技术领域
[0001] 本
发明涉及
地下水控制领域，具体涉及一种垃圾填埋场地下水控制系统中止水帷幕的确定方法。
背景技术
[0002] 作为填埋场工程的核心——填埋区，其设计的优劣直接影响到垃圾填埋项目的建设标准和使用年限。为取得较大的填埋库容，宜进行“深挖高填”。对于处于黄河冲积平原的场地，地下水位较高，同时地质土质条件较差，若地下水水位控制不
力，将对开挖深度、边坡稳定、土方平衡设计造成较大影响。同时对于填埋区面积较大的部分区域，需要较长时间控制，若有地下水侵入，会妨害防渗结构安全和防渗材料的性能，达不到卫生填埋设计要求，存在较大隐患。所以地下水的控制及设计是垃圾填埋场建设成败的难点和重点。
[0003] 此外，高压注浆作为止水帷幕的技术在深基坑、地
铁、提防等工程中应用较广。鉴于该类工程的特点，高压注浆这一技术措施往往仅作为施工期间的一种临时性措施，而没有作为永久性技术措施予以考虑。
[0004] 垃圾填埋场往往需要进行地下水的控制。对于地下水的控制方法，常规的是选用旋喷的形式。其存在以下缺点：
[0005] 1.传统的高压注浆止水帷幕采用旋喷和摆喷，是针对上部
建筑物对场地有附加荷载的情况下，所采用的地下水控制形式；垃圾填埋场上部没有附加荷载，采用传统的止水帷幕结构形式的截面很厚，造成了一定程度的浪费。
[0006] 2.传统的垃圾填埋场的地下水控制系统设计中，只将止水帷幕作为临时性措施进行分析，不能确保垃圾填埋场长期运行的安全性。
发明内容
[0007] 为解决
现有技术存在的上述不足，本发明提供一种垃圾填埋场地下水控制系统中止水帷幕的确定方法。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0009] 一种垃圾填埋场地下水控制系统中止水帷幕的确定方法，包括以下步骤：
[0010] 步骤1：确定围堤结构形式和坝体断面；
[0011] 步骤2：采用高压
喷射注浆法作为止水帷幕，确定止水帷幕的结构形式；
[0012] 步骤3：确定止水帷幕的相关参数，拟定止水帷幕的尺寸；
[0013] 步骤4：根据所述止水帷幕的相关参数，及拟定的尺寸，采用数值模拟进行长期地下水分析。
[0014] 围堤是平
原型填埋场中最重要的建筑构物，其投资在全部投资中占有相当的比例，选择合理的围堤形式对降低工程造价意义重大。
[0015] 采用高压喷射注浆作为止水帷幕，合理选用止水帷幕的结构形式，可以减少止水帷幕的截面，在满足工程
稳定性和安全性要求的同时，大大降低工程造价。
[0016] 确定止水帷幕的相关参数，可以作为施工依据，指导施工。
[0017] 针对设计的止水帷幕进行长期地下水分析，为将止水帷幕作为永久性技术措施提供理论依据和技术支持。
[0018] 其中，步骤1中，所述围堤采用碾压土石围堤。
[0019] 碾压式土石围堤的优点为施工简单，对地质条件要求较低，施工
费用低，可大大降低工程造价。
[0020] 步骤2中，所述止水帷幕采用单排定向摆喷结构形式。
[0021] 传统帷幕注浆均采用旋喷结构。本方法结合工程特点，将定向摆喷结构形式应用到止水帷幕中来，可减少
水泥用量，有效降低工程造价。
[0022] 步骤3中，所述相关参数包括止水帷幕的渗透系数，所述尺寸包括止水帷幕的深度、布孔的数量、布孔有效深度、和孔距。
[0023] 确定止水帷幕的渗透系数，在地下水文条件一定的情况下，为确定止水帷幕的尺寸提供计算依据。
[0024] 步骤3中，根据下述公式确定止水帷幕的最小深度L：
[0025]
[0026] 其中，h为止水帷幕两侧
水头差，t为止水帷幕超出填埋区设计地下水位的长度，γ'为土的浮重度，γw为水的容重，Fs为安全系数。
[0027] 利用上述公式，可以得到止水帷幕满足安全要求的最小深度，为满足技术指标前提下，最经济的施工方案。
[0028] 步骤4中，利用数值模拟，得出所述填埋场基坑的渗流量与地下水位之间的长期变化规律。
[0029] 设计时取用的简化计算方法的计算结果及其效果，与有限元计算结果进行比对，进行修正后，可取得更为准确的数据，提高地下水控制系统的合理性和可靠性。
[0030] 本发明的有益效果为：
[0031] 围堤是平原型填埋场中最重要的建筑构物，其投资在全部投资中占有相当的比例，选择合理的围堤形式对降低工程造价意义重大。
[0032] 采用高压喷射注浆作为止水帷幕，合理选用止水帷幕的结构形式，可以减少止水帷幕的截面，在满足工程稳定性和安全性要求的同时，大大降低工程造价。
[0033] 确定止水帷幕的相关参数，可以作为施工依据，指导施工。
[0034] 针对设计的止水帷幕进行长期地下水分析，为将止水帷幕作为永久性技术措施提供理论依据和技术支持。
附图说明
[0035] 图1；止水帷幕施工平面图；
[0036] 图2：止水帷幕施工断面图。
[0037] 其中，1.围堤，2.止水帷幕，3.高压注浆影响线。
具体实施方式
[0038] 下面结合附图和
实施例对本发明进一步说明。
[0039] 某填埋场占地414.75亩(合27.65万m3)，设计库容507.08万立方米，本地区处于黄河冲积平原，地下水位较高，丰水期的地下水埋深约为0.5m，同时地质土质条件较差，若地下水水位控制不力，将对开挖深度、边坡稳定、土方平衡设计造成教大影响。同时鉴于该填埋区面积较大，部分区域需要较长时间空置，若有地下水侵入，会妨害防渗结构安全和防渗材料的性能，达不到卫生填埋设计要求，存在较大隐患。所以地下水的控制及设计是本工程建设成败的难点和重点。
[0040] 一种垃圾填埋场地下水控制系统中止水帷幕的确定方法，包括以下步骤：
[0041] 步骤1：确定坝型为围堤结构形式。
[0042] 围堤1是平原型填埋场中最重要的建构筑物，其投资在全部投资中占有相当的比例，选择合理的围堤型式对降低工程造价意义重大。
[0043] 通过经济技术比较，设计确定围堤1采用碾压土石围堤。碾压式土石围堤的优点为施工简单，对地质条件要求较低，虽然坝体较大，但施工费用低，可大大降低工程造价。
[0044] 为了选择合理的断面形式，采用多种计算方法对不同的荷载组合进行了分析比较。根据工艺要求，确定环场围堤1顶宽10m，一期和二期分隔堤顶宽为8m。根据地质勘察资料，场地清除第①层耕土后，第②层粉土层为持力层，内外边坡均采用1：2。与垃圾堆体
接触的边坡采用水平防渗结构，外侧临空边坡结合场区排水沟，采用拱形草皮护坡。
[0045] 结合填埋场库区清基平整，本工程开挖出的主要是第②层粉土、第③层粘土和第④层粉土，均可作为筑堤材料，所以堤坝结构均采用碾压式土均质土堤。
[0046] 步骤2：进行止水帷幕2的相关设计，确定止水帷幕2的结构形式。
[0047] 根据本场地平面特点，经综合比选，采用高压喷射注浆法。该方法是利用钻机把带有特殊
喷嘴的注浆管钻进至土层的预定
位置后，用高压脉冲
泵，将水泥
浆液通过
钻杆下端的喷射装置，向四周以高速水平喷入土体，借助
流体的冲击力切削土层，使喷流射程内土体遭受破坏，与此同时钻杆一面以一定的速度(20r/min)旋转，一面低速(15～30cm/min)徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化后即在地基中形成直径比较均匀，具有一定强度(0.5～8.0MPa)的帷幕。从而形成相对不透水层，达到降低渗透水头，减少渗透水量的效果。
[0048] 采用单排定向摆喷结构形式，相比常规的旋喷结构，减少水泥用量有效降低工程造价
[0049] 步骤3：确定止水帷幕2的相关参数，拟定止水帷幕2的尺寸。
[0050] 根据填埋区坡脚边旁流土条件的验算，确定止水帷幕2的深度。
[0051] 深度范围内土质以粉土为主，，所以计算填埋区坡脚处的水力坡降i，应小于临界水力坡降，即：
[0052] imax＝h/(h+2t)≤γ'/(Fsγw)
[0053] 式中：imax—填埋区坡脚最大水力坡降；
[0054] h—止水帷幕两侧水头差，m，本处为7.5m；
[0055] t—止水帷幕超出填埋区设计地下水位的长度，m；
[0056] γ'—土的浮容重，(KN/m3)，本处取9KN/m3)；
[0057] γw—水的容重，(KN/m3)，本处取10KN/m3)；
[0058] FS—安全系数，1.5～2.0，本处取2；
[0059] 计算得t＝5.625m，即止水帷幕2深度L＝h+t≥7.5+5.625＝13.125m。
[0060] 根据工程地质勘察报告，当止水帷幕2平均长度13.125m时，帷幕端部座落在第⑥层粉土上；其下1m左右即为第⑦层粉质粘土，根据止水帷幕2结构特点，止水帷幕2宜伸入粘性土层1～2m，可有效地形成封闭止
水体系，提高止水效果。设计选用止水帷幕2的长度为15m，设计要求端部伸入第⑦层粉质粘土不小于1m。
[0061] 设计采用摆喷法施工工艺，设计有效长度不小于0.5m，孔距为0.75m，沿围堤1中心线布置，局部(渗沥液提升井处)
外延，高压注浆影响线3如图1所示，一期工程设计孔位2301个，止水帷幕2长度1767延米；止水帷幕2的渗透系数应小于1x10-6cm/s。
[0062] 设计过程中优化止水帷幕2的位置及工作状态，在完善计算分析的
基础上，提出“弱化受力结构性质，突出防渗功能”的思路。
[0063] 步骤4：采用数值模拟进行长期地下水分析。
[0064] 根据填埋场一期工程实施方案，选择基坑开挖的典型断面，采用数值计算方法，借助现行通用
有限元分析软件MIDAS/GTS，计算填埋场区的地下水渗流场，推求基坑渗流量，分析止水帷幕2、基坑土体的渗透坡降，评价其抗渗稳定性。
[0065] 在稳定渗流期，渗流分析的边界类型主要有已知水头边界、出渗边界及不透水边界三种：
[0066] 1)已知水头边界：为模型左侧边界，对应的
节点水头为给定工况条件下的地下水位；
[0067] 2)出渗边界：包括基坑顶面，以及围堤1内坡面；
[0068] 3)不透水边界：包括模型左侧除给定地下水位以外的部分边界、模型右侧边界以及模型顶、底面。
[0069] 根据研究目的和计算任务书要求，拟定以下计算方案进行计算分析：
[0070] 1)方案一：地下水位21.0m时的基坑渗流场三维有限元计算；
[0071] 2)方案二：不同地下水位条件下的基坑稳定渗流量计算，考虑地下水位变化范围为23.0～18.0m(间隔0.5m)；
[0072] 3)方案三：取k1＝3×10-5cm/s，k2分别取1×10-6cm/s、5×10-7cm/s、1×10-7cm/s、0cm/s(不透水)，研究止水帷幕2渗透系数变化对基坑渗流量的影响，考虑地下水位变化范围23.0～18.0m(间隔0.5m)；
[0073] 4)方 案 四：取k2＝ 1×10-6cm/s，k1分 别 取4.167×10 -4cm/s、1×10-4cm/s、-5 -53×10 cm/s、1×10 cm/s，研究土体综合渗透系数变化对基坑渗流量的影响，考虑地下水位变化范围23.0～18.0m(间隔0.5m)。
[0074] 根据各方案的数值模拟结果，得出填埋场基坑的渗流量与地下水位之间的长期变化规律。其中，不同地下水位时的基坑渗流量和渗透坡降如表1所述。取稳定期的渗流场、渗流坡降、和渗流量的计算结果，作为长期模拟的计算结果，对各个技术方案进行验证和评价。
[0075] 表1 不同地下水位时的基坑渗流量和渗透坡降
[0076]
[0077]
[0078] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种
修改或
变形仍在本发明的保护范围以内。
