卫生填埋场防渗系统设计与材料选用

摘要：根据工程实例，介绍卫生填埋场防渗方式的设计和各种防渗材料在工程设计中的应用。
关键词：卫生填埋场；防渗设计；防渗衬垫。
近年来，随着生产垃圾、生活垃圾、商业垃圾和旅游垃圾等大量城市固体废弃物的产生，卫生填埋场成为城市垃圾最终处理的方式之一。卫生填埋场简言之就是在铺设良好防渗性能衬垫的场地上，将固体废弃物铺成一定厚度的薄层，加以机械压实，并分层加土覆盖消毒。卫生填埋场工程设计主要包括：场区道路，场地平整，防渗工程，坝体工程，洪雨水及地下水导排，渗滤液收集、处理和排放，填埋气导排、收集处理或利用，垃圾计量设施，防飞散设施，封场工程，水质监测等。其中防渗系统的处理及材料的选用是填埋场设计的主要核心所在。
填埋场防渗设计方式按场地水文地质类型可采用天然防渗、人工防渗和复合防渗方式。同时按防渗处理类型可采用水平防渗和垂直防渗两种方式。水平防渗是指防渗层水平方向布置，防止垃圾渗滤液向下渗透污染地下水；垂直防渗是指防渗层竖向布置，防止垃圾渗滤液向四周横向渗透污染地下水。填埋场防渗处理通常要运用各种防渗衬垫将水平防渗和垂直防渗两种方式结合考虑。
1各种防渗方式采用的前提条件
1.1天然防渗
对场地的土壤、水文地质要求较高，一般自然蒸发量要超过降水量5Ocm，粘土衬垫的厚度大于2m，填埋场地为可溶性场地，具有不透水或低透水的粘土层（渗透率＜10-7cm/s），可将渗滤液截留在垃圾中以免扩散。
1.2人工防渗
当填埋场天然地基不能满足渗透性要求时，为确保渗滤液不渗漏或者把渗滤液的渗漏量降低到最低而采取人工防渗材料作防渗衬层。
1.3天然、人工结合的防渗方式
场地天然地质条件较好，即地基粘土液体传导性很低，但在长期运行中不能完全防止渗滤液渗透，为使填埋场的建设既符合标准又经济，大多填埋场根据场址条件采用天然和人工结合的防渗方式。这种防渗方式多用于山谷型填埋场，具体情况如下：
1)当场地底部粘土较厚、渗透系数较低，可满足防渗要求，而侧向由于岩石裂隙发育等原因达不到要求时。采用垂直天然防渗和水平人工防渗结合的方式。
2)当场地底部粘土及地质能满足防渗要求，考虑周边环境为进一步提高衬层安全性；采用人工衬层为主、天然衬层为辅的防渗结构。
3)当场地底部粘土或地质部分满足防渗要求时，考虑节省投资，可按区域采用天然和人工结合防渗方式。
2防渗材料的设计选用
当填埋场天然条件不能满足防渗要求时，就必须采用人工防渗材料进行处理。人工防渗材料的选用主要有两种，一种是采用天然材料防渗衬层，如粘土防渗衬层，粘土与钠基膨润土混合防渗衬层和沥青混凝土防渗衬层等；另一种是采用人工合成材料防渗衬层，如氯乙烯系、橡胶系、乙烯系和土工合成粘土衬垫等。
一般氯乙烯系多用于产业废弃物填埋场，而合成橡胶系、乙烯系多用于一般废弃物填埋场，土工合成粘土衬垫多用于封场或地基变形较大的场地，沥青混凝土衬层适用于当地砂石料便宜、地基条件稳定的填埋场。
按有关规定，选用的人工衬垫系统需满足的一般要求为：a)衬垫和其他结构材料必须与渗滤液相容，衬垫的完整性和渗透性不因与渗滤液接触而发生变化；b)衬垫(包括沥青、橡胶或聚乙烯等)应该满足一定的标准。如：渗透率＜10-7cm/s；具有适宜的强度和厚度；衬垫抗压强度必须大于0.6MPa，不因填埋碾压而产生断裂；应具有可焊性或粘接性以保证接缝处不渗漏，能抗臭氧、紫外线、土壤细菌和真菌的侵蚀；具有适当的耐候性，经得起急剧的冷热变化；具有足够的抗拉强度，可抵御垃圾中坚硬物体的刺、划；厚度均匀及无薄点、裂缝、磨损、气泡和外来颗粒；便于施工和维护。
2.1天然防渗材料压实粘土衬层
2.1.1压实粘土概念
压实粘土是指在工程实施中将衬层粘土在一定的含水量范围内压实，达到设计最小干密度(通常用压实度来表示)。压实粘土早期广泛应用于填埋场衬垫以及作为城市固体废弃物封闭，同时在公路地基、建筑填方、堤防和垃圾土坝等方面也有应用。
2.1.2设计标准和土料试验
压实粘土的主要技术参数---渗透系数值必须小于或等于l×l0-7cm/s。除此之外,在设计中还要考虑其它因素，如抗干裂性能、抗剪强度、抵抗化学侵蚀能力、压实度、含水量、与其面上覆盖的其它防渗材料界面摩擦和发生沉降时不产生裂缝的抗变形能力等。
为获得合格压实粘土衬垫，必须建立良好的土料干密度、含水量和渗透系数三者的关系，其方法主要是用击实试验和渗透试验进行测试。
2.1.3施工要求
低渗水率的粘土衬垫在卫生填埋场中施工时，必须对土进行合理的重塑和压实，使其压实后压实层厚度不大于15cm，压实度为90%-95%，含水量略高于最优含水量，以达到渗透率≤1×10-7cm/s，满足抗干裂和高抗剪强度的要求。
压实粘土衬垫由于不可能在任何地点都能找到合适的材料，同时施工和质量保证步骤复杂、易干裂和会产生固结水，应用上受到限制。
2.2人工合成土工膜防渗衬层