南方山谷型生活垃圾衛(wèi)生填埋場地下水控制設(shè)計要點(diǎn)

李瑞華，蘇 峰，章 超，韋士珍，韓正平

(中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津 300074)

1 概述

生活垃圾衛(wèi)生填埋場(以下簡稱“填埋場”)的地下水控制是保障其安全運(yùn)行和降低環(huán)境污染的重要關(guān)鍵點(diǎn)之一。南方地區(qū)降雨量大且持續(xù)時間長，填埋場又多為山谷型，其區(qū)域及場址的地形和地質(zhì)情況較復(fù)雜，庫區(qū)底部的地下水補(bǔ)給源多、水量豐富、水位高，造成地下水有效控制非常困難。

目前，我國大部分填埋場水文地質(zhì)勘察方法多為區(qū)域調(diào)查、鉆孔試驗(yàn)，時間短、方法單一，不能準(zhǔn)確反映連續(xù)暴雨時段的地下水水量和水位、巖土裂隙滲水及補(bǔ)給等情況。而地下水導(dǎo)排系統(tǒng)設(shè)計僅是在庫底設(shè)置碎石層、盲溝和導(dǎo)排管，未充分考慮場址上游和四周邊坡匯水補(bǔ)給的影響，也沒有周全考慮場址下伏巖土層中細(xì)微滲水點(diǎn)或泉點(diǎn)的持續(xù)影響。這些造成填埋場地下水涌高，甚至頂托防滲系統(tǒng)，大大增加了地下水污染和擴(kuò)散的環(huán)境風(fēng)險。鑒于南方山谷型填埋場地下水控制受多因素關(guān)聯(lián)制約，在工程實(shí)施中，掌握地下水導(dǎo)排系統(tǒng)設(shè)計要點(diǎn)，對填埋場的安全運(yùn)行具有重要實(shí)際意義。

2 控制要求

填埋場建設(shè)和運(yùn)維時的核心是防止對地下水、地表水污染，及阻止地下水進(jìn)入填埋場[1]。填埋區(qū)基礎(chǔ)層底部與地下水年最高水位距離不足1 m時，應(yīng)建設(shè)地下水導(dǎo)排系統(tǒng)，應(yīng)確保填埋場的運(yùn)行期和后期維護(hù)與管理期內(nèi)地下水水位維持在距離填埋場填埋區(qū)基礎(chǔ)層底部1 m以下[2]。

3 水文地質(zhì)評價

3.1 總體評價

填埋場其場址具備的良好水文地質(zhì)條件是最重要的基礎(chǔ)。在滿足《生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)規(guī)范》GB50869和《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB16889的選址要求前提下，應(yīng)重點(diǎn)考慮場址是否位于獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，四周降雨匯水區(qū)和鄰近地表水體[3]不同途徑補(bǔ)給等區(qū)域影響，還有場址下伏天然基礎(chǔ)層的厚度、飽和滲透系數(shù)[4]，泉點(diǎn)，地下潛水情況等。各影響因素評價標(biāo)準(zhǔn)詳表1。對于選在基本合格地區(qū)的山谷型填埋場，建議在水文地質(zhì)評價階段增加地面物探技術(shù)，推薦電測探法[5]或核磁共振法[6]，可查明裂隙滲水點(diǎn)、泉點(diǎn)的分布、水量、水位及補(bǔ)給通道等，分析對場底地下水水位控制的影響。

3.2 各影響因素分析

獨(dú)立水文地質(zhì)單元是指與相鄰水文地質(zhì)單元不發(fā)生水力聯(lián)系的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，有獨(dú)立的補(bǔ)給、徑流和排泄條件。填埋場選在獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，可有效控制污染擴(kuò)散的區(qū)域[7]，也方便地下水導(dǎo)排量的計算。當(dāng)填埋場建在相對獨(dú)立的水文單元區(qū)域時，應(yīng)查明與周邊水文單元的聯(lián)系、地下水補(bǔ)給情況等。對于填埋場所在的水文單元明顯補(bǔ)給周邊水文單元的，應(yīng)引起重視，需從填埋高度、地下潛水位分析是否存在越嶺污染的可能性。

鋪設(shè)防滲后，四周降雨匯水區(qū)將是地下水重要補(bǔ)給來源，大面積的降雨入滲和裂隙滲水點(diǎn)的補(bǔ)給將對地下水導(dǎo)排系統(tǒng)有較大沖擊影響。根據(jù)四川某垃圾填埋場的經(jīng)驗(yàn)并采用降水入滲補(bǔ)給量法[8]驗(yàn)算，當(dāng)四周降雨匯水面積大于100 ha，極端暴雨下導(dǎo)排系統(tǒng)出現(xiàn)了積水湍流，地下水涌高。有裂隙滲水較多的區(qū)域，一般地下水較豐富，且工程活動擾動后的邊坡容易失穩(wěn)[9-10]。裂隙的滲透系數(shù)越大、角度越小、深度越深對邊坡的穩(wěn)定性破壞越大[11-12]。裂隙滲水點(diǎn)埋深超過5.0 m后，一般的導(dǎo)、截水工程措施難以處理。

豐水期時，鄰近地表水體將持續(xù)補(bǔ)給填埋場地下水，補(bǔ)給能力與兩者之間的標(biāo)高、距離及土體滲透系數(shù)有很大關(guān)系[13-14]。因此，《生活垃圾衛(wèi)生填埋場處理技術(shù)規(guī)范》GB50869第4.0.2條規(guī)定填埋場不應(yīng)設(shè)在50 m以內(nèi)河流和湖泊地區(qū)，《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB16889第4.3條規(guī)定填埋場選址的標(biāo)高位于重現(xiàn)期不小于50 a一遇的洪水位之上。根據(jù)廣西某垃圾填埋場的技術(shù)改造實(shí)踐，在填埋場下游80 m有季節(jié)性河流，汛期洪水位高于地下水控制水位2.0 m時，地下水量增大了5～6倍，造成導(dǎo)排系統(tǒng)一段時間失控，水位超過了防滲層底部標(biāo)高。

潛水層以上沒有連續(xù)的隔水層，潛水面可自由升降，不承壓或都局部承壓，同時可直接得到降水，地表水通過包氣帶的下滲補(bǔ)給，容易受到當(dāng)?shù)貧夂蛴绊懚竟?jié)性變化，也容易受污染和污染物快速遷移[15]，應(yīng)是填埋場水文地質(zhì)評價關(guān)注重點(diǎn)。天然基礎(chǔ)層具備連續(xù)的、一定厚度的、較小滲透系數(shù)的黏土層時，其防滲性能非常好，潛水貯存條件一般也較差。天然基礎(chǔ)層巖土中的孔隙、裂隙及泉點(diǎn)是地下潛水埋藏的重要空間，且影響其滲透性能。

季節(jié)性的懸掛泉或浸蝕泉，一般位于邊坡，為上層滯水和潛水含水層面補(bǔ)給，水量不大，后續(xù)填埋場建設(shè)和運(yùn)行改變水文條件，可能逐漸消失，在四川、貴州、廣西某些填埋場通過工程上的導(dǎo)或截堵的方法都得到了有效控制。

表1 場址水文地質(zhì)條件性能評價標(biāo)準(zhǔn)參考

圖1 環(huán)場有效截水示意圖 圖2 庫底雙層地下水導(dǎo)排盲溝

4 工程技術(shù)措施

對于選址在基本合格地區(qū)的填埋場，在研究場址地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，應(yīng)采取四周截水、庫區(qū)邊坡和底部基礎(chǔ)導(dǎo)水、帷幕隔水及降水的綜合措施有效控制地下水補(bǔ)給量?？紤]長期運(yùn)行過程中淤堵和不可預(yù)見因素影響，結(jié)合多個項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建議控制后的地下水補(bǔ)給量不大于庫底地下水導(dǎo)排能力的50%。

4.1 截水

截水主要包括截洪壩、截洪溝、集水池、穿壩管涵及四周邊坡防護(hù)。在常規(guī)設(shè)計的前提下，注意細(xì)節(jié)有：(1)環(huán)場截洪溝需與終場錨固平臺合并設(shè)計，一方面減少邊坡平臺開挖寬度，另一方面有效銜接實(shí)現(xiàn)截洪溝全面收水；(2)四周邊坡防護(hù)建議采用徑流系數(shù)大的漿砌片石和掛網(wǎng)噴漿等硬面護(hù)坡；(3)應(yīng)注重截洪溝斷面兩側(cè)坡面收水，以及與護(hù)坡坡腳、上方截水溝有效鏈接；詳圖1。上游沖溝匯水區(qū)設(shè)置的截洪壩處建議考慮帷幕隔水，穿壩管應(yīng)混凝土全包或其他防水密閉處理措施，阻止?jié)B流補(bǔ)給為填埋場地下水。在廣西某填埋技改實(shí)踐時取得了良好的效果。

4.2 導(dǎo)水

地下水導(dǎo)排是導(dǎo)出地下水最重要的通道，必須保障其長年通暢和淤塞后的能力還滿足最大導(dǎo)水量要求。常規(guī)設(shè)計的地下水導(dǎo)排僅在場底設(shè)置300 mm碎石導(dǎo)流層、導(dǎo)排盲溝(含導(dǎo)排花管)有一定的局限性，應(yīng)特別關(guān)注場底淤泥軟土區(qū)[16]和邊坡泉點(diǎn)、裂隙滲水點(diǎn)的深層導(dǎo)排處理。地下水導(dǎo)排設(shè)計要點(diǎn)：(1)場底200 g/m2土工濾網(wǎng)反濾層設(shè)置是非常必要的；(2)保證排水坡度的情況下，場底縱橫導(dǎo)排盲溝可按不同深度雙層設(shè)計，間距不小于1.0 m，采用土工濾網(wǎng)包裹；(3)邊坡泉點(diǎn)、裂隙滲水點(diǎn)一定范圍先用不銹鋼的賓格碎石網(wǎng)深層固定回填，再用雙通道的排水塑料盲溝導(dǎo)排場底；對于補(bǔ)給通道明確的，也可在上游通道處采取徹底的截和封堵的措施，但查明全部的補(bǔ)給通道一般比較困難，建議采用導(dǎo)和截堵相結(jié)合方式；(4)邊坡、場底碎石上應(yīng)鋪設(shè)一層三維復(fù)核土工排水網(wǎng)，有效連接邊坡和場底，并起到反濾作用；詳圖2。地下水導(dǎo)排應(yīng)分區(qū)域分段計算，支導(dǎo)排管間距<20 m[3]，分段導(dǎo)排管能力應(yīng)按最大排水量的2倍以上考慮，下游穿壩導(dǎo)排管最好設(shè)雙管。

4.3 隔水與降水

對于鄰近地表水體和上游沖溝匯水補(bǔ)給填埋場地下水，現(xiàn)有填埋場洪水期地下水水位涌高的下游區(qū)域，以及基巖裂隙區(qū)域的地下水控制，可借鑒建筑與市政工程地下水控制技術(shù)，采取周邊隔水、內(nèi)部降水的措施。填埋場地下水控制有其顯著特點(diǎn)，水位在防滲層底部1m以下即可，但區(qū)域面積大，且要求長期有效，因此措施應(yīng)有針對性又簡單實(shí)用。

隔水應(yīng)考慮垂直防滲帷幕，其滲透系數(shù)不應(yīng)大于1×10-5cm/s[1]，可選用水泥-膨潤土墻、塑性混凝土墻、注(灌)漿墻等[17-18]。垂直帷幕的位置和深度非常關(guān)鍵，應(yīng)結(jié)合地形和巖土地質(zhì)情況沿地下水補(bǔ)給通道垂直線布置，深度滿足越位滲透補(bǔ)給量控制的臨界深度要求即可，無需都嵌入隔水層1.0 m以上。

降水應(yīng)根據(jù)控制區(qū)的位置、面積、地質(zhì)條件、運(yùn)行維護(hù)及工程環(huán)境保護(hù)等因素選用管井、滲井和輻射井等。管井簡單，但其僅適應(yīng)于滲透系數(shù)>1 m/d土質(zhì)[19]，單獨(dú)采用效果較差，可結(jié)合滲井設(shè)計成不同深度的群井。對于滲透系數(shù)<1 m/d的面狀區(qū)域，可采用輻射井。降水過程應(yīng)考慮地面沉降的影響。

5 結(jié)語

(1)南方山谷型填埋場地質(zhì)條件復(fù)雜，應(yīng)在水文地質(zhì)評價階段增加物探技術(shù)，查明裂隙滲水點(diǎn)、泉點(diǎn)的分布、水量及補(bǔ)給通道等，分析對場底地下水水位控制的影響。

(2)地下水導(dǎo)排是導(dǎo)出地下水最重要的通道，應(yīng)分區(qū)域分段核算，增設(shè)防淤堵措施，導(dǎo)排能力應(yīng)按不小于最大排水量的2倍考慮。

(3)復(fù)雜水文條件下的填埋場地下水控制，應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目地形地貌、水文地質(zhì)、周邊情況等采用“截、導(dǎo)、隔、降”的綜合方法。