岩土工程技术在现代卫生填埋场设计中的应用

摘要：卫生填埋将成为我国城市垃圾处理的发展方向，结合现行国家规范，针对目前卫生填埋场的研究及设计中存在的主要问题与不足进行讨论，并探讨岩土工程在现代卫生填埋场设计中的应用问题。
关键词：填埋场；城市垃圾；岩土工程
中图分类号：TU984.115文献标识码：B文章编号：1000-4726（2006）11-0865-03
城市垃圾处理常用填埋法、堆肥法和焚烧法。我国垃圾混合收集，成分复杂，N、P、K含量低（<5％），可利用价值不大，而且，从处理成本上看，填埋法最低，约为堆肥法的1/3，焚烧法的1/10。因此，在很长一段时间内，卫生填埋将成为我国城市垃圾处理的发展方向。
目前我国城市垃圾年产量已达1.2亿t左右，而且正以每年8％左右的速度增长。近10年来，一些大、中型城市相继修建了城市垃圾卫生填埋场，如北京阿苏卫卫生填埋场、杭州天子岭卫生填埋场、上海老港卫生填埋场、广州李坑卫生填埋场、苏州七子山卫生填埋场、深圳下坪卫生填埋场等，但仍有一半以上的垃圾未经任何处理。严峻的现实促使许多城市扩建或兴建新的卫生填埋场[2-7]。
1岩土工程技术在现代卫生填埋场设计中的应用
1.1填埋场的选址
（1）天然弱透水层的存在及其适宜性（厚度，埋深，水平向连续性，透水性，吸附能力）；（2）填埋地域及周围地下水情况和渗透性，可能要求提供地下水运动模型；（3）天然或人工边坡的稳定性；（4）地基土的承载力和变形特性；（5）场地土可作为防渗层使用的粘土密封层材料和作为排水层滤料材料的可能性评价；（6）断层，可能的塌陷、失稳、地震和其他灾害的风险。
与普通构筑物不同，为了防止渗沥液造成二次污染，选址对场地的隔水条件及地基土的不均匀沉降有相当高的要求。如果天然隔水条件良好，可节约大量的人工防渗处理费用；地基不均匀沉降可造成衬垫层的拉裂，使渗沥液外泄造成二次污染。
1.2填埋场设计中的岩土工程问题
（1）废弃物堆积体的稳定性。包括外部稳定与内部稳定两方面问题。
外部稳定问题包括堆积体周围所有临时与永久性边坡在运转阶段及以后潜在失稳区段的废弃物强度与变形性能。不同的低抗剪强度衬垫层之间，也可能发生层间剪切失稳，而这与衬垫层体系的材料类型和组成有关。
内部稳定问题指在场地内堆放废弃物的准则，以避免垃圾堆积体内部失稳。
（2）废弃物堆积体的变形。填埋场设计时，必须注意使废弃物堆积体的竖直和侧向变形不会导致堆积体衬垫层系统和其他组成构件的损害，还应事先预估垃圾的差异沉降和伸展变形。
（3）密封层（衬垫层与封闭层）的设计问题。进行填埋场设计时，应对废弃物堆积体的密封系统（即底部衬垫层和封顶层）进行长期有效性与稳定性分析。包括密封层的截污容量，密封层的变形评估，密封料对冲刷与潜蚀的抵抗力，密封层的抗剪强度分析等。
（4）动力问题。卫生填埋场与其他构筑物一样，也会受到动力荷载，如地震荷载和交通荷载的作用。因此在设计卫生填埋场时必须考虑动力问题，特别在地震活动区域。
地震对填埋场的直接危害在于破坏密封层、气液体的排放和处理系统、填埋场场区的排水系统。此外，地震可造成饱和砂土地基的地震液化、饱和软土地基的震陷、地震荷载下的边坡失稳等。这些均危及填埋场的安全，可能造成严重的二次污染事故。
（5）污染物迁移的计算分析。废弃物填埋场通常都修建于最高地下水位以上，虽然有密封措施，但仍会有少量渗沥液从填埋场底部渗出。因此，实际设计时，应考虑到污染物在土壤和地下水介质中的迁移特性。
1.3相关工程性质指标
1.3.1垃圾土的工程性质指标
垃圾土工程性质指标的测试与选取中，应强调垃圾土中的生物化学作用对土体工程性质指标的影响，这是垃圾土与一般土体不同的地方。垃圾土中的有机物降解随着渗沥液排出，土中有机物的比例不断降低，无机物含量增加，相应垃圾土的强度、模量等均有一定程度增长。因此，不但要考虑垃圾土在自重固结作用下土性参数的变化，更要考虑生化作用对垃圾土工程性质的影响。
由于我国垃圾分选性差，成分复杂，所以在垃圾土性质的测定中，强调利用长期监测资料进行反分析与室内外试验相结合的方法。这就要求在垃圾填埋场中埋设一定数量的分层沉降管、测斜管等监测仪器，定期进行采集数据，并结合室内外试验，像垃圾土成分分析试验、三轴试验、原位大型剪切试验等，进行综合分析。只有这样，才能准确获取不同阶段垃圾土的工程性质指标。
1.3.2密封层的工程性质指标
对用做密封层材料的粘土，应进行有关土分类的试验，特殊情况下，需要进行定量矿物分析。此外，应确定粘土压实度及相应的渗透系数。为了稳定性计算要求，要测定压缩与膨胀性能和抗剪强度。为评估渗沥液对密封粘土长期性能的影响，特别是对最细颗粒中粘土矿物的影响，可对密封料或其中最细粒组进行试验，查明土的物理指标变化。可通过室内实验测定离子交换量，通过X射线衍射分析测定粘土矿物含量的半定量描述；通过现场试验，测定压实度、适宜含水量和密度、渗透系数等。