卫生填埋场防渗系统设计与材料选用

2.3.2　土工聚合粘土衬垫(GCL)
1)材料种类
土工聚合粘土衬垫(GCL)简称钠基膨润土垫，是膨润土夹在土工织物中间或连接在土工膜上复合制成的，它是目前国内外填埋场应用最广泛的防渗材料之一，通常与土工膜配合使用。其种类由不同的土工合成聚合物组成，主要有四类：三重组合粘土衬垫，以有纺聚丙烯土工织物为底、铺上胶接粒状钠基膨润土、上覆粘丝土工织物构成，三重复合型，以细粒钠基膨润土机缝在两层针刺无纺聚丙烯土工织物间构成；膜土复合型，将胶结膨润土固定在HDPE土工膜上；三重合成物，以无纺针刺土工织物为顶层、膨润土(胶溶)和无纺针刺土工织物为底层构成。最后一种在填埋场中应用最为适合和普及。
2)技术参数及特性
填埋场设计GCL的主要技术要求：膨润土含水量＜8%，单位面积质量＞4.5kg/m2，渗透系数＜1×10-9cm/s。总厚度5～6mm和幅宽＞6m。它的突出特点是利用高性能混土水反应时体积膨胀13～16倍的特性对损伤部位及3mm体内裂纹进行自我修补，同时它具有永久防水效果、高强度、高延伸率、耐腐蚀及耐冲击性。
3)施工铺设
GCL施工相对简便，不受气温影响，不需特殊设备，工期短。施工中GCL的连接通常重叠即可，重叠区域为150～300mm,如有补丁或颗粒移动缺损，则至少搭接300mm。铺设后要在GCL上覆盖一定厚度的土或土工合成材料(常用土工膜），以免水化作用引起厚度变化，造成压缩或剪切荷载时产生不均匀膨胀。施工后不需要特别的检查。
GCL可大大解决粘土的缺乏问题，同时减少垫层系统厚度，增大库容。我国具有丰富的钙、钠基膨润土粘土矿物，因此GCL从性能价格比分析有广阔的发展前景。
2.4无纺土工织物
2.4.1无纺土工织物类型
无纺土工织物简称无纺布，是卫生填埋场防渗设计和施工必备材料，它是由聚脂纺织纤维制成，用机械（针刺)或加热或化学方法加固的织物。按材料类型分为长纤无纺土工布和短纤无纺土工布，卫生填埋场考虑到力学性能(拉伸强度、撕裂强度、顶破强度及拉伸延伸率)等因素，大多采用长纤无纺土工布。
2.4.2设计应用
在填埋场设计中主要考虑三个方面的应用：
1)无纺土工布铺设在渗滤液导排层上或热粘在HDPE渗滤液排水管上形成三维复合排水单元，截留垃圾颗粒而使液体透过无纺布，起到隔离和反滤作用。
2)在垃圾场边坡，无纺布铺设在主防渗衬垫的上面和下面，起到加筋和保护防渗衬垫不被顶破的作用，同时也增加边坡上的摩擦角和山体径流导水。
3)在垃圾场底部，无纺布铺设在主防渗衬垫的上面和下面，防止防渗衬垫层被外力顶破。
2.4.3施工铺设
无纺布的铺设方法比较简便，一般直接铺放在预处理好的地基表面或沟槽中，搭接采用一片无纺布的末端自由压在另一片的始端上。为防止地基变形时和外力作用下造成无纺布位移使有效搭接宽度减小，设计中要根据基础条件计算安全搭接宽度。
搭接宽度可用式(2)计算确定(参见图3)。 

Lu≥Z·f/(σ·tg·ΨGG)(2)式中，
Lu--搭接宽度,m；
f---安全系数，最小为2.0；
Z---土工织物的工作负荷,kN/m；
σ--作用于土工织物上的标准力上,kN/m2；
ΨGG--土工织物材料间的摩擦(角)，对一般光滑结构为20～25°或更小。

通常搭接计算宽度在0.15～0.3m之间。可用手提缝纫机(采用一般缝法、丁缝法或蝶形缝法)线缝搭接处，这样既可防止铺料时无纺布边缘被掀起，又可节省材料。
3工程防渗的应用实例
我国卫生填埋场在防渗衬垫系统铺设和设计方面的研究发展起步较晚。大量例子表明，除少数天然条件好的场地外，绝大多数不设防渗衬垫的填埋场渗滤液必定透过土壤，进入地下含水层而污染地下水。随着环保意识的加强，防渗衬垫系统越来越广泛地被应用，大大消除了渗滤液的漏失，使填埋场处于完好的封闭状态。下面结合本人工程实践简述几种工程防渗系统。
3.1单层衬垫防渗系统
在地质和其它条件较好(无地下水)的场地，设计中一般采用单层土工膜防渗衬垫系统，并用无纺布作为保护层。贵州遵义填埋场防渗系统应用实例：将场底平整压实到设计密实度后，铺设一层无纺布垫底；上铺主防渗HDPE土工膜；主防渗层上再铺设无纺布或粘土保护层，保护层上面为渗滤液导流层。
3.2混合式(复合衬垫)防渗系统
在地质条件不理想或环境重点保护区，为确保运行安全大多采用复合衬垫，复合衬垫是用无纺土工织物、土工膜和土工聚合粘土衬垫等形成的隔水设施。
重庆某县填埋场工程应用实例(见图4)：在垃圾填埋坑底作好基础处理后，先铺设地下水导流层(由卵石和碎石组成)，用无纺布反滤；地下水导流层上铺一层粘土基层；粘土层上铺设膨润土垫和HDPE土工膜主防渗层；主防渗层上再铺设一层粘土保护层；最上面一层是渗滤液导排层(由卵石和碎石组成)，通过无纺土工布和织质土工布进行反滤和减少污染物的运移。有时在衬垫底部也加土工格栅起加筋作用，防止过大的压缩变形和局部的不均匀沉降。建议在工程实施中条件允许情况下，尽量提高标准，采取多层防渗衬垫和多层渗滤液收集的措施，确保卫生填埋场的使用安全。