土工格柵在填埋場軟基圍堤加筋處理中的應(yīng)用
1 前言
對軟土地基條件下的平原型填埋場而言，圍堤擋壩的構(gòu)建不僅與整個(gè)填埋作業(yè)工藝緊密相關(guān)，而且對填埋庫容有著重要影響。就圍堤斷面設(shè)計(jì)而言，一般盡可能希望圍堤較高，坡面較陡，以節(jié)省圍堤占地，增加填埋庫區(qū)面積，增加填埋庫容。但是，在圍堤較高時(shí)，為確保圍堤穩(wěn)定，控制變形，圍堤斷面坡度通常較緩，此時(shí)，過渡的追求圍堤高度勢必造成圍堤占地大大增加，從而影響填埋庫容。
因此，圍堤工程建設(shè)時(shí)若能增加圍堤邊坡坡度，將縮小圍堤占地，增加填埋庫容。此時(shí)，為保證圍堤穩(wěn)定安全要求，必須采取其它措施對圍堤進(jìn)行加固處理。在各種圍堤加固方法中，利用土工格柵加固軟基圍堤，具有施工方便、結(jié)構(gòu)整體性較好、允許較大的變形而不失穩(wěn)、柔性結(jié)構(gòu)有利于防滲膜鋪設(shè)、且抗震性較好等優(yōu)點(diǎn)，在工程應(yīng)用中較為普遍。
利用土工格柵加固處理軟弱地基是一種簡便、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的方法，該技術(shù)在國外應(yīng)用始于20世紀(jì)60年代，直到80年代才被逐漸引入我國工程應(yīng)用中。本文根據(jù)垃圾填埋場圍堤工程的特點(diǎn)，詮釋了圍堤加固后可能出現(xiàn)的破壞形式，據(jù)此闡述了土工格柵加筋處理軟土地基的設(shè)計(jì)方法，并將該方法應(yīng)用至張家港市垃圾填埋場工程圍堤設(shè)計(jì)中，進(jìn)一步優(yōu)化了圍堤斷面，有效增加了填埋庫容。
2 軟基條件下加筋圍堤破壞形式
軟土為天然含水量大、孔隙比大、壓縮性高、滲透性低、承載力低的淤泥質(zhì)沉積物，主要由淤泥、淤泥質(zhì)土及泥炭組成。在軟土地基上修筑圍堤容易產(chǎn)生地基失穩(wěn)、過大沉降及不均勻沉降等問題，因此必須采取加固措施進(jìn)行處理。在前述加筋機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，為選擇合適的圍堤加固型式，有必要對軟基條件下加筋圍堤的破壞形式進(jìn)行詮釋。
就表現(xiàn)形式而言，在上覆荷載作用下，軟土地基和加筋土體的相互作用可能產(chǎn)生以下破壞形式：①局部滑移，指圍堤沿著加筋坡面產(chǎn)生局部滑動(dòng)，圖1-a；②整體滑動(dòng)，指圍堤沿著軟基底部發(fā)生整體失穩(wěn)，圖1-b；③軟基擠出，因軟土地基局部承載力不足，導(dǎo)致圍堤坡腳處的軟土側(cè)向擠出破壞，圖1-c；④過大沉降，指在荷載短期和長期作用下產(chǎn)生的沉降及不均勻沉降，圖1-d。
圖 1 加筋圍堤的破壞形式  |
3 軟基圍堤加筋計(jì)算方法
針對軟基加筋圍堤可能出現(xiàn)的破壞形式，下面主要對堤坡局部滑移和圍堤整體滑動(dòng)兩種破壞形式進(jìn)行計(jì)算分析。
3.1堤坡局部滑移
如圖1-a所示，假定堤坡產(chǎn)生局部滑移時(shí)，土體側(cè)向滑移力全部由土工格柵承擔(dān)，忽略土體本身的抗滑作用。此時(shí)，滑動(dòng)力為土體主動(dòng)土壓力Ea，抗滑力等于筋材張力T，兩者在滑動(dòng)面上平衡，得抗滑安全系數(shù)為
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式中：Ka為主動(dòng)土壓力系數(shù)，γsg為土體與格柵之間的界面摩擦角，ι滑移體長度，H為滑移體高度。
當(dāng)滿足穩(wěn)定安全系數(shù)要求時(shí)（通常情況下，局部滑移安全系數(shù)Ks≥2），據(jù)此可以設(shè)計(jì)土工格柵加筋的長度：
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3.2圍堤整體滑動(dòng)
當(dāng)滑動(dòng)面貫穿基土和堤身時(shí)，可采用修正的圓弧滑動(dòng)條分法進(jìn)行計(jì)算分析。先試算沒有加筋材料時(shí)的最危險(xiǎn)滑弧，并假定加筋后滑弧的位置不變，且假設(shè)筋材產(chǎn)生的拉力沿水平方向，筋材拉力作用相當(dāng)于增加了抗滑力矩，據(jù)此，可計(jì)算最危險(xiǎn)狀態(tài)下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。
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對整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算而言，其最小安全系數(shù)可參照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-98）取值，對比較重要的圍堤可取Ks≥1.3。
4 工程實(shí)例
張家港市地處長江下游南岸江蘇省境內(nèi)，垃圾填埋場選址位于距張家港市區(qū)約45km的樂余鎮(zhèn)東沙東進(jìn)村，擬建場址處于長江下游由北向東轉(zhuǎn)彎處南岸，屬長江三角洲沖積平原，地勢開闊平坦，地貌單元屬長江高河漫灘，為全新世和現(xiàn)代沉積物。場地區(qū)域長約500m，寬約400m，地面黃海高程一般為2.5m。
根據(jù)場地勘察報(bào)告，擬建場地30m深度范圍內(nèi)地層由素填土、淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粉土、粉砂等交錯(cuò)組成，除淤泥質(zhì)粘土等軟土層外，其余各層地基承載力均在100kPa以上。但②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、④-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉砂、④-3淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉砂、⑥層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、⑧層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土等軟弱夾層，各層厚度不一，其承載力均在80kPa以下。擬建場地范圍內(nèi)分布土層主要物理力學(xué)指標(biāo)如下所示。
表1 各土層主要物理力學(xué)指標(biāo) |
根據(jù)填埋作業(yè)工藝要求，擬在填埋庫區(qū)筑堤以增加填埋庫容，圍堤高度5.5m（黃海高程8.0m），靠庫區(qū)一側(cè)坡度1:2.靠外側(cè)坡度1:1。經(jīng)抗滑穩(wěn)定分析，若不采取加筋處理，不能滿足抗滑穩(wěn)定要求。為此，設(shè)計(jì)采用土工格柵加固圍堤，格柵參數(shù)如下表。
表2 圍堤土工格柵加筋情況 |
最不利計(jì)算工況為，當(dāng)垃圾堆體填至堤頂標(biāo)高(8.0m)后，以1:3的填埋坡度最終填埋至34m（即高于地面31.5m，高于堤頂26m）。利用前述計(jì)算方法對土工格柵加筋后的圍堤進(jìn)行穩(wěn)定評價(jià)，計(jì)算得圍堤抗滑穩(wěn)定的最小安全系數(shù)k=1.37，大于規(guī)范要求（Ks=1.3)，可知采取土工格柵加固后圍堤滿足穩(wěn)定要求。
5 結(jié)論
根據(jù)軟基條件下垃圾填埋場圍堤工程的特點(diǎn)，分析了土工格柵加筋軟基圍堤可能出現(xiàn)的破壞形式，據(jù)此闡述了軟基圍堤加筋設(shè)計(jì)方法，并將該方法應(yīng)用至某垃圾填埋場圍堤擋壩設(shè)計(jì)中。結(jié)果表明，采用土工格柵加固后，在較陡邊坡條件下圍堤滿足抗滑穩(wěn)定要求。利用土工格柵加固軟基圍堤可縮小圍堤斷面，節(jié)約圍堤占地，有效增加填埋庫容，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
參考文獻(xiàn)：略
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