淺析灘涂型垃圾填埋場治理過程中防滲膜鋪設(shè)的預(yù)留量控制

王英達 李洵

（杭州市城鄉(xiāng)建設(shè)設(shè)計院有限公司 浙江杭州 310004）

淺析灘涂型垃圾填埋場治理過程中防滲膜鋪設(shè)的預(yù)留量控制

王英達 李洵

（杭州市城鄉(xiāng)建設(shè)設(shè)計院有限公司 浙江杭州 310004）

浙江省沿海地區(qū)建有大量不規(guī)范的灘涂型垃圾填埋場，在對這類填埋場進行治理的過程中，HDPE防滲膜起了重要作用。為防止下部軟土地基的固結(jié)沉降以及垃圾堆體自身不均勻沉降給HDPE防滲膜帶來過大的拉伸變形，從而引起防滲膜的拉裂，需在防滲膜鋪設(shè)時預(yù)留一定量的長度。本文結(jié)合臺州地區(qū)某填埋場治理的工程實例，探討了確定防滲膜鋪設(shè)預(yù)留量需考慮的因素，并提出了具體的計算方法。

HDPE防滲膜；灘涂型填埋場；預(yù)留量

1 引言

隨著我國城鎮(zhèn)的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)居民對生活環(huán)境質(zhì)量也提出了更高的要求，城鎮(zhèn)生活垃圾處理問題作為當(dāng)前城鎮(zhèn)化進程中的熱點問題，越來越受到人們的關(guān)注，針對城鎮(zhèn)垃圾處理的研究也越來越多。浙江的環(huán)衛(wèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)一直居全國前列，但2008年以前尤其是2000年前，由于技術(shù)和資金的缺乏，以及制定垃圾填埋場建設(shè)和運行管理方面標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的延遲，造成了很多填埋場選址不當(dāng)、作業(yè)不規(guī)范、無有效或根本沒有防滲系統(tǒng)、填埋氣體和滲濾液導(dǎo)排處理系統(tǒng)，運行管理混亂，對周邊環(huán)境帶來嚴(yán)重污染，給周邊居民的身體健康造成直接威脅，還可能存在較大的安全隱患。因此，對存在問題的垃圾填埋場要及時進行治理，使垃圾處置能真正達到無害化的目標(biāo)。

2 灘涂型垃圾填埋場的特點

受自然地理條件限制，浙江省內(nèi)沿海地區(qū)（臺州、溫州等地）的垃圾填埋場部分坐落在灘涂上，下部多為性質(zhì)較差的淤泥質(zhì)軟土，具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高、滲透性小等特點。淤泥質(zhì)軟土的承載力基本在40kPa～60kPa，若不對填埋場地基進行有效的加固處理，垃圾回填超過3m～4m即有可能引起下部軟土的剪切破壞，并產(chǎn)生較大的沉降，導(dǎo)致庫區(qū)底部埋設(shè)的滲濾液導(dǎo)排管和地下水導(dǎo)排管沉降、錯位、斷裂、堵塞，失去導(dǎo)排和收集功能，同時致使底部鋪設(shè)的防滲層產(chǎn)生過大的拉伸從而破壞開裂，最終帶來填埋場底部的防滲系統(tǒng)和導(dǎo)排收集系統(tǒng)全部失效，污染地下水，嚴(yán)重影響周邊環(huán)境，庫區(qū)水位升高，垃圾壩下部基礎(chǔ)土體沉降破壞，垃圾壩滑移倒塌的風(fēng)險大大增加，整個填埋庫區(qū)面臨徹底破壞的危險。

3 HDPE膜的特性

HDPE膜也被稱為高密度聚乙烯膜，是由HDPE構(gòu)成的塑料卷材，是垃圾填埋場工程常用的三種主要土工合成材料（另有土工網(wǎng)和土工織物）之一，其防滲性能是衡量填埋場是否達到環(huán)保要求的主要指標(biāo)，具有抗拉伸能力強、化學(xué)穩(wěn)定性高、抗老化性強等特點。

HDPE膜屬彈塑性材料，光面HDPE膜（膜厚在0.75mm～ 3mm之間）的屈服強度在11N/mm～44N/mm之間，斷裂強度在20N/mm～88N/mm之間，屈服伸長率為12%，斷裂伸長率為700%；糙面HDPE膜（膜厚在1mm～3mm之間）的屈服強度在15N/mm～44N/mm之間，斷裂強度在10N/mm～32N/mm之間，屈服伸長率為12%，斷裂伸長率為100%。

考慮到使用的耐久性和防滲結(jié)構(gòu)的安全性，在填埋場工程實際應(yīng)用中應(yīng)采用HDPE膜的屈服強度和屈服伸長率作為控制指標(biāo)，若超出該限值，則會產(chǎn)生部分不可恢復(fù)的塑性變形，從而縮短膜的使用壽命，影響垃圾填埋場的正常運行。在受條件限制的情況下，在設(shè)計和施工階段要充分考慮HDPE膜可能會產(chǎn)生的拉伸變形以及變形量的大小，并采取相應(yīng)的工程措施，避免由于膜的過大變形給填埋場運行帶來的危害。

4 浙江臺州地區(qū)某填埋場治理工程實例

4.1 工程概況

項目位于浙江臺州某地海涂，東面為攔海壩，西邊緊鄰市政道路，南面和北面是海涂，屬于灘涂型填埋場，庫區(qū)東西長約450m，南北寬約460m，總占地約20×104m2。主體工程于2007年9月竣工，垃圾壩分兩期建設(shè)，現(xiàn)狀庫區(qū)是環(huán)庫做垃圾壩隔擋之后形成的庫區(qū)，一期壩頂設(shè)計標(biāo)高6.6m，二期垃圾壩加高尚未實施。由于下部軟土層沉降，近期實測壩頂標(biāo)高5.5m～5.7m。目前填埋作業(yè)在現(xiàn)狀垃圾壩內(nèi)進行，庫區(qū)底部標(biāo)高為2.5m～3.5m，已填埋垃圾標(biāo)高為6.0m～13.0m之間，即垃圾堆體高度在3m～10m之間。庫區(qū)采用單層HDPE膜人工防滲，庫底原已鋪設(shè)滲濾液收集導(dǎo)排系統(tǒng)。由于一期庫區(qū)建設(shè)時受建設(shè)資金限制，庫區(qū)內(nèi)庫底部分未做地基處理，隨著垃圾堆體加高，地基荷載加大，導(dǎo)致庫底部分產(chǎn)生不均勻沉降，致使一期庫底滲濾液導(dǎo)排管斷裂、堵塞，防滲膜拉裂變形破壞，再加上填埋作業(yè)施工時中間覆蓋和臨時覆蓋做得不到位，使得滲濾液和徑流雨水不能及時有效的排出庫區(qū)，在庫區(qū)形成了多處淤積，給填埋場的運行帶來極大的隱患和危害。

4.2 治理技術(shù)要點

4.2.1 滲濾液收集：將淤積在靠近垃圾壩處的滲濾液用泵提升至調(diào)節(jié)池內(nèi)，在靠近垃圾壩處一定范圍內(nèi)清理出庫底，沿垃圾壩內(nèi)側(cè)新鋪設(shè)導(dǎo)排盲溝，將滲濾液引出庫區(qū)，并通過新增的提升泵井導(dǎo)入調(diào)節(jié)池。

4.2.2 臨時覆蓋及雨污分流：采用1.0mm厚HDPE防滲膜對庫區(qū)在填埋作業(yè)時進行臨時封場覆蓋，并在臨時覆蓋膜鋪設(shè)過程中形成臨時排水溝，將堆體表面雨水徑流有序排出場外，從而減少惡臭氣體的散發(fā)和垃圾滲濾液的產(chǎn)生量。

4.2.3 規(guī)范化作業(yè)：將垃圾填埋作業(yè)為三個大區(qū)域，依次進行填埋作業(yè)，每個大作業(yè)區(qū)內(nèi)分為若干不大于2000m2的填埋作業(yè)面，使用的填埋作業(yè)面進行作業(yè)時其他未作業(yè)區(qū)域保持用1.0mm厚HDPE防滲膜臨時覆蓋。

4.3 HDPE防滲膜鋪設(shè)預(yù)留量的控制要點

4.3.1 HDPE膜在本工程中的作用

通過前面的技術(shù)分析，在治理該填埋場的技術(shù)要點中，HDPE膜至關(guān)重要，為達到臨時覆蓋、雨污分流、規(guī)范化填埋作用的目的，都需要用到HDPE膜，HDPE膜能否正常使用直接關(guān)系到該工程治理效果的成敗。

4.3.2 HDPE膜需考慮預(yù)留量的原因分析

（1）下部軟弱地基的沉降固結(jié)未完成

地質(zhì)報告顯示庫區(qū)場地下部分布有淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粘土層，層厚約25m～30m，含水量55%，孔隙比1.67，壓縮模量1.6MPa，地基承載力特征值45kPa～50kPa，屬性質(zhì)較差的軟土。由于庫區(qū)建設(shè)時未對地基進行加固處理，再加上軟土滲透性低，固結(jié)速度慢，工程竣工至今僅有7～8年時間，遠未達到完全固結(jié)，在上部附加荷載作用下還會繼續(xù)緩慢沉降，并且?guī)靺^(qū)不同部位的垃圾堆體高度不同，靠近垃圾壩處的垃圾堆體高度低，靠近庫區(qū)中心處的垃圾堆體高度高，再加上分區(qū)作業(yè)，致使作用在庫區(qū)底部地基上的附加荷載不相同，從而產(chǎn)生不均勻沉降，會使防滲膜產(chǎn)生一定的拉伸變形。

（2）已填埋垃圾堆體的壓實度未達到要求

現(xiàn)狀已回填垃圾高度在3m～10m之間，由于以前分層攤鋪、碾壓作業(yè)不到位，已回填的垃圾比較松軟，在現(xiàn)狀垃圾表面繼續(xù)向上進行填埋作業(yè)時，由于機械和后回填垃圾的作用，會對下部已回填的較為松軟的垃圾產(chǎn)生一定的壓縮作用，引起垃圾堆體自身的沉降，從而對鋪設(shè)在堆體表面的防滲膜產(chǎn)生一定的拉伸變形。

（3）垃圾堆體的承載力未達到要求

隨著時間的推移，庫區(qū)下部的軟土地基隨著固結(jié)的逐步進行，孔隙率和含水量會逐漸降低，承載力會逐漸增加，只要填埋工序得當(dāng)，在不超過最大控制堆體高度的前提下，下部地基的承載力應(yīng)該能夠滿足堆體繼續(xù)填埋的要求。但已回填垃圾由于比較松軟，在繼續(xù)上部作業(yè)時承載面極易產(chǎn)生坍塌，從而導(dǎo)致防滲膜產(chǎn)生一定的拉伸變形。

4.3.3 HDPE膜預(yù)留量的確定

上述三個原因的共同作用會加大HDPE防滲膜的拉伸變形量，加快HDPE防滲膜拉裂現(xiàn)象的出現(xiàn)。因此，需對鋪設(shè)的防滲膜留出一定的伸縮量，防止后期堆體和下部地基變形而造成的防滲膜拉裂。

考慮到過大的伸縮量會引起臨時覆蓋層不平整，一方面容易起鼓，影響填埋的正常作業(yè)，且不利于雨水的有序疏導(dǎo)，另一方面也會使氣體聚集，帶來安全隱患，因此，在確定HDPE膜的預(yù)留量時，要充分考慮填埋場運營期下部軟土的變形趨勢、垃圾最終堆高、HDPE防滲膜的屈服拉伸強度等各個因素，結(jié)合工程的實際情況，確定防滲膜的預(yù)留量。

取防滲膜單卷長度100m作為計算基數(shù)，以溫差引起的變形量為基準(zhǔn)，乘以一定的安全系數(shù)，即可得出單卷膜的預(yù)留量。

由溫差引起的單卷膜變形量△L為：

其中α為HDPE膜的線膨脹系數(shù)，取1.1-1.3×10-3/℃；△T是表面溫差，當(dāng)?shù)叵募驹缕骄鶜鉁?7.8℃，東西月平均氣溫6.1℃，取△T=27.8-6.1=21.7℃；L是鋪設(shè)長度，取100m。

預(yù)留系數(shù)=△L/L，在2.387%～2.821%。

本工程安全系數(shù)暫取1.5，即預(yù)留系數(shù)在3.58%～4.23%之間，統(tǒng)一取4%。

本工程單卷防滲膜的預(yù)留量為100×4%=4m。

5 結(jié)語

在灘涂型不規(guī)范垃圾填埋場的治理過程中，要充分考慮下部軟土地基的固結(jié)沉降以及垃圾堆體自身不均勻沉降給HDPE防滲膜帶來過大的拉伸變形，從而引起防滲膜的拉裂。為避免或緩解防滲膜拉裂帶來的危害，在防滲膜的鋪設(shè)過程中適當(dāng)預(yù)留一定長度是非常有效的工程措施，但在預(yù)留系數(shù)的計算和選取上，要理論結(jié)合實際，根據(jù)工程的具體情況選擇合理的參數(shù)，必要時輔以建模計算，同時在填埋作業(yè)過程中和填埋作業(yè)完成后一定時期內(nèi)加強觀測，若不均勻沉降量超出了防滲膜的預(yù)留量，應(yīng)及時采取有關(guān)措施，防止出現(xiàn)工程危害。

[1]生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)規(guī)范 GB50869-2013.

[2]垃圾填埋場用高密度聚乙烯土工膜CJ/T234-2006.

[3]生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)導(dǎo)則住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額研究所，2013.

[4]林偉岸,朱斌,陳云敏,詹良通.考慮界面軟化特性的垃圾填埋場斜坡上土工膜內(nèi)力分析.巖土力學(xué),2008.

表3 現(xiàn)場實驗結(jié)果

3 結(jié)論

3.1 控制有效氯投加量為5.0mg/L～5.2mg/L時，次氯酸鈉廢液消毒效果穩(wěn)定，能使出水穩(wěn)定達標(biāo)排放，可實現(xiàn)次氯酸鈉廢液的資源化綜合利用目的。

3.2 次氯酸鈉廢液作為消毒劑時，消毒效果部分受COD影響，并能使出水pH小幅升高。

參考文獻

[1]徐展.污水處理中紫外線消毒試驗研究[D].山東建筑大學(xué),2012.

[2]王麗莎,張彤,胡洪營.污水氯、二氧化氯消毒處理中水質(zhì)及毒性變化的比較[J].環(huán)境科學(xué),2005.26(6)∶75-78.

[3]鄭曉英,王儉龍,李鑫瑋.臭氧氧化深度處理二級處理出水的研究[[J].中國環(huán)境科學(xué),2014,34(5)∶1159-1165.

[4]張惠華.污水處理廠利用次氯酸鈉消毒實驗研究[J].廣州化工, 2012,39(12)∶118-119.