固体废弃物第九章第五节

1第五节填埋场防渗设计一、场地平整工程填埋场主体工程的设计和施工是从场底的处理开始的。一般而言，场底的设计和施工按照如下的步骤进行：1.场地分期分区设计采用分区分期建设的优点是：一是可以减少一次性投资；二是可以减少渗滤液产生量，未填埋区的雨水径流可以很容易和填埋作业区域隔开；三是可以减少运土和买土的费用，前期开挖区域的土可以在未填区域堆放，逐渐用于前期填埋库区的覆盖用土；四是专项基金的利息或基金的回报可以补偿前期的作业的运行费用。2.库容和使用年限计算详见第二章第二节3.场底整平设计目的是使具有承载填埋体负荷的自然土层或经过地基处理的平稳层，不因填埋垃圾的沉降而使基层失稳，达到保护防渗层中防渗膜的作用。同时，为了防止渗滤液在填埋场的底部积蓄，填埋场的底部应做成一系列的坡型的阶地。竖向整平是考虑到场区防渗处理需要建设锚固沟，以有利于膜的锚固。根据填埋作业道路的需要，在通往填埋库区底部，设计临时道路；横向整平是为了便于地下水的收集导排、渗滤液的收集导排以及填埋区内部雨水的收集导排。4.防渗系统的设计2二、填埋场场底防渗系统防渗技术是垃圾填埋场最重要的技术之一，其作用是将填埋场内外隔绝，防止渗滤液进入地下水，阻止场外地表水、地下水进入垃圾填埋体以减少渗滤液产生量，同时也有利于填埋气体的收集和利用。（一）基本术语防渗结构：位于卫生填埋场场底和边坡上，形成渗滤液控制屏障的各种材料的空间层次关系。防渗层：防渗结构中，由渗透系数很小的材料及其保护材料构成的不透水阻隔层。单层衬垫防渗结构：采用单层的人工合成土工材料作为防渗层的防渗结构。双层衬垫防渗结构：采用上下二个防渗层（亦称为主防渗层和辅防渗层），并在二层之间设有排水层及渗漏检测设备的防渗结构。复合衬垫防渗结构：采用二种不同人工合成土工材料复合形成防渗层的防渗结构，又可分为单层复合衬垫防渗结构和双层复合衬垫防渗结构。盲沟：采用高滤过性能材料，用于导排渗滤液或地下水的暗沟(床)，沟内可铺设管道。3（二）防渗方式填埋场场底防渗设施按铺设的方向分为垂直防渗和水平防渗两种方式。1.垂直防渗垂直防渗是对填埋区地下有不透水层的填埋场而言的，在这种填埋场的填理区四周建垂直防渗幕墙，幕墙深入至不透水层，使填埋区内的地下水与填埋区外的地下水隔离开，防止场外地下水受到污染。对于山谷型填埋场，由于周边山峰的地下不透水层较高，可以阻挡场内污水外流，因此垂直幕墙只需在山谷下游的谷口建设，幕墙与两边山峰相接，将整个山谷封闭，避免场内地下水外流。垂直防渗对于山谷型填埋场来说投资较省，但对于其它类型填埋场投资与水平人工防渗持平。优点是投资小(对山谷型填埋场而言)，缺点是防渗幕墙的效果不保证。防渗幕墙一般是采用灌浆的方式实现的，对地下岩层裂隙较多的地方，裂隙纵横交错，灌浆难以将其堵严。垂直防渗主要有帷幕灌浆、防渗墙和HDPE垂直帷幕防渗；42.水平防渗水平防渗是目前使用最为广泛的一种防渗方式。水平防渗是在填埋场的场底及侧边铺设人工防渗材料或天然防渗材料，防止填埋场渗滤液污染地下水和填埋场气体无控释放，同时也阻止周围地下水流入填埋场内。水平防渗主要有压实粘土、人工合成材料衬垫等。水平防渗按照防渗材料的来源不同又分为自然防渗和人工防渗两种。1）自然防渗自然防渗是指采用粘土或改良土作防渗衬垫的防渗方法。2）人工防渗人工防渗是指采用人工合成有机材料(柔性膜)与粘土结合作防渗衬垫的防渗方法。根据填埋场渗滤液收集系统、防渗层和保护层、过滤层的不同组合，一般可分为单层衬垫防渗系统、单复合衬垫防渗系统、双层衬垫防渗系统和双复合衬垫防渗系统。5单层衬垫防渗系统单层衬垫系统只有一个防渗层，其上是渗滤液收集系统和保护层，其下是地下水收集系统和一个保护层。该类衬垫系统构筑简单、防渗性能较差，一般用在防渗要求较低、抗损性低的场合。填埋区底部单层衬垫结构要求：基础，地下水导流层，厚度应大于30cm；膜下保护层，粘土厚度应大于100cm，渗透系数不应大于1.0×10-5cm/s；HDPE土工膜；膜上保护层；渗滤液导流与缓冲层，厚度应大于30cm；土工织物层。填埋区边坡单层衬垫结构要求：基础，地下水导流层，厚度应大于30cm；膜下保护层，粘土厚度应大于75cm，渗透系数不应大于1.0×10-5cm/s；HDPE土工膜；膜上保护层；渗滤液导流与缓冲层。6复合衬垫系统复合衬垫系统是由两种防渗材料紧密铺贴在一起而形成的一种防渗层。它的两个防渗层可以是由相同或不同的防渗材料构成。一般情况下，第一层常使用由人工合成有机材料制成的柔性膜，如HDPE土工膜；第二层用天然粘土构筑的粘土层。复合衬垫实际上有两层防渗保护，因而防渗效果好，是比较常用的一种防渗系统。与单层衬垫系统相似，复合防渗层的上方为渗滤液收集系统，下方为地下水收集系统。双层衬垫系统双层衬垫系统包含两层防渗层，但在两层之间设有排水层，因此，它的两层防渗层是分开的，而不是紧贴在一起的，这是它与复合衬垫的主要区别。排水层用于控制和收集防渗层之间的液体或气体。同样地，衬垫上方为渗滤液收集系统，下方为地下水收集系统。双层衬垫系统有其独特的优点。透过上部防渗层的渗滤液或者气体受到下部防渗层的阻挡而在中间的排水层中得到控制和收集。在这一点上它优于单层衬垫系统，但从施工和衬垫的坚固性等方面上看，它一般不如复合衬垫系统。7双层复合衬垫系统双层复合衬垫系统相对于双层衬垫系统而言，不同之处在于上部防渗层采用的复合防渗结构。防渗衬垫上方为渗滤液收集系统，下方为地下水收集系统，见图4-4。双层复合防渗系统综合了单层复合衬垫系统和双层衬垫系统的优点，具有抗损坏能力强、坚固性好、防渗效果好等优点，但是造价较高。（三）、防渗方式的选择填埋场衬垫系统的选择对于填埋场设计至关重要。选择填埋场衬垫系统应考虑下面一些因素：环境标准和要求；场区地质、水文、工程地质条件；衬垫系统材料来源；垃圾的性质及与衬垫材料的兼容性；施工条件；经济可行性。8三、防渗材料填埋场的防渗材料的选择直接决定防渗层防渗效果的好坏。目前使用较多的防渗材料有三类：天然无机防渗材料、天然和有机复合防渗材料、土工合成材料（如土工膜材料，土工布和土工聚合粘土材料（GCL））。天然粘土和人工改性粘土是建筑填埋场防渗结构的理想材料。但是，严格地讲，粘土只能延缓渗滤液的渗漏，而不能制止渗滤液的渗漏，除非粘土的渗透性极低且有较大的厚度。为了更为有效地密封渗滤液于填埋场中，现代填埋场尤其是危险垃圾填埋场经常使用土工合成材料(土工膜)与粘土结合作为填埋场的防渗材料。四、防渗系统设计防渗工程应在填埋场的服务年限内有效地收集垃圾渗滤液，防止其污染地下水；并能满足在填埋场完全稳定以前也能达到收集垃圾渗滤液，防止其污染地下水的目的。填埋场防渗工程方案应从经济性、安全性、适用性和技术成熟性进行论证而最终确定。各项设计内容应符合工程总体设计要求和当地水文气象、地形地貌、水文和工程地质等自然要求。填埋场防渗工程的要求还应符合其它国家现行有关工程防渗方面的标准、规范的规定。9（一）、衬垫系统设计设计基本要求1.填埋场场底应有纵、横向坡度，以利于渗滤液导排。2.填埋场地基应是具有承载填埋体负荷的自然土层或经过地基处理的平稳层，且不应因填埋垃圾的沉降而使场底基层失稳。3.对防渗工程的结构形式进行充分的论证和比选。4.在进行防渗工程设计之前，应进行防渗工程的稳定性计算。5.应贯彻因地制宜、就地取材、经济实用的原则，慎重地采用新技术、新工艺和新材料。6.防渗工程应以合理的分期、分阶段实施为原则，避免浪费。10防渗结构设计1、防渗结构设计的功能要求1）防渗结构应符合当地的实际情况（包括水文、地质、气候情况等）；2）防渗结构应能有效地发挥防渗和导排渗滤液的功能；3）防渗结构应对外界的破坏具有一定的抵御能力；4）防渗结构的设计应经济合理，节约材料和节省投资；5）防渗结构层应有较长的使用寿命。2、防渗结构设计的原则1）必须根据实际的地质情况选用合适的防渗材料实现防渗功能，并在防渗材料上下设置保护层，防止防渗材料受到破坏。2）应设置渗滤液导流层，以有效的导排渗入的垃圾渗滤液3）根据工程水文资料考虑设置地下水导流系统，以避免地下水对防渗结构造成危害和破坏。3、新建填埋场采用人工水平防渗时，其结构要求不应低于单层衬垫防渗结构的要求，当选址由于不可克服的原因最终选定在环境敏感区时，应最低限度采用双层衬垫防渗结构。11渗滤液导流层设计1、渗滤液导流层设计的原则1）必须能及时的、有效的导排汇于填埋场边坡和场底垃圾渗滤液；2）应具有防淤堵能力；3）不会对防渗层造成破坏。2、渗滤液导流层设计的具体要求1）为防止淤堵，应尽可能在导流材料上铺设过滤材料。过滤材料通常使用土工织物，尤其是长丝针刺土工织物。2）导流层应设置导渗盲沟，以利于渗滤液的顺利排出。同时应设置次盲沟，以增强渗滤液导排能力。3）导渗盲沟宜由织质土工布材料包裹碎石，并在盲沟内铺设有孔管材（也称“花管”）。4）盲沟的设计应符合下列要求：①碎石的粒径宜在60mm～100mm范围内。②如有可能，尽可能选择卵石或棱角光滑的石类。5）土工织物的反滤与透水要求，应参照《土工合成材料应用技术规范》GB50290的具体要求设计。6）导渗管材宜选用HDPE花管，管径应根据渗滤液产生量及其它有关因素加以确定。应选择适当壁厚和承压强度的管材。3、渗滤液导流层的常用方式1）碎石层导流方式：要求碎石的粒径应分布在30mm～60mm，碎石层厚度不小于300mm。2）土工合成材料层导流方式：主要是应用土工网格等土工特种材料及其复合材料。应充分考虑其对防渗层的影响，避免对防渗膜造成破坏。3）前二者复合导流方式：应充分考虑经济性后，加以选用。4、选址位于环境敏感区内，检测导流层中应设置渗滤液渗漏检测设备。12防渗层设计1、防渗层设计的原则1)必须能有效的防止渗滤液透过，以保护地下水不受污染；2)必须应具有良好的物理力学性能以防止被外力破坏而失效；3)必须具有良好的抗老化能力。2、防渗层设计的具体要求1)防渗层应覆盖填埋场底面及坑壁；2)防渗材料应保证渗滤液在使用年限及影响年限内不透过防渗层。填埋场防渗工程通常采用HDPE膜作为防渗材料；3)为防止防渗层被破坏，应在其上部铺设保护层。填埋场防渗工程中通常采用土工织物作为土工膜的保护层，其规格宜按边坡稳定、日晒和冰冻等条件及施工要求经现场试验确定；4)防渗层直接铺设在地基上时，防渗膜下部宜铺设垫层作为保护层，垫层材料可采用压实细粒土、土工织物、土工网和土工格栅等。5)对以下情况可不设下垫层：①基底为均匀平整细粒土体；②选用复合土工膜、土工聚合粘土材料（GCL）或防水排水材料。③由于经济性因素，防渗层必须铺设在软基上时，防渗膜下部必须铺设土工合成材料如土工格栅等，或采取工程措施提高地基承载力。3、防渗层设计的常用方式主要有：主要有：1）单层HDPE土工膜防渗，适用于经济较弱，地下水埋深较大的地区。2）HDPE土工膜与GCL膨润土垫共同防渗，适用于经济发达或对地下水保护要求较高的地区；3）土工复合材料防渗，适用于经济发达或对地下水保护要求较高的地区。4、采用双层防渗层时，主、辅防渗层可采用不同的防渗材料。13地下水导流层设计当地下水水位较高，对填埋场场地施工或垃圾堆体的稳定性会产生危害的情况下必须设置地下水导流层。1、地下水导流层的设计原则1）必须能及时有效的导排地下水，以防止其水位过高对防渗层造成危害和破坏；2）应有一定的防淤堵能力。2、地下水导流层设计的常用方式1）碎石层导流方式：碎石层下宜铺设反滤层，以防止淤堵；碎石层厚度不应小于300mm，碎石粒径应大于30mm。2）地下盲沟导流方式：应根据渗流计算确定盲沟间距和埋深坡度，地下水最高水位距场底距离不得超过2m。14连接设计1、填埋场防渗工程中使用的土工合成材料的连接设计原则1）材料底边和周边应与不透水基底及周边不透水结构紧密连接，形成封闭或半封闭的不透水防渗结构体；2）当材料周边因条件限制只能与透水结构相接时，应对透水结构层进行导排设计；3）材料与周边自然环境连接应设置锚固沟。2、材料的接缝设计应