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近年来随着我国环保事业的发展，城市垃圾的综合处理意识已经提高到了一个比较高的程度，作为目前国内垃圾处理的最普遍方式——城市垃圾卫生填埋场已经在全国范围内大规模、普遍的实施。但是由于城市垃圾卫生填埋引入国内只有20几年的时间，在全国范围内大规模普遍实施垃圾卫生填埋的时间更是短暂。所以虽然近几年对于垃圾填埋场的设计规范和规程的制定工作在逐步展开完善，但是对于其中某些特定的构筑物如垃圾坝的设计还没有比较统一的标准规范可以执行。特别是对于土建结构专业更是缺少有针对性的规范可供设计依据，各地对于垃圾坝的设计均是参照现行的水工结构规范，民用建筑结构规范以及相关的行业规范中的一种或者几种综合考虑来进行设计的。我院近年来也设计了不少的垃圾填埋场工程，其中对于垃圾坝的结构设计中关于垃圾坝结构安全等级的确定，抗震类别的划分，结构计算的一些关键系数的取值等有一些设计经验、观点及体会，在这里就以下几个方面作一个简单的介绍。
1关于垃圾坝的结构安全级别(等级)以及抗震等级的划分
垃圾坝由于其特殊性，除了在几何体型上与一般的水利工程的水坝相似以外，其使用功能，受力特性等许多方面都与之不相同，甚至差别很大。因此在确定垃圾坝的结构安全等级时是将其划入水工建筑物还是划入一般建筑工程中的挡土墙，这一点十分重要，因为结构安全等级的划分涉及到结构重要性系数γ0、稳定安全系数等一系列对结构设计影响很大的参数的取值。
(1)垃圾坝的安全级别(等级)
在水工建筑物规范中：根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000的第2.1.1条规定，按水库总库容确定的工程等级(1.0～0.1)×108m3为Ⅲ级，(0.1～0.01)×108m3为Ⅳ级，(0.01～0.001)×108m3为Ⅴ级，而目前国内的垃圾库区总库容尚未超过1.0×108m3。
按《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：土石坝70m，混凝土坝、浆砌石坝100m时，水库大坝按主要永久性水工建筑物级别为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条规定，水工建筑物级别为2、3级时，其结构安全级别(等级)为Ⅱ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的精神，垃圾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，按正常维护、运行状态，库区内不允许非库区员工进入。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，由于垃圾坝破坏而产生的有限渗滤液对环境的污染尚可采取工程措施予以补救。
综上所述，建议垃圾坝的结构安全级别(等级)可定为二级。
(2)垃圾坝的抗震类别
《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2004及《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》GB50032-2003中均未列入垃圾填埋工程中各类建(构)筑物的抗震设防分类。根据《水工建筑物抗震设计规范》SL203-97的第1.0.5条规定，建筑物级别2级(非雍水)、3级，场地基本烈度≥7度，工程抗震设防类别为丙类。
根据《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2004第3.0.2条，《构筑物抗震设计规范》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，根据上述的垃圾库区的工程性质，影响危害等特点并结合SL203-97第1.0.5条规定，垃圾坝的抗震类别不宜高于丙类。
2承载力极限状态和正常使用极限状态表达式
水工重力坝阻挡的主要是水库水体，垃圾坝阻挡的主要是固体废弃物。水工重力坝在承载力极限状态表达式中除结构重要性系数γ0、永久作用分项系数γG、可变作用分项系数γQ外，还引进设计状况系数(持久状况、短暂状况、偶然状况)ψ、结构系数γd(基本组合结构系数γd1，偶然组合结构系数γd2，短期组合结构系数γd3，长期组合结构系数γd4)。这些均与市政工程常用的设计规范所采用的设计参数不相同，而且对应的材料力学参数也不一致。垃圾坝阻挡的固体废弃物的物理力学特征较接近于挡土墙阻挡的土体的物理力学特征，而挡土墙在市政工程设计中为常见的构筑物，无论是理论原理，计算公式，设计经验或工程实践都比较成熟。故建议重力式垃圾坝的承载力极限状态和正常使用极限状态表达式宜向挡土墙靠拢。宜参照《砌体结构设计规范》GB50003-2001或《混凝土结构设计规范》GB50010-2002的相应规定执行。
3垃圾坝的设计使用年限
对于一般的民用建(构)筑物其设计年限为50年，土建完工后很快就投入使用了，所以设计使用年限很明确，即从完工交付使用算起。而对于垃圾坝建成后要达到满负荷工作则要等到封场期以后，根据不同规模的垃圾填埋场，其由土建完工后达到设计负荷封场可能要10～20年甚至更长。如果以50年的设计使用年限标准，从土建完工算起，真正满负荷工作的时间只有30～40年或者更短，这显然对于建(构)筑物结构的正常使用极限状态的确定要求偏少。根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2002的第3.2.3条将设计使用年限与结构安全等级联系在一起考虑。如果将垃圾坝的安全等级定为二级，则设计使用年限宜取50年，如果将其定为一级则相应取100年。结构的设计使用年限宜从结构上的作用在可能达到设计中规定的作用量值时开始计算，故对于垃圾坝宜从垃圾库区封场开始计算。设计使用年限的长短宜从结构的功能要求予以考虑，对于垃圾坝则应考虑库区垃圾在填埋封场后达到无害化的时效予以考虑，因为根据工艺设计，垃圾经过填埋、降解达到一定时间后可以基本达到无害化，对周围环境没有什么影响了，此时的垃圾坝的结构使命作用就不明显了。垃圾坝的设计使用年限也同时应结合垃圾库区相应的配套设置的使用年限综合考虑。例如，防渗系统材料(HDPE防渗膜、无纺土工布等)的使用年限；防渗导排系统(导渗层，导渗管等)的结构使用年限等等。
4垃圾坝的稳定性抗力(安全)系数(抗滑、抗倾)的取值
对于垃圾坝，同水工坝和挡土墙的计算一样，稳定性计算是它的一个主要设计项目，对于它的稳定性抗力(安全)系数的取值对于坝体的设计影响很大。《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002及《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2003规范对于不同安全等级的建(构)筑物的稳定性抗力(安全)系数取值并没有加以区分。均取的固定数值，只是按照平面滑动和圆弧滑动有所区分。但《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002规范引入了主动土压力增大系数ψc。《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002的第5.3.1条规定了抗滑稳定安全系数应按边坡工程安全等级的具体划分取值。
垃圾坝的稳定性抗力(安全)系数的取值，建议宜按垃圾坝的安全等级划分取相应的值，否则对不同安全等级的垃圾坝，其稳定性(安全)系数是同等级的，似乎有些不妥。当垃圾坝的安全等级定为二级时，其稳定性抗力(安全)系数宜按《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002规范取值(即抗滑抗力系数取1.3，抗倾抗力系数取1.6)，当按圆弧滑动面法验算整体滑动稳定性时，按《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002的第5.3.1条取1.25。
5垃圾坝计算中的一些计算参数的取值
到目前为止，对垃圾坝结构设计尚没有专业性的规范、规程可依，其专著更少见。常用的垃圾坝坝型主要为重力式坝和柔性坝两种，分别以砌石坝和碾压式土石坝为代表，在缺少石材的地区，也可采用混凝土坝。砌石坝和混凝土坝都是重力式坝，主要是依靠自重来提供抗滑力；碾压式土石坝是柔性坝，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。如前所述，垃圾坝规模往往较小，较水利工程中的坝体，其更接近岩土工程中的挡土墙。因此坝后的垃圾土体借助库仑理论对坝体进行分析是国内各设计单位常用的方法。但是垃圾坝作为一种有别于一般水工坝和岩土工程挡土墙的特殊构筑物，有其本身特殊的构造特点，因此在对其后背堆体对其产生作用的计算时技术参数如何取值以及计算工况的考虑对于垃圾坝的结构设计影响比较大。
(1)垃圾土的物理力学参数γ、φ、c及垃圾土与墙背的摩擦角δ的取值
由于垃圾土体的力学特征虽然与土体的力学特征有些相似，但是其具体差异还是存在，由于国内目前对于垃圾材料的成分以及物理力学性质并没有很多的理论及试验研究成果，因此现实设计中，对于垃圾坝后所阻挡的垃圾土的物理力学参数取值差异较大，并没有一个可供参考的实验依据。我院对于垃圾坝后垃圾土的力学参数，是考虑垃圾降解无害化后的垃圾土体与其性质相似的一些土体的资料，作的一个基本假定，总的原则还是在没有切实依据的情况下，取值偏于保守。基本采用γ=13～15kN/m3、φ=25°～30°、c=0。对于这些参数的比较切合实际的取值，还需要国内相关的研究部门在今后能通过一系列的试验来给出不同垃圾土的物理力学参数，以供设计部门设计时参考取值。
由于垃圾坝须防止渗滤液渗透垃圾坝而污染环境，一般在垃圾坝与垃圾填埋交接面铺设有防渗膜(HDPE膜)，故存在垃圾土体对垃圾坝墙背的摩擦角δ如何定值的问题。由于防渗膜一般比较光滑，而且垃圾坝与一般挡土墙不同，不能设置排水孔，墙后的渗滤液只能通过渗滤液收集系统经导排总管穿坝排出。根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002中的表6.6.5-1，对于墙背平滑，排水不好的情况δ取(0～0.33)φk，φk为土体的内摩擦角标准值。由于垃圾土对各类防渗膜的内摩擦角需要经过试验确定，而国内并没有完整的对此的研究成果，故我院在设计中一般按有利于安全的角度考虑取δ=0°。(2)垃圾坝稳定计算中的一些问题
对于一般的岩土工程挡土墙，我们一般只考虑墙体本身在墙后土体的推力作用下的稳定性问题，然而垃圾库区一般设置在山区、丘陵地区的沟谷中，垃圾坝则一般设在库区的下游端，如果垃圾库区的库底为平直的，则无问题。但是当垃圾库区的库底有坡度时应核算垃圾堆体沿库底的抗滑稳定性，特别是垃圾库区的库底一般都铺设有防渗膜，这就存在采用常规的HDPE防渗膜与其上的保护层之间的抗滑稳定性问题，如果抗滑稳定性不能满足，则应调整库底的坡度或将超过抗滑稳定的多余推力传至垃圾坝；同时还应考虑平行于垃圾坝纵轴的库底一般呈“U”或“V”形，当垂直于垃圾纵轴的库底不能满足垃圾堆体的抗滑稳定要求时，则应验算“U”或“V”形库底的斜坡上垃圾堆体的抗滑稳定性，当其不能满足抗滑稳定要求时，其下滑力的垂直分量将增加垂直于垃圾坝纵轴库底上垃圾堆体的下滑力。而且由于对于库底的防渗层的做法，防渗膜上的保护层，防渗膜下的支撑层材料各地在设计时可能不相同，因此还应比较垃圾堆体在各类HDPE防渗膜与各类防渗膜上的保护层材料之间的抗滑稳定性以及垃圾堆体在HDPE防渗膜与下面的支承面之间的抗滑稳定性，由此判断哪一个接触面为最薄弱的滑动面。当垃圾坝须进行圆弧滑动稳定计算时，位于圆弧滑动面后的垃圾堆体必须在库底最薄弱滑动面上保证抗滑稳定要求，否则圆弧滑动稳定计算中应计入库底保证抗滑稳定要求后的多余下滑力的不利影响。
(3)计算时是否考虑渗滤液的作用
渗滤液是由大气降水，垃圾降解产生的水以及垃圾自身带有的水形成的，由于渗滤液的成分对于环境的影响很大，垃圾填埋场设计中在库底及垃圾坝的上游均铺设了HDPE防渗膜。考虑垃圾浸泡在渗滤液中从垃圾处理的工艺要求来说不利于垃圾的降解，设计上均要求在垃圾库区周围设置足够断面的截洪沟，以保证截洪沟范围以外由于暴雨或其它原因产生的水流不在截洪沟内溢流进入垃圾库区。对于截洪沟范围内在不同标高设置盲沟形成收集系统，其流量应由工艺专业根据垃圾产生渗液量及该面积区域内的降雨量来确定。渗滤液通过收集系统收集再通过渗滤液导排总管穿过垃圾坝接入调节池，且渗滤液收集系统均有坡度，渗滤液导排总管的出口端也高于调节池最高水位。渗滤液在收集系统工作正常的情况下，应该不会在垃圾坝后形成渗滤液积聚。但是国内有的垃圾填埋场由于渗滤液收集系统设计、施工不恰当，曾发生过因渗滤液导排管堵塞的例子，致使坝后渗滤液积聚，不仅影响垃圾降解，而且威胁垃圾坝的安全。因此垃圾坝的设计中要求垃圾库区的渗滤液收集系统的工艺设计做到安全可靠。
6结语
以上通过笔者对于所参与的一些工程中的垃圾坝结构设计的一些体会，对垃圾坝的安全等级及抗震类别的划分、承载力极限状态和正常使用极限状态的表达式的选取、垃圾坝的设计使用年限的确定、垃圾坝稳定性抗力系数的取值以及计算中对于具体设计参数以及计算工况的考虑等问题提出了个人的一些观点，以供业内同行共同探讨。现在垃圾坝设计的专业规范正在制定当中，相信随着规范的出台以及国内同行对于垃圾坝设计的研究的深入广泛进行，垃圾坝的设计一定会更加经济合理。
参考文献
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[2]顾晓鲁，钱鸿缙，刘惠珊，等，地基与基础[M]，北京：中国建筑工业出版社，1995
[3]砌石坝设计规范SL25-2006
[4]建筑地基基础设计规范GB50007-2002
