滤管的井结构。

单井出水量采用计算最小出水量：

式中：q为最小单井出水量（m3/d）；α为经验系数1.0～1.5；i为水力坡度，开始抽水时i=1；k为渗透系数（m/d），取值2.851 2 m/d；D为钻孔直径（m）；H为含水层厚度（m）。

按照公式（3） 计算得q=144.64 m3/d。

降水井数量n（个） 和降水井间距b（m） 按以下公式计算［4］：

根据公式 （4） 、（5） 计算得：n=30个；b=20 m。

6.3 库底地基处理

降水同时抽干坑内积水，底部清淤结合用建筑垃圾大块级配混凝土块及砖块挤淤，级配寸碎石至④3层表面，以保持与④3、⑤1含水层的水力关系，降低含水层动水压力，上部回填砂砾石至防渗层下部中粗砂地下水导流层下皮，上述回填压实相对密度不小于0.70，上部为不小于0.30 m厚黏土分层回填碾压至库区设计防渗层底部标高（回填土采用边坡开挖土）压实系数不小于0.93。

7 结束语

垃圾填埋场深基坑降水要考虑不能对周围设施产生影响，要结合场地的自然条件、填埋库区工艺要求、工程地质及水文地质条件，综合分析确定降水及止水帷幕方案，此工程确定的止水帷幕方案（压力注浆） 技术上可靠，经济上合理，通过对压力注浆形成的水泥土挡墙进行质量检测符合规范要求，并进行基坑降水及库底地基处理，同时对相邻铁路水平位移及沉降进行观测无任何变化，完全达到了设计要求。该工程竣工后运行状况良好，通过国家有关专家评审作为河北省垃圾填埋场示范工程，其设计获得天津市工程咨询协会2008年度优秀工程咨询成果三等奖。

［1］天津市地质工程勘察院.三河市生活垃圾卫生填埋场岩土工程勘察报告［R］.2006.

［2］GB 50307—1999 地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范［S］.北京：中国计划出版社，1999.

［3］YB 9258—1997 建筑基坑工程技术规范［S］.北京：冶金工业出版社，1997.

［4］林宗元.简明岩土工程勘察设计手册（下册）［M］.北京：中国建筑工业出版社，2003.

Designing Plan of Water-stop Treatment and Dewatering of Deep Foundation Pit for Sanhe Domestic Waste Sanitary Landfill Site

Yang Shuyuan
（Tianjin Environmental Sanitation Engineering Design Institute,Tianjin 300201）

The project of Sanhe Domestic Waste Sanitary Landfill Site in Hebei and its distribution of underground aquifer were introduced.Through technical and economic comparing of water-stop curtain of pressure grouting,water-stop curtain of deep cement agitating pile,and underwater back filling on bottom of foundation pit,the applicative,economic and safe pressure grouting plan for the project was determined.Its foundation pit dewatering and foundation treatment plan was expounded.

waste landfill site；foundation pit dewatering；water-stop curtain；pressure grouting

TU993.3

B

1005－8206（2012） 01－0052－04

2011-12-07

杨书源（1953—），高级工程师，主要从事工程建筑、结构、岩土、水工等专业设计及管理。

（责任编辑：郑雯）