生活垃圾处理场渗滤液贮存池土坝应急加固工程方案比较

2018-11-14高树天朱宏飞

水利规划与设计 2018年10期

高树天,朱宏飞

(沈阳市水利规划院，辽宁沈阳 110015)

1 工程概况

沈阳市大辛生活垃圾卫生填埋场坐落于沈北新区财落镇大辛村，为大型垃圾填埋场，工程建设投资为1.2亿元人民币。填埋场始建于2003年3月，占地面积约54.05hm2，总库容1357万m3，设计使用年限为13.6年，日处理量为2000t。垃圾渗沥液采取碟管式反渗透处理工艺(DTRO)，渗沥液设计处理能力为230t/d。据统计，截至2016年，沈阳市大辛生活垃圾卫生填埋场，日处理生活垃圾达4000t，超过设计处理能力一倍，而且需求还在增大。长期的超负荷运行，使填埋场填埋区不断增加容积的同时，垃圾渗沥液也不断增加，以净析出量800t/日速度递增，大大超出了原设计规模230t/日的处理能力。

根据测算，至新增处理设施改造运行时，渗滤液还将净增加24万m3。目前大辛垃圾场渗滤液贮存池的拦蓄面积为12万m2，拦蓄容量为75万m3，急需在短期内完成渗滤液贮存池扩容任务，同时不能间断垃圾场的正常运行，不能增加现有贮存池的占地，方便施工。

2 工程现状

大辛生活垃圾卫生填埋场是利用原砖厂取土坑改建而成的，地形南高北低，南侧为生活垃圾填埋区，北侧为渗滤液贮存池，东侧为办公生活区。填埋区、贮存池外侧围堰呈簸箕型，分期填筑而成。处理场的渗滤液主要储存在填埋场北侧渗滤液污水坑中，面积约12万m2，渗滤液总量约75万m3。

现有的渗滤液污水坑外围采用粘土均质坝，坝轴线长1470m，坝顶高程72.23～72.83m。大坝下游高程58.00～69.50m，最大坝高15.37m，现状渗沥液池水面高程为71.13m。坝顶宽2.75～6.55m，土坝上游铺设HDPE土工膜，膜下加长丝针刺无纺土工布。坡比为1∶1.5～1∶2.2，坡面无防护。坝体于2015—2016年进行过钢管桩加固，方法是在坝顶、坝坡、坝根等部位打钢管桩，坝体形成1—3排钢管桩加固。目前，局部地段钢管桩已经向坝体外侧倾斜，倾角一般10°～20°，最大约40°。整个坝体部分高出地面十几米，形成了一个陆上悬湖，溃坝风险极大。

3 方案设计

3.1 问题分析

根据现场检测和查阅维修资料分析，渗滤液贮存池土坝存在以下问题：

(1)原有土坝在2015—2017年加固维修时，土坝加高土料均未按要求进行分层碾压，土坝密实度较差，土体存在不均匀沉降，坝顶存在多处沉降缝，施工质量较差，压实度达不到规范要求。

(2)大辛垃圾填埋场渗滤液贮存池土坝长为1470m，现状渗滤液贮存池挡水侧坝顶高程为72.23～72.83m，设计坝顶高程为74.15m，两者相差为1.32～1.92m，故现有渗滤液贮存池土坝坝顶高程不满足设计要求，需要进行加高加固处理，防止渗滤液外溢事故发生。

3.2 土石坝等级

根据SL 252—2017《水利水电工程等级划分及洪水标准》，工程等别应为Ⅴ等，主要建筑物级别为5级。但同时该规范4.1.3规定“失事后损失巨大或影响十分严重的水利水电工程的2～5级主要永久性水工建筑物，经过论证并报主管部门批准，可提高一级；”考虑到工程实际，对周边环境影响极大，污染性极强，属环保重点项目工程，经有关部门协商同意，将大辛垃圾填埋场土坝主要建筑物等级提高到4级，按照4级土石坝工程设计。

3.3 坝体加高计算

渗沥液池现有溶液约75万m3，水面面积约12万m2。填埋区面积为6万m2，填埋区与渗沥液池连通，可容纳部分渗滤液，现状渗沥液池水面高程为71.13m。增加24万m3渗沥液后，水面标高增值预计为1.35m，水面高程可达72.48m左右。

参照SL 189—2013《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》的相关规定，坝顶高程取正常蓄水位或设计洪水位加正常运行条件的坝顶超高之和、校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高之和、正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高再加地震安全加高之和，三者之中的最大值。坝顶高程按照下式进行计算：

Y=R+A

(1)

式中，Y—坝顶超高，m；R—最大波浪在坝坡上的爬高，m；A—安全加高，正常运行条件取0.3m、非常运用条件0.5m。

土坝坝顶高程计算成果见表1。

表1 坝顶超高计算表

为保证土坝坝顶高程的安全，本次设计坝顶超高取大值1.67m，加水面高程72.48m，设计坝顶高程取74.15m。

3.4 加固方案比选

为方便施工和管理，将现状坝顶整平，整平后高程为72.55m，与设计坝顶高程差为1.57m，需加高1.6m。

由于工程已连续加高两次，加高方案均为下游培厚加高，目前下游坝脚基本到达围墙边界，无加高培厚的空间，因此结合本工程的实际情况，土坝加高加固提出了“防浪墙”和“混凝土板桩”两个方案进行技术经济比较。

3.4.1 防浪墙方案

土坝采取防浪墙挡水方式，如图1所示。新建“L”型钢筋混凝土防浪墙，防浪墙底部设置0.1m厚C15素混凝土垫层。上游防浪墙高1.5m，墙厚0.3m，底板长3.5m，底板厚0.3m。在原有防渗膜顶铺450g/m2长丝针刺无纺土工布进行保护，下游坝坡铺设草皮进行坡面防护。

图1 防浪墙方案断面图

3.4.2 混凝土板桩方案

土坝采取混凝土板桩挡水方式，如图2所示。桩顶设计顶高程为74.15m，坝顶整平后高程为72.55m。板桩支撑高度1.6m，埋深4.4m。将原锚固沟沙袋清除，板桩距上游坝坡0.75m，布置在锚固沟的中部，锚固沟回灌C25素凝土，与板桩结合为整体。防渗膜焊接加长6.6m，采用厚度1.5mm的HDPE防渗膜，上下铺450g/m2长丝针刺无纺土工布保护。

图2 混凝土板桩方案断面图

两种加固处理方案经济技术比较结果见表2。

综上比较，防浪墙方案投资小，施工工艺简单，对坝体扰动较小，整体性好，且施工质量容易控制，因此本次加固设计推荐选择防浪墙加固方案。

4 加固工程施工

4.1 坝顶基层处理

实测现状坝顶高程为72.23～72.83m，取平均高程为72.55m，采用74kw推土机进行坝顶整平，整平深度0.30m。整平后采用碾压机械进行坝顶压实。岸坡附近和结构边角处采用振动打夯机夯实，直到基面大致平整。

现状坝顶宽2.75～6.55m，局部段坝顶需要填土加宽，填土面要进行清基处理，加宽培厚处按照1∶2坡比放坡。填土与碾压必须同时进行，每次填土虚铺厚度不应超过0.30m，用碾压机械碾压6—8遍，每遍之间应有10%的重叠宽度。为提高坝顶基面的强度，坝面铺设20cm碎石进行挤密碾压。

4.2 防渗膜工程

在坝顶整平时需将现状防渗膜挖出，挖出的防渗膜采取临时措施进行保护，待坝顶基层处理完毕后，将防渗膜铺设到锚固沟内，上面铺设450g/m2的长丝针刺土工布进行表层保护。

4.3 防浪墙工程

新建“L”型钢筋混凝土防浪墙，防浪墙底部设置0.1m厚C15素混凝土垫层。上游防浪墙高1.5m，墙厚0.3m，底板长3.5m，底板厚0.3m。下游设置路边石，兼具挡水和安全的作用，每隔50m设置泄水检查井和排水沟一处。坝体顺直段每隔12m采用沥青木板进行分缝，采用橡胶止水带密封上游侧墙体和防渗齿，分缝表层满布双组分聚硫密封膏。