山谷型危險(xiǎn)廢物剛性填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)探討

李道明

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

危險(xiǎn)廢物是指列入《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》或者根據(jù)國(guó)家規(guī)定的危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)和鑒別方法認(rèn)定的具有危險(xiǎn)特性的固體廢物[1]。我國(guó)危險(xiǎn)廢物處置的原則是減量化、資源化和無(wú)害化，鼓勵(lì)危險(xiǎn)廢物資源回收利用，但目前受技術(shù)和成本的制約，危險(xiǎn)廢物處置主要還是以焚燒、安全填埋為主。 其中，安全填埋又是作為焚燒等其他處置技術(shù)二次污染物的接納場(chǎng)所，是危險(xiǎn)廢物的最終處置方式，因此其在危險(xiǎn)廢物處置環(huán)節(jié)中可以說(shuō)是不可缺少的[2]。

1 安全填埋場(chǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的變化

自《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18598—2001）頒布實(shí)施以來(lái)，特別是近10 年來(lái)，安全填埋場(chǎng)在全國(guó)范圍內(nèi)大量建設(shè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)危險(xiǎn)廢物安全填埋場(chǎng)建成數(shù)量已超過(guò)80 座[3]。 根據(jù)防滲層結(jié)構(gòu)的不同， 安全填埋場(chǎng)分為柔性填埋場(chǎng)和剛性填埋場(chǎng)， 柔性填埋場(chǎng)主要采用人工襯層作為防滲層，剛性填埋場(chǎng)主要采用鋼筋混凝土作為防滲阻隔；根據(jù)場(chǎng)址地形地貌的不同， 安全填埋場(chǎng)又可分為山谷型和平地型， 山谷型主要是利用天然山體形成庫(kù)容，平地型主要是開(kāi)挖場(chǎng)地形成庫(kù)容。由于柔性填埋場(chǎng)相對(duì)于剛性填埋場(chǎng)造價(jià)低且獲得的庫(kù)容多， 目前已建的安全填埋場(chǎng)大部分山谷型柔性填埋場(chǎng)[4-5]。

2019 年9 月30 日，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了新版《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18598—2019）[6]（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新標(biāo)準(zhǔn)”）。 新標(biāo)準(zhǔn)于 2020 年 6 月 1 日開(kāi)始施行， 其中針對(duì)柔性填埋場(chǎng)選址提出了以下要求：1）場(chǎng)區(qū)的區(qū)域穩(wěn)定性和巖土體穩(wěn)定性良好，滲透性低，沒(méi)有泉水出露；2）填埋場(chǎng)防滲結(jié)構(gòu)底部應(yīng)與地下水有記錄以來(lái)的最高水位保持3 m 以上的距離；3）填埋場(chǎng)場(chǎng)址不應(yīng)選在高壓縮性淤泥、泥炭及軟土區(qū)域；4）填埋場(chǎng)場(chǎng)址天然基礎(chǔ)層的飽和滲透系數(shù)不應(yīng)大于1.0×10-5cm/s，且其厚度不應(yīng)小于2 m。

新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后, 沿海以及內(nèi)陸地區(qū)大部分的場(chǎng)址條件不能滿(mǎn)足柔性填埋場(chǎng)的選址要求；同時(shí)，新標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了 w有機(jī)質(zhì)≥5%、w水溶性鹽總量≥10%、w砷＞5%的廢物不能進(jìn)入柔性填埋場(chǎng)， 但可進(jìn)入剛性填埋場(chǎng)處置。因此，許多危險(xiǎn)廢物填埋處置項(xiàng)目需要建設(shè)為剛性填埋場(chǎng)。

目前， 國(guó)內(nèi)已建的剛性填埋場(chǎng)主要集中在沿海發(fā)達(dá)地區(qū)的工業(yè)園區(qū)[7]，基本為平地型。 受土地資源及周邊環(huán)境限制， 將來(lái)安全填埋場(chǎng)的選址會(huì)越來(lái)越遠(yuǎn)離城市，而選擇建在山谷型場(chǎng)地內(nèi)。山谷型場(chǎng)地地形地貌起伏變化大，其總體布置與平地型不同，需要更多地考慮場(chǎng)地平整問(wèn)題。 另外，新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定剛性填埋場(chǎng)應(yīng)設(shè)計(jì)成若干獨(dú)立對(duì)稱(chēng)的填埋單元， 每個(gè)填埋單元面積不得超過(guò)50 m2，容積不得超過(guò)250 m3，因此要想在有限的土地資源條件下獲得更多庫(kù)容， 同時(shí)兼顧剛性填埋場(chǎng)的結(jié)構(gòu)安全性以及經(jīng)濟(jì)性， 合理設(shè)置填埋單元尺寸顯得非常重要。以下，擬結(jié)合廣東省某市危險(xiǎn)廢物填埋處置項(xiàng)目， 介紹山谷型剛性填埋場(chǎng)的總體布置，并選取多種填埋單元尺寸方案進(jìn)行比較，為山谷型危險(xiǎn)廢物剛性填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)提供思路和借鑒。

2 項(xiàng)目背景及相關(guān)設(shè)計(jì)要求

廣東省某市制造業(yè)發(fā)達(dá)， 每年產(chǎn)生大量的工業(yè)危險(xiǎn)廢物。根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，該市工業(yè)危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量，2014 年為 68.8 kt，到 2019 年已增至392.2 kt。5 年間，危廢量增長(zhǎng)了將近5 倍，且仍呈逐年遞增態(tài)勢(shì)。目前，該市具有危險(xiǎn)廢物經(jīng)營(yíng)許可證的企業(yè)不到10 家， 而且以危險(xiǎn)廢物的綜合利用、焚燒為主。 工業(yè)危險(xiǎn)廢物采用焚燒等處置方式處理后產(chǎn)生的灰渣、廢鹽等廢物仍是危險(xiǎn)廢物，亟需通過(guò)安全填埋進(jìn)行最終處置以避免造成二次環(huán)境污染。

然而，該市安全填埋的處置設(shè)施十分緊缺，大部分需要依靠外運(yùn)進(jìn)行填埋處置。 新的環(huán)境保護(hù)法實(shí)施后，一方面各地均在不斷強(qiáng)化對(duì)危險(xiǎn)廢物的監(jiān)管，造成轉(zhuǎn)入地接納能力受到嚴(yán)格控制， 部分城市已停止審批外市危險(xiǎn)廢物的轉(zhuǎn)入處置；另一方面，危險(xiǎn)廢物轉(zhuǎn)運(yùn)處置成本也在大幅增加。 隨著該市危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量的急劇增長(zhǎng)， 危險(xiǎn)廢物填埋處置問(wèn)題必將成為影響該市工業(yè)發(fā)展的瓶頸?；诖?，該市決定自建危險(xiǎn)廢物安全填埋處置設(shè)施， 以實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)廢物的本地化填埋處置。

2.1 擬選場(chǎng)址情況

擬建安全填埋場(chǎng)場(chǎng)址選擇靠近現(xiàn)狀生活垃圾填埋場(chǎng)的場(chǎng)址位置。該場(chǎng)址處于山區(qū)地帶，地形起伏較大。場(chǎng)地上部覆蓋第四系松散土層，下伏燕山期花崗巖，第四系土層以填土、粉質(zhì)黏土以及砂質(zhì)黏性土組成，基巖主要為花崗石，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜。 區(qū)域地表水主要為河流溝渠水。鉆孔揭露情況表明，場(chǎng)地內(nèi)主要含水層為第四系松散土層，含孔隙水，為潛水，總體上水量一般。 分析場(chǎng)地內(nèi)地下水補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水。場(chǎng)地地震設(shè)防烈度為7 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10 g。

該擬選場(chǎng)址具有以下特點(diǎn)：1）場(chǎng)址周邊1 km 范圍內(nèi)無(wú)村莊及居民區(qū)， 下游有一座灌溉用水庫(kù)但距離大于150 m；2）場(chǎng)址無(wú)活動(dòng)斷裂通過(guò)，無(wú)滑坡、危巖和崩塌、泥石流、采空區(qū)、地面沉降等不良地質(zhì)作用和災(zāi)害，場(chǎng)地穩(wěn)定；3）場(chǎng)址標(biāo)高位于下游的灌溉用水庫(kù)500 年一遇校核洪水位之上；4）場(chǎng)址內(nèi)無(wú)覆壓礦產(chǎn)，未發(fā)現(xiàn)地下水涌水點(diǎn)；5）場(chǎng)址內(nèi)無(wú)高壓縮性淤泥、泥炭及軟土區(qū)域；6）場(chǎng)址內(nèi)各巖層滲透系數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 場(chǎng)址內(nèi)各巖層滲透系數(shù)

2.2 擬選場(chǎng)址分析

從城市規(guī)劃、地理?xiàng)l件、交通運(yùn)輸、環(huán)境影響、用地標(biāo)準(zhǔn)及水電等配套條件上看， 擬選場(chǎng)址可滿(mǎn)足安全填埋場(chǎng)選址的基本要求，但由于場(chǎng)址難以滿(mǎn)足新標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于柔性填埋場(chǎng)選址“天然基礎(chǔ)層的飽和滲透系數(shù)不應(yīng)大于1.0×10-5cm/s，且其厚度不應(yīng)小于2 m”的要求，因此只適合建設(shè)剛性填埋場(chǎng)。從地形地貌上可以看出，該場(chǎng)址為山谷型剛性填埋場(chǎng)。

2.3 新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)剛性填埋場(chǎng)的相關(guān)設(shè)計(jì)要求

新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)剛性填埋場(chǎng)提出了以下設(shè)計(jì)要求：1）剛性填埋場(chǎng)鋼筋混凝土的設(shè)計(jì)應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2015）的相關(guān)規(guī)定，防水等級(jí)應(yīng)符合《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB 50108—2008）一級(jí)防水標(biāo)準(zhǔn)；2）鋼筋混凝土與廢物接觸的面上應(yīng)覆有防滲、防腐材料；3）混凝土抗壓強(qiáng)度不低于25 N/mm2，厚度不小于35 cm；4）應(yīng)設(shè)計(jì)成若干獨(dú)立對(duì)稱(chēng)的填埋單元，每個(gè)填埋單元面積不得超過(guò)50 m2且容積不得超過(guò)250 m3；5）填埋結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)置雨棚，杜絕雨水進(jìn)入；6）在人工目視條件下能觀察到填埋單元的破損和滲漏情況，并能及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。

3 山谷型剛性填埋場(chǎng)的總體布置

3.1 目視檢漏層設(shè)置

根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)要求，剛性填埋場(chǎng)需設(shè)置目視檢漏層。目視檢漏層有地上式和地下式兩種，二者之間的區(qū)別在于對(duì)地下水的影響和造價(jià)不同。 采用地下式目視檢漏層，盡管填埋作業(yè)方便，但存在以下弊端：1）需要采取降排水措施，且需自身滿(mǎn)足抗浮需要，建設(shè)成本會(huì)相應(yīng)增加；2）需要設(shè)置雙層混凝土墻，埋深越大，建設(shè)投資也越大；3）運(yùn)營(yíng)時(shí)還存在地下水位入侵的風(fēng)險(xiǎn)。 因此，從造價(jià)角度考慮，地上式要優(yōu)于地下式。

本項(xiàng)目擬選場(chǎng)址的地下水埋深較淺， 綜合考慮地下水位和造價(jià)因素后，將目視檢漏層設(shè)置為地上式。

3.2 場(chǎng)地平整

擬建場(chǎng)址所在地現(xiàn)狀為一山谷，地形狹窄，場(chǎng)底面積約7 300 m2。 剛性填埋場(chǎng)擬采用地上式結(jié)構(gòu)型式，如果按照平地形進(jìn)行布置，庫(kù)容約4.7×104m3，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足不小于10×104m3的庫(kù)容要求，土地資源浪費(fèi)太大。為提高土地利用率，獲得更多的剛性填埋庫(kù)容，就需要對(duì)現(xiàn)狀地形進(jìn)行場(chǎng)地平整，以增加剛性填埋場(chǎng)的使用面積。 考慮采取半挖半填的方式對(duì)場(chǎng)址周邊山體進(jìn)行開(kāi)挖，并將場(chǎng)底面填至與山體開(kāi)挖面持平。 這可使剛性填埋場(chǎng)的使用面積增至27 000 m2，庫(kù)容增至12.2×104m3，土地資源利用率明顯提高，經(jīng)濟(jì)效益顯著增加。

4 剛性填埋場(chǎng)填埋單元的設(shè)置

根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)要求， 剛性填埋場(chǎng)每個(gè)填埋單元面積不得超過(guò)50 m2，且容積不得超過(guò)250 m3，因此只要不超過(guò)規(guī)定的面積和容積， 填埋單元就可以根據(jù)場(chǎng)地條件設(shè)置成不同尺寸。 經(jīng)過(guò)測(cè)算， 當(dāng)高度一定時(shí)，周長(zhǎng)越小對(duì)應(yīng)的混凝土用量也越小，故填埋單元平面尺寸宜設(shè)置成正方形。 在相同的用地面積條件下，單個(gè)填埋單元高度越高，其單元面積越小，可布置的填埋單元數(shù)量越多，獲得的總庫(kù)容也越大。但隨著填埋單元高度的增加， 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土用量相應(yīng)地也會(huì)增大，單方庫(kù)容造價(jià)就會(huì)增加，且趨勢(shì)越來(lái)越明顯。因此，填埋單元尺寸的設(shè)置應(yīng)在滿(mǎn)足新標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，根據(jù)項(xiàng)目庫(kù)容要求，結(jié)合場(chǎng)地面積以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇多種尺寸方案進(jìn)行對(duì)比后確定。 另外，考慮到結(jié)構(gòu)分縫問(wèn)題，需要將多個(gè)填埋單元設(shè)置成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組合體。 根據(jù)填埋單元的邊長(zhǎng)不同，可設(shè)置成9 格、16 格或25 格的標(biāo)準(zhǔn)組合體。

本項(xiàng)目剛性填埋場(chǎng)庫(kù)容要求不小于10×104m3，根據(jù)場(chǎng)地使用面積， 選擇以下5 種填埋單元形式進(jìn)行比較，具體詳見(jiàn)表2。

表2 某山谷型危險(xiǎn)廢物剛性填埋場(chǎng)填埋單元比較

由表1 可知，本項(xiàng)目剛性填埋場(chǎng)填埋單元尺寸選擇5.7 m×5.7 m×7.8 m 最優(yōu)，考慮到混凝土結(jié)構(gòu)分縫要求，將縱、橫方向各4 個(gè)填埋單元共16 格組合形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組合體。

5 結(jié)語(yǔ)

新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后， 預(yù)計(jì)將有大量的剛性填埋場(chǎng)需要建設(shè)，而隨著城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，很難再選到平地型的場(chǎng)址，山谷型的剛性填埋場(chǎng)只會(huì)越來(lái)越多。對(duì)于山谷型剛性填埋場(chǎng)的總體布置，可根據(jù)地形條件采取半挖半填的方式進(jìn)行場(chǎng)地平整，以提高土地利用率，增大填埋庫(kù)容。同時(shí)，為降低風(fēng)險(xiǎn)以及造價(jià)，宜選擇地上式目視檢漏；設(shè)置填埋單元尺寸時(shí)，應(yīng)選擇多種方案進(jìn)行對(duì)比后再擇優(yōu)選??；在滿(mǎn)足項(xiàng)目庫(kù)容要求的前提下，應(yīng)盡量降低剛性填埋場(chǎng)的造價(jià)。

考慮到采取半挖半填的方式進(jìn)行場(chǎng)地平整會(huì)涉及較大的挖填方量，而剛性填埋場(chǎng)一般都要進(jìn)行地基處理，因此建議場(chǎng)地平整時(shí)結(jié)合整個(gè)項(xiàng)目的土方平衡、基礎(chǔ)處理深度以及場(chǎng)地運(yùn)輸以及排水等要求進(jìn)行綜合考慮。