生活垃圾填埋場堆體穩(wěn)定性降水工程措施探討

岑岳文

(珠海市城市固體廢棄物處理中心，廣東珠海 519000)

1 項(xiàng)目概況

廣東某生活垃圾填埋場于2008年建成投用。該垃圾填埋場為東低西高走向的山谷型填埋場，庫容2.4×106m3。由于后續(xù)填埋區(qū)未能及時建成，致使該填埋區(qū)處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。截至2015年底,該填埋場填埋處置各類生活垃圾約4 000 kt。其中，摻填了市政污水處理廠污泥約100 kt?，F(xiàn)狀垃圾堆體成扇貝形，地勢西高東低，上平下陡，垂直高差約45 m。

2016年1月，填埋場運(yùn)營公司發(fā)現(xiàn)在填埋一區(qū)垃圾堆體內(nèi)出現(xiàn)裂縫：南部有連續(xù)的裂縫；西部后緣壁有連續(xù)的裂縫，下降錯動距離約0.8 m左右，并在覆蓋膜上明顯可見下滑摩擦痕跡。根據(jù)垃圾堆體的鉆孔資料可知，垃圾堆體大部分鉆孔水位維持在垃圾堆體表面以下3～5 m的位置，多個鉆孔污泥層厚度達(dá)2～4 m。這表明整個垃圾堆體的水位維持在較高位置，堆體排水不暢。依此判斷，垃圾堆體出現(xiàn)的狀況均為可能發(fā)生滑坡的跡象，只是目前處于臨界狀態(tài)，只要不利因素符合滑坡條件，就很有可能產(chǎn)生滑坡。

2016年8月，浙江大學(xué)對該場地的穩(wěn)定性進(jìn)行評估認(rèn)為，該垃圾堆體主要由生活垃圾及市政污泥組成，強(qiáng)度低、壓縮性高、易觸變及產(chǎn)生蠕動，堆體深層和沿底部襯墊整體安全系數(shù)不能滿足規(guī)范要求，堆體穩(wěn)定性明顯不足，失穩(wěn)風(fēng)險較大。經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)測，該填埋場水位主要以雙層水位形式存在，滯水位平常埋深為4 m，主水位深度大部分超過10 m，部分超過20 m，總體水位較高。要使現(xiàn)狀堆體滿足穩(wěn)定要求，南部堆體主水位需要人工下降5 m以上，北部堆體的主水位需下降11 m以上。

2 降水原理分析

在南方的垃圾填埋場中，高滲濾液水位比較常見，不利于填埋體的穩(wěn)定和氣體的收集再利用，容易造成地下水污染。正常情況下，會通過沼氣導(dǎo)排井、水平導(dǎo)滲管來降低堆體水位。由于本項(xiàng)目摻填了市政污泥，堵塞了部分導(dǎo)滲管井，因此需增設(shè)工程導(dǎo)滲排水措施，以控制堆體水位在安全范圍以內(nèi)。在這種情況下，對堆體中采用抽排豎井是最常用的工程降水措施之一。垃圾填埋場抽排豎井為潛水井，而垃圾堆體的滲透系數(shù)是影響潛水井排水效果的關(guān)鍵因素之一。據(jù)相關(guān)研究資料顯示，隨填埋深度的增加，垃圾體的滲透系數(shù)呈降低的趨勢：當(dāng)填埋深度從2 m增加到20 m，填埋垃圾飽和滲透系數(shù)由10-3cm/s降低到10-5cm/s。這意味著隨著垃圾堆體厚度的增加，越到底層，由于生活垃圾分解、腐熟、固結(jié)等因素，堆體本身的透水效果已經(jīng)非常差。在這種介質(zhì)內(nèi)，潛水井的效果將十分有限。排水豎井的排水原理如圖1所示。

圖1 豎井排水原理

如圖1可知，在垃圾堆體內(nèi)鉆孔構(gòu)建潛水完整井，以一定流量進(jìn)行長時間抽水，沿井形成水位凹槽，同時井周圍垃圾中的滲濾液不斷向井中匯聚，將引起井周圍垃圾中滲濾液水位下降，形成降水漏斗。隨著抽水時間的延長，影響距離逐漸擴(kuò)大，降水漏斗也逐步下移并擴(kuò)大。在抽水初期，水位下降較快，然后逐漸放緩；當(dāng)抽水時間足夠長，抽水影響距離足夠大時，抽水流量與抽水影響距離范圍內(nèi)的垃圾向排水井的補(bǔ)給量基本相等。此時，降水漏斗不再擴(kuò)大，或者擴(kuò)大的速度十分緩慢，即達(dá)到抽水井穩(wěn)定流狀態(tài)。

3 降水工程措施

3.1 降水措施方案選擇

目前，在南方填埋場應(yīng)急降水方案主要有小口徑排水豎井和大口徑排水豎井兩種方式。小口徑排水豎井通過普通鉆孔成孔，孔徑D=130 mm。該豎井施工周期相對較短，結(jié)構(gòu)合理，經(jīng)濟(jì)性好且可實(shí)施防淤堵維護(hù)，對于滲濾液水位過高的填埋場進(jìn)行應(yīng)急降水能夠起到較好的效果，因此得到了廣泛的運(yùn)用。大口徑排水豎井通過旋挖鉆機(jī)成孔，孔徑D=800～1 000 mm。該豎井施工工藝復(fù)雜，施工周期較長，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單口造價偏高，但其具有使用壽命長、防淤堵效果好、能耗低、易沖洗且具有抽氣功能等優(yōu)點(diǎn)。另外，國內(nèi)也有采用水平滲水導(dǎo)管等引排水措施的案例。水平排滲的優(yōu)點(diǎn)是滲濾液可以通過自流的方式，達(dá)到降低堆體水位的目的。

中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司依據(jù)現(xiàn)場勘察資料對上述技術(shù)措施進(jìn)行了工程綜合分析及論證。綜合考慮各種因素后，本項(xiàng)目應(yīng)急降水方案擬采用以小口徑排水豎井為主、大口徑排水豎井和水平排滲管為輔的綜合降水措施方案。

3.2 降水措施

小口徑排水豎井主要布置在垃圾堆體上部位置，共布置了19口；大口徑排水豎井主要布置在靠近垃圾堆體坡腳即攔擋壩附近，以及垃圾堆體縱向填埋厚度最大位置處，共設(shè)置18口；水平排滲管設(shè)置在標(biāo)高約40 m、50 m平臺的坡腳附近，水平間距為5 m，向出口方向坡度下降5%，并在出口設(shè)置收集管將排出的滲濾液匯入收集井，進(jìn)入滲濾液調(diào)節(jié)池及處理系統(tǒng)。水平排滲管均為HDPE穿孔管。具體水平排滲降水措施布置，如圖2所示。

圖2 水平排滲降水措施布置

3.3 降水工程效果

該應(yīng)急降水項(xiàng)目已于2018年初完成。2018年下半年垃圾滲濾液抽排量和主水位高度，如表1所示。

表1 2018年下半年垃圾滲濾液抽排量和主水位高度

由表1可知，隨時間變化，初期滲濾液抽排量較大，后期抽排量較小，且初期變化趨勢較大，后期變化趨于平穩(wěn)；主水位連續(xù)下降，堆體后續(xù)沒有出現(xiàn)變形影響。

4 體會與建議

1）垃圾堆體的主水位和滯水位分布不連續(xù)且不均勻，與垃圾成分及作業(yè)過程存在一定關(guān)系。運(yùn)營單位需根據(jù)日常作業(yè)情況，及時觀測、評估主水位較高區(qū)域，設(shè)置滲濾液抽排井等設(shè)施，降低垃圾堆體的主水位，以消除安全隱患。

2）垃圾堆體的飽和滲透系數(shù)較小，排水不暢，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況采取多種降水措施，且降水措施需長期維護(hù)，保持有效運(yùn)作，才能達(dá)到堆體水位降低，保持堆體穩(wěn)定的目的。