垃圾填埋场重力式垃圾坝的工程设计

摘要：结合承德市垃圾填埋场工程，探讨了垃圾坝的结构设计原则、主要计算公式、设计参数以及设计计算中存在的常见问题，并对重力式垃圾坝的结构设计提出了优化措施。通过科学设计保证了砌石垃圾坝的新旧坝嵌套工程的安全性和可行性。
关键词：重力式垃圾坝；结构设计；优化措施
承德市垃圾卫生填埋场的处理规模为500t/d，位于承德市西北方向，距市中心直线距离约7.0km，占地面积约10hm2。场址位于原承德市水泉沟垃圾场处，这是一个独立的山沟，位于三面环山的洼地中，为了增加库容并保证垃圾堆体的稳定性，在填埋区的下游修建了一座砌石垃圾坝，与原有垃圾坝嵌套为一体；新建垃圾坝坝体最高为35.05m，长约107m。坝基落于基岩区，表层为中风化，其下为微风化，中风化层砂砾岩饱和单轴极限抗压强度标准值为18MPa，中风化砂砾岩承载力特征值为5600kPa。
1设计思路及工程特点
1.1垃圾坝结构的选择
近20年城市垃圾卫生填埋场已在全国范围内大规模实施，垃圾填埋场的设计规范和规程的制定工作也在逐步展开和完善，但对于特定构筑物—垃圾坝的设计，现阶段还没有统一和有针对性的标准规范，各地对于垃圾坝的设计均参照民用建筑结构规范、水工结构规范以及相关行业规范中的一种或者几种，综合考虑进行设计。
常用的垃圾坝坝型主要有重力式坝和柔性坝两种，分别以砌石坝（或混凝土坝）和碾压式土石坝为代表。相对于水利工程中的坝体，垃圾坝的规模往往较小，垃圾卫生填埋场库区一般不会设在人口稠密地点，库区员工的编制也不会太大，故一旦垃圾坝破坏，其严重性远比水库大坝破坏要小得多。虽然垃圾坝的破坏可能对环境有一定的破坏影响，但垃圾为固体废弃物，只要及时抢修，其短期内产生的环境污染尚可采取工程措施予以补救。基于以上的因素，重力式垃圾坝的设计主要是以《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）、《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）为依据，按照挡土墙的计算理论合理选取参数进行设计。柔性垃圾坝是通过碾压机具来提高填料的抗剪强度，从而保证坝坡的稳定，由于没有民用建筑结构规范可参照，故碾压式土石坝只能以《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）为依据进行结构设计。
从以上分析可发现，垃圾坝的自身情况决定了重力式坝是垃圾坝中常用的坝型。柔性垃圾坝虽然单价较低，但因其体量相对较大，故总体造价也很高，且施工工艺较复杂、施工周期长。相比较而言，重力式垃圾坝则具有施工简便、施工要求低、工期短等优点，故承德市垃圾卫生填埋场采用重力式垃圾坝。
1.2工程特点和施工难点
垃圾坝的坝体较挡土墙高，坝基宜置于中风化基岩上或承载力较高的原状土层上，从而埋地部分较多。可以说，对于垃圾坝的设计，存在较大的安全储备。垃圾坝库底设有粘土防渗层及土工防渗膜（HDPE膜），具有良好的渗滤液排除系统，在采取了适当的措施后，渗滤液不可能过高积蓄。
对于新建的垃圾坝，以上两点有利因素是客观存在的，但对于该工程来说，已有原垃圾坝，因为原库底未设粘土防渗层及土工防渗膜，且由于施工的需要，要将坝前埋地部分全部开挖至基底，并在坝后采取灌浆处理措施，考虑到泄水孔的作用很有限，渗滤液水位取值较高，所以原有垃圾坝安全系数大打折扣，故在施工期间如何确保原垃圾坝的安全就成为了整个工程的难点和重点。
2理论分析与参数选取
2.1垃圾坝的结构安全等级及抗震等级
《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的第2.2.1条及2.2.3条规定，当坝高不超过70m（土石坝）、100m（混凝土坝、浆砌石坝）时，水库大坝按主要永久性水工建筑物计则级别为3级。又根据《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》（GB50199-94）的第1.0.7条，水工建筑物级别为2、3级时，其结构安全等级为n级。在一般民用建筑规范中，根据《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）第1.0.5条及《工程结构可靠度设计统一标准》（GB50153-92）第1.0.7条划分建筑结构安全等级的规定，确定垃圾坝的结构安全等级为二级。
根据《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）第3.0.2条、《水工构筑物抗震设计规范》（GB50191-93）第1.0.5条的抗震设防类别的划分标准及其相应的条文说明，以及垃圾库区的工程性质、影响危害等，并结合《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）的第1.0.5条，确定垃圾坝的抗震类别为丙类。
2.2承载极限状态和正常使用极限状态表达式
垃圾坝拦挡的固体废弃物的物理力学特性接近于挡土墙阻挡的土体的物理力学特性，而挡土墙是市政工程设计中常见的构筑物，其理论原理、计算公式、设计经验和工程实践都比较成熟，故砌石垃圾坝的承载力极限状态和正常使用极限状态表达式可参照挡土墙，按照《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）的相应规定执行。