石家庄市垃圾卫生填埋场拦挡坝设计

摘要：石家庄市峡石沟垃圾填埋场垃圾拦挡坝为预应力重力式坝型，文章紧扣重力坝及垃圾填埋区这一特征，说明坝体结构布置，温度控制，预应力锚索及滤水管几个方面的设计思路。
关键词：拦挡坝；工程结构布置；稳定计算；温度控制设计；预应力锚索设计；滤水管设计
一、工程概况
石家庄市峡石沟垃圾填埋场位于石家庄市西部境内，距石家庄市市区约19km。该填埋场是一座以消纳石家庄市及沿途郊区生活垃圾为主的垃圾卫生处理场，由垃圾填埋区、第二调节池、渗沥液处理区、排洪沟及垃圾挡坝（土坝）五部分构成。场区为三面环山呈“V”型的自然谷地。填埋场占地面积10.6公顷，其中填埋用地面积9公顷，渗沥液处理及生活区用地面积l.6公顷；填埋场总容积310万m3，填埋垃圾总容积278万m3；填埋区东西长700米，南北平均宽125米，沟头至沟尾高差70m；有效试用期10.3年。
石家庄市峡石沟垃圾填埋场由北京市市政设计研究院规划设计，于1997年建成并投入使用，经过六年的运行，目前填埋垃圾层高度已达35m，垃圾量约为80万吨。由于建场初期部分建筑物设计标准低，在使用管理过程中，填埋垃圾出现了不同程度的沉降，滑坡，渗沥液四溢问题，为确保垃圾填埋场正常运用，增加调节池容量，改善下游环境，决定在第二调节池上游增建重力式垃圾拦挡坝，并改建第二调节池。
根据《水利水电工程等级划分及防洪标准》（SL252-2000），本工程为四等，但考虑到其下游为中等城市，故主要建筑物垃圾拦挡坝按三级设计，次要建筑物按四级设计。根据国家地震局《中国地震参数区划图》，工程所在区域地震基本加速度值为0.05g，相当于地震基本烈度为Ⅵ度，依据《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97），地震设计烈度为6度。
二、工程结构布置
该拦挡坝基础面置于弱风化上部，两岸地形较高部位的坝段，坝基础可进入强风化下部。坝基础面略向上游倾斜，高差取0.5m。两岸边坡基础面形状，在平行坝轴线方向开挖成有一定宽度的台阶状。岩石开挖边坡为1∶0.5，填土开挖边坡为1∶1。开挖时坝基两侧各留出1.3m的工作平台，基坑周边设置排水沟。
根据地质资料，在安山岩和片麻岩之间存在不整合面，该不整合面存在断层破碎带，应将坝基础面部分的破碎带及两侧风化岩体挖除，挖深为自坝基面下1.5倍破碎带宽度，然后浇注C20混凝土塞。
本工程最大坝高32m，根据其垃圾填埋、覆土容积要求及地质纵剖面图，建基面高程74.0m，坝前垃圾填埋高程为104m，坝顶超过填埋高程2m，定为106.0m。两岸地形较高部位的坝段，坝基础置入强风化岩石下部。垃圾拦挡坝顶宽2m，上游坝面为垂直，下游坝坡1：0.3，离坝顶2m为垂直面，最大坝高32m，坝长127.5m。坝体以混凝土浇注，每隔15m设置伸缩横缝一道，共分9个坝段。中间部位3#、4#、5#、6#、7#坝段混凝土强度为C25，两端部位1#、2#、8#、9#坝段混凝土强度为C20，离坝顶2m-4m锚固范围内混凝土强度为C50，离坝顶2m处到坝顶混凝土强度C15。上游面混凝土抗渗标号W4，下游面及内部混凝土抗渗标号W2，上游面抗冻标号F200。
考虑该混凝土重力坝为大体积混凝土浇筑，温度应力较大，在坝上游面和坝下游面设置一定数量的钢筋。纵向钢筋采用直径20mm的螺纹筋，间距为250mm，横向钢筋采用直径20mm的螺纹筋，间距为250mm。
坝体前缘横缝中设置止水，采用652型橡胶止水，两端嵌入混凝土250mm，沿缝竖向通长布置，止水保护层厚250mm。坝体横缝中以沥青木板填缝。
三、坝体稳定计算
该拦挡坝采用预应力混凝土重力坝坝型，其稳定计算考虑施工期和运用期两种工况：施工期考虑荷载有坝前后的土（垃圾）压力、坝后土重、坝体自重、锚固力；运用期考虑荷载有坝前后的土（垃圾）压力、坝前的水压力、坝体底部的扬压力、坝体自重、坝后土自重、锚固力。计算方法为取单宽验算坝体的抗滑稳定和边缘应力，采用公式如下：
（一）抗滑
采用抗剪断强度计算公式：

式中：K′——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；f′——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数；c′——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力；A——坝基面面积。