辽宁省某生活垃圾填埋场一期已填垃圾约5×10⁶ t，垃圾堆体顶部标高10~16 m，高出地面5~10 m，整体西高东低。一期垃圾堆体占地面积约为1.66×10⁵ m²。在一期垃圾堆体的顶部各有一处污泥坑和一处沼渣坑，平面布置如图1所示。通过工程勘查、取样和室内外试验测试等手段，得出工程的基本数据：泥坑占地面积约为19 059.46 m²，平均深度约为6.73 m，最大深度约为10.5 m，污泥总量约为128 270.17 m³，含水率为75%~85%；沼渣坑占地面积约为7 138.87 m²，平均深度约为3.71 m，最大深度约为4.8 m，污泥总量约为26 485.21 m³，含水率为80%~85%。可见，污泥坑和沼渣坑(以下统称为污泥坑)的最深位置剖面为本工程的最不利情况，其截面位置如图1中A-A和B-B断面所示。为解决辽宁省某市生活垃圾焚烧厂建设期生活垃圾处理的需要，急需对该填埋场进行竖向扩容。设计库容为1.23×10⁶ m³。

1)竖向扩容工程设计。由实际勘察结果可知，该填埋场污泥坑分层较为明显，主要分为表面垃圾层和底部流塑、软塑污泥层，其中表层垃圾可直接清除掉。根据工程分析结果，本项目拟选用原位固化技术对底层污泥坑进行加固处理。根据工程目标和填埋场设计技术规范^[13]，设计计算出新堆载的垃圾层高度约为25 m，扩建后填埋场整个垃圾堆体的最大高度可达42 m，根据图1中截面A-A和B-B，分别给出2处最不利情况下扩容后的填埋场设计剖面图(图2和图3)。

通过工程现场勘察和测试结果，并结合相关规范推荐值及相关研究^[14-18]，得出的固化处理后污泥的物理力学参数设计值及填埋场其他材料物理力学参数见表1。

2)污泥原位固化药剂及施工工艺。污泥的固化，其机理是向污泥中加入固化剂，通过一系列复杂的物理化学反应，使其转化成类似土壤或胶结强度很大的固体。原位固化快速搅拌系统的强力螺旋搅拌头可以借助挖掘机长臂和转角在污泥内的上、下，左、右和前、后三维空间内任意运动，均匀搅拌并混合从其中心端输出的固化粉体药剂和周围污泥，形成污泥固化区域。污泥固化药剂成分及添加量见表2。

3)设计参数校核。考虑污泥原位固化后将作为竖向扩容填埋场的基础土层，固化后的污泥必须满足《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》(GB/T 23485-2009)^[19]中要求的污泥填埋基本指标及《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB 16889-2008)^[20]的相关规定。同时，结合本工程项目特点和技术要求，原位固化处理后污泥在经过28 d固化龄期后，需达到表3中的指标参数。

根据图2、图3和表1，采用摩尔库仑抗剪强度计算公式对该项目设计参数进行校核，具体计算方法见式(1)。计算结果见表4。由表3和表4可知，固化后污泥的设计参数值满足指标要求。

式中：τ为抗剪强度，kPa；σ为正应力，kPa；c为黏聚力，kPa；φ为内摩擦角。

根据《生活垃圾卫生填埋场岩土工程技术规范》(CJJ 176-2012)^[13]的规定，垃圾堆体边坡的稳定性分析应考虑以下3种条件。

1)正常运用条件。填埋场工程投入运行后，经常发生或长时间持续的情况包括：①填埋场垃圾填埋过程；②填埋场封场后的情况；③填埋场渗沥液水位处于正常水位。

2)非正常运用条件Ⅰ。遭遇强降雨等引起的渗沥液水位显著上升。

3)非正常运用条件Ⅱ。正常运用条件下遭遇地震。

结合本工程特点，本项目拟分析的3种对应条件包括静力条件、静力+最高渗沥液水位条件、地震力+最高渗沥液水位条件。根据要求，该堆体边坡抗滑稳定性分析中考虑的最高渗沥液水位应控制在堆体高度的0.5倍。同时，根据本工程条件及《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)^[21]，该填埋场的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.1g(g为重力加速度)，抗震验算采用拟静力法进行计算。

由图2和图3可以看出，垃圾填埋场一期现存垃圾堆体存在堆体坡面，而新垃圾堆体的堆填和隔堤的建设会对现有坡体产生稳定性影响。因此，应针对一期现有堆体和二期扩容后堆体的坡面分别进行稳定性计算和分析。根据图2和图3以及表1的计算参数，采用Geo-Slope软件进行了建模计算和分析。该软件不仅具有非圆弧滑动面自动搜索功能，而且能够解决穿过软弱夹层或界面的滑动面搜索问题。采用摩尔-库仑(Mohr-Coulomb)强度破坏准则，分析中选用广泛采用的极限平衡法(Morgenstern-Price)计算堆体边坡的稳定安全系数。由此，计算得到上述3种工况条件下堆体边坡的抗滑稳定安全系数，结果见表5。

针对堆体边坡的抗滑稳定性评价问题，可参考《生活垃圾卫生填埋场岩土工程技术规范》(CJJ 176-2012)^[13]的相关规定。根据垃圾堆体边坡工程的坡高及失稳后可能造成后果的严重性等因素，按照表5中的安全系数，确定出该堆体边坡抗滑稳定的最小安全系数要求值(表6)，通过对比分析，进行堆体边坡的抗滑稳定性评价。

考虑到本工程扩容后垃圾堆体总高度为35~42 m，可以判定该堆体边坡的安全等级属于二级。然后，结合表5中对应的最小安全系数要求值，得到对比结果(表7)，其中堆体边坡计算安全系数为各坡面计算安全系数的统计最小值。由此可见，各工况下堆体边坡抗滑稳定安全系数均满足规范要求，说明本设计方案合理。

填埋场的沉降包括地基沉降和垃圾堆体沉降2部分，其中地基沉降对于填埋场底部防渗衬垫系统和管道的设计及后期运营具有重要影响，而垃圾堆体沉降对于填埋场封顶覆盖系统设计运营以及场地最终填埋容量的估算影响较大。本项目中，填埋场沉降计算采用传统土力学理论，其中污泥可视作软土，按软土地基沉降进行计算分析^[7,22]。

根据填埋计划，该填埋场将在1 a内完成生活垃圾填埋，采用1∶3向上填筑，并每5.0 m设置1座平台，综合坡度1∶3.4，顶部平台宽约47 m，填埋高度约25 m。污泥坑平均深度约为6.73 m，最大深度约为10.5 m。沼渣坑平均深度约为3.71 m，最大深度约为4.8 m。根据污泥固结实验，固化污泥的压缩模量为1.85~4.1 MPa，此处取固化污泥的压缩模量为3.0 MPa。杂填土压缩模量为4.0 MPa。选用理正软件建立填埋场沉降模型并进行计算，具体计算过程如下。

1)各级填埋加荷的沉降计算。第1级加荷，0~6个月。加载开始时，计算高度为0 m，沉降高度为0 m。加载结束时，计算高度为12.611 m，附加应力为163.943 kPa，沉降高度为0.112 m。第2级加荷，6~10个月。加载开始时，计算高度为12.611 m，附加应力为163.943 kPa，沉降高度为0.112 m。加载结束时，计算高度为25.319 m，附加应力为329.147 kPa，沉降高度为0.319 m。

2)填埋竣工时及后期沉降计算。基准期开始时刻：填埋至设计标高时刻。考虑沉降影响后，实际计算高度为25.319 m。竣工时，地基沉降高度为0.319 m。竣工后，基准期内的残余沉降0.386 m。基准期结束时，地基沉降0.705 m。最终地基总沉降高度为1.100×1.362 m=1.499 m。

防渗衬垫系统应能有效地阻止渗沥液透过，以保护地下水不受污染；同时，应具有相应的物理力学性能、抗化学腐蚀能力和抗老化能力。防渗层应覆盖垃圾填埋场场地和四周边坡，形成完整有效的防渗屏障。根据最不利设计原则，将土工膜布置图和沉降断面图进行叠加，土工膜上段沉降0.20 m，中段沉降1.362 m，尾端沉降0.20 m，断面长度约300 m，原始坡度1%。设计标高：上端14.2 m，中端12.45 m，尾端10.7 m。最终沉降后标高：上端14.00 m，中端11.088 m，尾端10.5 m。拉伸长度约为0.2 m，考虑不均衡性，安全系数为3，最大伸长率为0.2×3/150=0.4%。

为抵抗将来的不均匀沉降，防渗系统设置双向拉伸聚丙烯土工格栅(产品规格为TGSG5050)，格栅的纵/横向拉伸强度≥50 kN·m⁻¹，纵/横2%伸长率时的拉伸强度≥17.5 kN·m⁻¹，纵/横5%伸长率时的拉伸强度≥35 kN·m⁻¹。具体防渗结构设计如图4所示。

1)本项目通过分层堆填来完成近25 m高的垃圾填埋场竖向扩容工程，并选用原位固化技术处理填埋场内的污泥和沼渣；结合现场勘察、实验测试以及参考规范和相关研究，确定的浅层固化污泥和深层固化污泥在有效应力作用下抗剪强度≥ 60 kPa，地基承载力≥ 90 kPa。上述参数均满足垃圾堆体竖向扩容要求。

2)扩容后垃圾填埋场堆体边坡的抗滑稳定性分析模型计算结果表明，垃圾堆体在正常运用条件、非正常运用条件Ⅰ和非正常运用条件Ⅱ不同情况下，垃圾堆体边坡抗滑稳定安全系数均满足相关工程技术规范的要求。

3)通过沉降计算得出，库容竣工后，加载25 m高的垃圾堆体产生的沉降值为0.319 m，而堆体最终总沉降为1.499 m，由此得到的防渗系统最大伸长率为0.4%，可满足规范相关工程技术要求。通过设置抗沉降加筋层，可抵抗垃圾堆体下方地基产生的不均匀沉降。