有机废弃物填埋场自然坝体消险加固方案研究

王晓磊

（南京市燃气服务站，江苏 南京210024）

1 基本情况

某垃圾填埋场原为采石矿坑，自1987 年至2014 年共分两期堆填形成，总占地面积26.33 hm2，最大填埋深度30 m，设计日均填埋规模600 t/d，停用前近三年日均垃圾填埋量约1 000 t/d。地势总体呈西北高、东南低，高程约25~70 m，最低点位于东侧调节池。场地山体岩石属灰岩，柱状缝和裂隙发育，库区填埋高度已超出设计填埋边线，库区渗滤液水位不断增高。填埋库区西侧天然岩石坝体发生多处渗漏，库区东南人工垃圾坝体上的道路未进行路基处理，且没有防渗设计，渗沥液从路堤下的渗水通道渗出，如图1 所示。西南1#库区坡脚也有渗沥液渗漏现象，亟需对坝体进行加固并进行防渗处理。防渗处理另文研究，本文主要对坝体加固进行研究。

图1 库区平面布置图

2 边坡稳定性分析

如图2、图3 所示，该工程地质灾害类型为岩溶和滑坡、崩塌。岩溶发育直接影响边坡和整个填埋场的稳定性。因此需要对边坡岩溶发育情况做进一步探查。对边坡裂隙发育区危岩体的稳定性和边坡整体稳定性进行复核，并针对不稳定区域增加必要的加固措施。

图2 典型渗透点现状图

图3 滑坡体和边坡危岩体示意图

2.1 场地条件

填埋场场地地层隶属于下扬子地层分区之宁镇-江浦地层小区，受构造运动影响，区内大部分为第四系覆盖，以黄褐色填土、生活垃圾、建筑垃圾为主。场地位于大顶山-龙洞山复背斜东南翼，且场区内分布北西向断裂（F1）走向290~305°，倾向西南，倾角较陡，正断层，断裂地表无出露，仅在钻孔中揭露，地形显示为山谷。该断裂为一条较新断裂。该场地构造位于二顶山向斜和龙王山背斜的交汇部位。西侧山坡地层产状较平缓、略有波状起伏，总体倾向南西。受区域构造影响，裂隙较发育。西侧坡体露头处，未见明显溶蚀现象，勘探孔内揭露有溶孔、溶洞等岩溶现象。

2.2 工程地质条件

勘探揭示边坡上部第四系松散层为人工填土及上更新世沉积土体，下伏基岩为震旦系陡山沱组灰岩、角砾状灰岩等。按照《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2018），依据岩土体的成因、时代、埋藏分布等特征，并结合物理力学性质指标，分为6 个工程地质大层，该场地⑤、⑥层分别可分为2 个亚层，具体见表1、表2。其中①层主要为人工堆填物；②层该场地缺失；③、④层为上更系统土层；⑤、⑥层为基岩。

2.3 边坡稳定性分析

综合计算结果和地勘现场调查，自然坝体边坡受区域构造影响，各类结构面较发育，多处发育X 型节理，各结构面倾角较陡，并大于岩层倾角。西侧边坡前缘基本处于临空状态，在风化、降雨、地下水等对坡体稳定性有不利影响，存在至少5 处不稳定或欠稳定楔形体需要加固，如图4 所示。

图4 楔形体平面布置图

地勘资料中边坡软弱结构面分布情况，对可能发生崩塌或崩滑的位置进行区划和稳定验算，计算方法采用三维楔形体稳定分析。根据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013），边坡工程安全等级为二级，稳定安全系数一般工况取1.30，地震工况取1.10，结果见表3。

表3 边坡稳定性计算结果

表1 地层特征描述与分布情况

表2 岩土设计参数

如图5 所示，根据施工勘察揭示的地层信息，选取13 个剖面进行稳定性复核，计算结果见表4。

由计算结果可知，除2-2、7-7 和10-10 剖面外，其余剖面边坡稳定性安全系数满足规范，边坡整体稳定。

2-2 和7-7 剖面溶洞发育，溶洞内无填充物，形成了穿过溶洞的滑动面，从而影响岩体整体稳定性；10-10 剖面直立岩体宽度较小，抗滑力不足，边坡处于欠稳定状态。2-2 和7-7 剖面，后期对溶洞进行灌浆处理。如图6 所示，考虑溶洞受灌浆作用，对边坡稳定性重新进行计算，10-10 剖面附近填埋有大量污泥，考虑对污泥进行固化处理，提高土体强度，增加边坡稳定性安全储备，并进行了边坡稳定性计算，结果见表5。

图6 典型剖面（以10-10 为例）加固后计算剖面示意图

通过计算结果可知，填土污泥固化边坡稳定性系数得到提升，10-10 边坡稳定性满足计算要求；2-2、7-7 坡面岩溶发育段注浆之后溶洞串联剖面不再是软弱结构面，整体稳定系数有大幅提升，安全系数满足规范要求。

图5 典型剖面（以10-10 为例）计算模型

表4 边坡稳定性复核结果

表5 危险剖面加固后稳定性计算结果

3 边坡加固方案

3.1 方案比选

西侧自然坝体外侧边坡为采石场遗留边坡，坡高15~30 m，总长为460 m。西侧山坡地层产状较平缓、略有波状起伏，总体倾向南西，为强~ 中风化灰岩边坡。受区域构造影响，裂隙较发育；根据勘察资料成果及前面分析，西侧坡体（自然坝体外边坡）出现几处不稳定楔形体，主要受节理裂隙不利组合结构面控制，破坏形式为崩塌或崩滑。根据施工勘察资料计算2-2 和7-7 剖面由于岩溶发育，边坡处于欠稳定状态，注浆加固之后边坡整体处于稳定状态；10-10 剖面处于欠稳定状态，考虑注浆加固结合填土固化的方式。除此3 个剖面以外的其余剖面均处于稳定状态。考虑到裸露边坡体在自然条件下基岩裂隙水和垃圾渗滤液的长期潜蚀和腐蚀作用，未来可能会处于不稳定状态，故需对边坡进行加固设计。

岩质边坡常规支护方案主要有喷锚支护、锚杆（锚索)支护、预应力锚索、锚索肋梁喷射混凝土、主动防护网、框架梁等支护型式。

该工程边坡即要作为垃圾填埋场的护壁边坡，不仅要保证边坡自身的稳定还要保证边坡在墙背填埋物的土压力下处于稳定状态，同时完整岩体为天然的不透水层，作为填埋场阻止渗滤液外渗的天然隔水帷幕。因此，本边坡支护要考虑保证边坡稳定性的同时，避免采用较长锚杆以形成新的渗漏通道。同时该边坡位于风景区内部，边坡支护需要考虑绿化和美观生态环境的要求。

最终确定对于不稳定、欠稳定的楔形体区域采用框架梁+ 锚杆的支护方案；对于边坡整体稳定性较好的边坡区域釆用喷锚支护。

3.2 具体做法

3.2.1 框架梁支护

对于不稳定楔形体（楔形体 2、3、4、5、6)，拟采用框架梁+ 锚杆支护。拟采用600 mm×500 mm 的C30 混凝土梁，格构框架间距3 m×3 m。格构间隔为150 mm 厚C25 细石喷射混凝土面层，支护锚杆采用12 m 长φ32@5 000 岩石锚杆，钻孔直径不小于110 mm，角度15°。最上面一排锚杄根据实际情况采用贯通连接。边坡坡顶外缘2 m 外设置截水天沟，截水沟可结合渗漏液抽排系统统一考虑，但尺寸不得小于0.8 m×0.8 m，坡脚设置排水沟，兼做截污沟，排水沟做好防渗措施，尺寸不得小于0.8 m×0.8 m，排水沟上面覆混凝土透水篦板。排水沟以外1 m 处设拦石挡墙，挡墙高1.8 m，拦石挡墙兼做围栏，防止游客误入。

3.2.2 喷锚支护

坡面清除浮石、松动岩石碎块（不得采取爆破方法)，砍伐无特殊保留价值的树木至根部。锚杆采用6 m 长φ25 岩石锚杆，钻孔直径不小于φ110，锚杆竖向及水平间距均为3 m 角度15°。边坡角度与清理后岩石边坡面基本一致，坡面设置φ10@200×200 钢筋网片，并喷射150 mm 厚C25 细石混凝土面层。图7 为项目完成图。

图7 类似项目完成图

3.2.3 注浆固化

10-10 剖面区段，边坡后面现存两个污泥池，拟采用灌注水泥浆的方式对其进行固化，一方面可以减少墙背水压力，提高填土的强度指标，增加边坡的稳定性，另一方面可以降低渗滤液面水位高度，减少渗滤量。采用规格φ219 mm×10 mm 钢管，按3 m×3 m 间距梅花形布孔，钢管插入至岩层顶面，注浆压力0.2~0.5 MPa，注浆量不小于加固体总体量的30%。加固体表面覆盖200 mm 厚钢筋混凝土压顶，注浆结束后注浆管作为加筋体留在加固体内，顶端锚入压顶。压顶钢筋混凝土浇筑至坡体边缘，并与岩体进行锚固连接。此外，钢筋混凝土压顶还能防止雨水下渗。

4 结 论

该工程主要地质灾害类型为岩溶和滑坡、崩塌。通过边坡稳定性核算，裂隙发育区有5 处危岩体处于基本稳定或欠稳定状态，有3 个剖面边坡整体稳定性处于基本稳定状态，其余10 个计算剖面处于稳定状态。针对不同的边坡状态采取不同的支护方案，危岩体采用框架梁+锚杆的支护方案，岩溶导致的欠稳定剖面（2-2 和 7-7 剖面）采用溶洞注浆方案，10-10 剖面采用墙背填土污泥固化结合注浆的方案。