填埋场封场覆盖系统排水层的设计及应用

考虑到复合排水网的蠕变折减系数，嵌入折减系数生物和化学淤堵系数等影响，选用的复合排水网的导水率要求达到的数值为：

式中Fsd 为复合排水网设计安全系数，一般取2。
根据计算得到的 θu ，再考虑排水体的水力梯度i = sin β 和上覆压力p(主要为覆盖土层及表层土压力，见图1)以及复合排水网的等效替代因素，选择不同厚度和不同水力梯度下的导水率，并选择相应的材料。表2 为某种复合土工网技术指标，导水率与复合排水网厚度 t、上覆压力p 及水力梯度i 相关。
表2 某复合排水网不同压力下的厚度和不同水力梯度下的导水率

3.2 封场覆盖系统排水层
影响封场覆盖系统稳定性的主要因素有：隔离层（LLDPE膜）上产生的渗流压力、孔隙水压力以及隔离层下的气体压力；施工方式对其稳定也有影响；在地震区，还应考虑地震对封场覆盖系统稳定的影响。在本文中，我们仅仅对渗流压力及孔隙水压力对封场覆盖系统稳定性影响进行论述。如果横向排水系统具有足够的导水性，能允许渗透水无拘束流动，那么渗流压力和孔隙水压力都可以消除。接下来，本文将集中论述如何计算及选用满足排水要求的复合排水网。
2.2.1渗流压力对封场覆盖系统稳定性的影响
在垃圾填埋场封场覆盖系统渗流压力计算中，比较难以准确地确定渗流水的最大流量。但在计算时，可使用渗流水流量的极大情况(即上覆土层饱和时)进行计算。在这种条件下，可应用无限长土坡模型进行渗流力计算，如图3所示，作用于封顶土层上的最大渗流力为：
 

式中β——坡角，度；
h——上层覆盖土铅直方向的厚度，m；
=水的容重，kn/m3。
则坡体稳定安全系数为

式中δ——土工复合排水网与土或与下面土工膜之间界面摩擦角的较小值；
γ'和γsat——坡面土体的浮容重和饱和容重，一般γ'近似等于0.5γsat。
当土工复合排水网有足够排水能力时，沿坡面的渗流压力可忽略，则安全系数Fs变为

对一般4:1（水平:垂直）的边坡，要达到Fs=1.5，当坡面土不饱和时，需要的最小界面摩擦角为20.5°，饱和时需要的最小摩擦角为36.8°。无纺布和大部分糙面土工膜或者上覆保护土层的摩擦角一般都超过20.5°，但是，36.8°的界面摩擦角超过了填埋场封场覆盖系统的常用材料的剪切强度，由于封场覆盖土层的饱和导致的结果是滑坡。为避免这种危险，最有效地解决方案是提高排水层的排水能力，避免渗流压力。

图3 无限长土坡模型示意图
2.2.2 复合排水网排水能力计算
通过上覆土层的渗流表面水会聚积在隔离层(LLDPE)上，如果不排出，就会产生危险的孔隙水压力。同样，为避免孔隙水压力的影响，排水层必须具有足够的排水能力。当上覆土层饱和时，渗入排水层的水量最大。在设计时，可以根据这个极限值进行计算。
如果上覆土层饱和，则水力梯度i等于1（单位梯度），渗流速度等于土体的渗透系数。渗流速度等于上覆土层的渗透系数，渗透到复合排水网的水流速度可直接在一个单位梯度下计算。上覆土层典型渗透率为1 x 10-5~1x10-3 cm/sec。进入长度为L的单位宽度复合排水网的水量Qin为

kveg=上覆土层渗透率，cm/sec；I=上覆土层水力梯度,饱和时为1；A=单位宽度，长为L的复合排水网的有效面积，m2。
应用达西定律，排水层排出的水量：

其中，t =为排水网的厚度，m；i=为水力梯度，A =单位宽度复合排水网截面积，m2 ；[kt]=材料实际导水率θ，对于坡体来说，水力梯度等于sinβ, β 为坡角。
复合排水网排水层的排水能力安全系数FSdc可定义如下：

填埋场封场覆盖系统排水层的最小安全系数建议值为6，相当于排水安全系数和折减系数的乘积。在导水率θ 受到限制时，可以通过在边坡上修建沟槽来减小坡长L，提高安全系数，如图4 所示。