填埋场封场覆盖系统排水层的设计及应用

摘要：封场覆盖系统是垃圾卫生填埋场建设的重要组成部分，覆盖系统包括气体导排层、
土工膜、排水层、植被表土层。介绍了复合排水网作为排水层的设计及其功能，重点对采用复合排水网做覆盖系统排水层的稳定性进行了分析。最后以泰州市罡杨生活垃圾填埋场为例，说明复合排水网在填埋场封场覆盖系统中的应用。
关键词：垃圾填埋场；封场覆盖；覆盖材料；复合排水网；排水层；导水率
现代垃圾卫生填埋场要求达到设计填埋高度后必须进行封场覆盖。封场覆盖的目的是减少渗沥液产生量、提高垃圾堆体安全性、增加填埋场生态修复与复垦利用的速度。目前垃圾填埋场典型的封场覆盖系统从下向上包括气体导排层，土工膜，排水层，至少45cm的覆盖保护土层，15cm的植被表土层。为减少渗沥液产生，封场覆盖系统须铺设防渗垫层（通常为LLDPE膜），为满足排水及导气的需要，LLDPE膜上方及下方一般铺设天然或人工排水导气材料。
天然排水导气材料导排效果较好、质量稳定，但造价高，施工难度大，通常使用人工合成材料——复合排水网替代。下面介绍复合排水网在填埋场封场覆盖系统中的设计与应用。
1复合排水网的介绍
用于垃圾填埋场封场覆盖系统排水层的复合排水网由排水网与土工布复合而成的。其核心部分为排水网。常用的有两种不同类型的排水网：二维土工网与三维土工网。二维土工网由两层相互交叠的肋条构成；而三维土工网由三层交错的肋条构成，中间一层肋条刚性很大，呈垂直分布，形成排水通道。
排水网与单面或双面土工布复合成为复合排水网。对双面土工布的复合排水网而言，上层土工布对邻接的土体起到反滤作用，下层土工布能增加它与下层粗面土工膜之间的摩擦力。在垃圾的边坡处施工时，复合排水网尤能显示其优点。图1为典型的垃圾填埋场覆盖系统。

图1一种典型的封场覆盖系统
1.2复合排水网的性能
复合排水土工网重要的工程参数包括：①土工网或复合排水网在设计荷载及边界条件下的平面导水率；②土工布的渗透性；③材料的抗拉强度；④与邻接土体或其它接触层的摩擦系数。
由于导流的液体及承受的垂直荷载，横向排水土工材料的性能会随着时间而降低。为了保证复合排水网的长期性能，要求排水土工材料在整个设计年限内都具有充分的导水率。长期导水率由下面的公式表示：

=实验室测得的导水率
RFin=弹性变形或相邻土工布嵌入排水通道的折减系数；
RFcr=排水网芯材蠕变和（或）相邻土工布嵌入排水通道的折减系数；
RFcc=排水网芯材空间内化学淤堵和（或）化学沉淀折减系数；
RFbc=排水网芯材空间内生物淤堵折减系数；
用于封场覆盖系统排水层的复合土工网各种折减系数如表1所示。
表1复合排水土工网导水率建议折减系数

一般而言，厚度为30cm，渗透率为0.01cm/s的垃圾填埋场天然材料排水层的导水率为3×10-5m2/s。根据美国环保局的设计指导，复合排水网替代天然排水层的一个原则是等效性，也就是说，复合排水网的排水能力应与上述天然排水层的排水能力相当。但是，不能简单地认为使用导水率相当的土工材料代替天然排水材料，必须考虑水力梯度和水头的影响。天然材料能够承受更大的水力梯度和水头，所以土工材料必须要求更大的导水率才能达到相当的应用效果。要求的复合排水网导水率必须大于天然材料排水层的导水率乘以等效因素E，对于水头为30cm的天然排水层，等效因素可以通过下面的公式计算：

其中L=坡长
β=坡度
2复合排水网排水设计原理
2.1复合排水网导水率计算
填埋场的封场覆盖系统普遍为3:1或4:1（水平:垂直）的顶面坡度，排水层（本文中排水层由复合排水网构建）目的是将封场覆盖土层中降雨下渗水排走。设计时只考虑封场覆盖土层饱和，不计表面径流层厚度。在饱和状态下，进入复合排水网的下渗水流量可以很容易确定，水在向下单位水力梯度下流动，其渗流速度等于封场覆盖土层的渗透系数，如图2。

图2填埋场封场覆盖系统渗流和复合土工材料排水层
应用达西定律，进入复合排水网的流量为：

从坡址处复合排水网排出的水量为：

式中 ks=覆盖保护土层的渗透系数，m/s；
kg=复合排水网的渗透系数，m/s；
Lh=土工复合排水网排水方向的水平长度，m；