卫生填埋场防渗系统设计与材料选用

2.2.1土工膜类型
土工膜是由一种或几种聚合物加上如碳黑、色料等附加剂制成的不透水性材料，它是近年来广泛用于填埋场建设中的三大材料之一(其它两种为土工网和土工织物）。目前用来生产土工膜的聚合材料有热塑塑料，如聚氯乙烯(PVC)；晶体热塑材料，如高密度聚乙烯（HDPE)、超低密度聚乙烯(VLDPE)以及线性低密度聚乙烯(LLDPE）；热塑合成橡胶，如氯化聚乙烯(CPE)和氯磺化聚乙烯(CSPE)。其中HDPE和VLDPE最为普及。土工膜的厚度从0.5～3.Omm不等，卫生填埋场设计采用厚度≥1.5mm、渗透系数在0.5×10-10～0.5×10-13cm/s之间的材料。
1)高密度聚乙烯(HDPE)土工膜
高密度聚乙烯(HDPE)土工膜是卫生填埋场中应用最广泛的土工膜，它是由高分子聚乙烯通过吹塑或平挤制成的具有很强耐久性的防渗材料。主要特征：化学性能稳定，垃圾渗滤液不会对其构成威胁；低渗透性，确保地下水和雨水渗透液不会渗过衬垫，甲烷气不会溢出排放系统；抗紫外线性能稳定，HDPE中的碳黑加强了抗紫外线能力，不含增塑剂，解决了暴露在紫外线下被分解的问题。
HDPE土工膜按规格幅宽一般为3m、3.5m、4m、6m、7m，卫生填埋场铺设面积较大，考虑减少焊缝和施工周期，设计要求幅宽大于6m。对于力学性能，主要指标要求如表1。
2）超低密度聚乙烯(VLDPE)土工膜
超低密度聚乙烯(VLDPE)土工膜是由聚乙烯树脂压制而成的具有良好柔韧弹性的衬垫材料，它适用于不平整的填埋场地和垃圾封场。其特性表现为：多轴拉伸性，它的高延伸率能使之适用于不均匀沉降和不平整地面，抗开拉性，它能承受多种环境应力；抗穿刺能力，能适用基底岩层；同时还具有化学稳定性、低渗透性和抗紫外线性能。
3)织物土工膜
织物土工膜是在土工膜表面加一层粗糙织物的防渗材料。这种织物土工膜目前正开始推广使用。它的主要特性是：加强了合成纤维衬垫与土、无纺布以及其它土工合成纤维的表面摩擦，增强了抗滑稳定性。
　织物土工膜与粘土的最高摩擦系数：摩擦角29°时，凝聚力为6.0kPa；与无纺土工织物最高摩擦系数：摩擦角32°时，凝聚力为2.2kPa。织物土工膜的厚度一般有1.5mm、2.0mm和2.5mm三种。
2.2.2土工膜衬垫的渗漏量计算
填埋场中垃圾液体和垃圾成分从不破坏、不被刺穿、没有加筋破坏的土工膜透过的主要方式为分子扩散，这种扩散主要发生在梯度集中处，如由于土工膜内部结构缺陷引起的不连续纤维或针孔。假定土工膜衬垫中有一个或多个缺陷小圆孔，而且彼此隔开，那么依据伯努利方程［式（1）］可估算出土工膜上的渗漏率。参见图1。 

Q＝Cba(2gh)0.5(1)式中：
Q--土工膜的渗漏量，cm3/s；
Cb--渗流系数，对圆孔为0.6；
a--士工膜中一个圆孔面积,cm2；
g--重力加速度，9.8m/s2
h--衬垫上水头，cm。
2.2.3施工铺设
土工膜铺设相对于其它合成材料施工较为复杂。首先必须对土工膜各项指标(密度、拉伸强度、延伸率及撕裂强度等)在现场进行检测，然后开展场地处理、膜体接合焊接、试验焊接、缺陷修复、破坏性测试和回填保护等。
1)基层处理：铺设前应去除表面废渣、树根和突起的岩石等，以保证面层光滑；所需填料应由级配良好的材料组成，不含有机物、垃圾、粘土块或其它有害物质，以免引起土工膜的破坏；同时地基应根据设计要求压实到一定密实度，确保提供一个坚固、不屈服的基础以允许运行车辆和焊接设备通行，不产生压痕或其它破坏。
2)除利用材料与土之间的摩擦力外，为充分发挥密实填土作用下的抗拔力，在土工膜放置之前要按设计位置和宽度开挖锚固沟，同时在土工膜的施工铺设过程中，必须按要求在坡面(或山坡)中间平台和坡顶端末端收口处有一段水平伸出；并伸进锚固沟用压密回填土覆盖。见图2 

3)土工膜接合焊接和测试
土工膜的接合焊接是成功阻止渗漏的关键环节。通常情况接缝应与斜坡平行(沿斜坡并尽可能使水平接缝放在单元底部，距坡脚≥1.5m。土工膜焊接有两种方式：熔化焊接(双轨熔焊)，它要求膜块焊前必须重叠10～l5cm，并调整好膜块以减少褶皱，这样通过预先设置的压力齿轮使得两个弯起的膜块被焊接在一起；另一种为热压角焊接(单焊缝焊接）,它要求膜块焊前至少重叠7.5cm，然后在两层土工膜弯曲边缘插入熔化树脂焊条，用热空气熔化材料使薄层表面均匀粘结。
完成焊接的土工膜必须按设计要求分段或分片进行空压试验(双轨熔焊)和真空试验(单焊缝焊接)并按一定长度取样进行破坏性测试。
2.3膨润土防渗材料
在卫生填埋场中设计和应用的膨润土防渗材料主要有两种：膨润土防水板和土工聚合粘土衬垫(GCL)。
2.3.1膨润土防水板
膨润土防水板构造是以瓦楞纸板为外壳，内填装特定配方的膨润土。其原理是铺设回填土后，膨润土粒子吸水膨胀，在添加剂作用下形成胶体并充满整个纸板空间，膨胀后起到防水和抗渗作用。这种材料的设计参数及特性：膨润土防水板一般长1100～1450mm、宽720～860mm、厚3.5～5mm，具体可依据设计要求和设备能力确定；渗透系数值为l×10-8cm/s,无压膨胀值＞7mL/g,耐干裂，耐低温。施工相对简便，以自然搭接方式铺设，搭接宽度＞5cm。这种材料主要适用于平原填埋场，对于山区或沟谷填理场应用则受到一定限制。