上海生活垃圾卫生填埋场的若干岩土工程问题

摘要：生活垃圾卫生填埋场是处理固体废弃物的有效方法之一。尽管国内外学者对与垃圾填埋场相关的许多问题已经做了大量的研究工作，但是对象上海地区这样的软土地基上填埋场建设可能引起的一些岩土工程问题研究不多。结合上海地区的软土地基条件，在文章中分析了填埋场在建设与运营过程将会遇到的若干岩土工程问题，包括填埋场的沉降问题、稳定性问题和防渗衬里的有效性问题等，并提出了相应的初步预防措施和建议。
关键词：软土地基；生活垃圾卫生填埋场；岩土工程问题；沉降；稳定性；防渗衬里
1引言
上海地区以往的垃圾填埋场采用天然防渗或局部作一些防渗措施，由于达不到卫生填埋场标准，已经产生了诸如填埋场周围的地下水、空气和土壤受到污染等环境问题。根据上海国际大都市的定位，老港生活垃圾卫生填埋场四期建设将向国际发达国家的标准看齐，投入巨资，以确保技术先进、环保可靠。
老港填埋场位于长江三角洲冲积平原前沿，属长江河口－濒海沙嘴相地貌，为数百年来新淤积和围垦而成的滨海平原，填埋场赖以建设的地质条件决定了它的特殊性。软弱的地基土和浅埋的地下水限制了填埋场的深开挖，为了节约宝贵的土地资源，提高土地利用率和填埋场库容，唯一的出路是增大垃圾填埋的高度。增大填埋高度等于增大地基的附加荷载，这必将产生地基的过大变形和边坡的稳定问题，直接威胁填埋场防渗系统的安全性和垃圾渗滤液收集系统的有效性。因此对上海地区垃圾填埋场建设中的岩土工程问题开展研究具有现实意义，研究成果对填埋场后期建设与运营，以及未来其它填埋场的建设具有指导意义。
2垃圾体的物理力学性质
垃圾体的物理力学性质既是填埋场运营过程中所面临的问题之一，但更主要是分析研究与填埋场有关的岩土工程问题的前提和基础。国外这方面的研究工作开展较早，钱学德川概括了一些发达国家垃圾体物理力学性质的研究结果（见表1）。
表1发达国家垃圾体的物理力学性质指标

表2杭州天子岭生活垃圾填埋场的垃圾体的物理力学性质指标

陈云敏、张振营等在杭州天子岭生活垃圾填埋场进行了静力触探试验，换算成垃圾的强度参数，并对垃圾的物理力学性质进行了室内试验研究，研究结果见表2。
从表1、2的研究结果可以看出：（1)各个物理力学指标都有一个分布范围，特别是力学指标变化范围很大；（2）发达国家与杭州天子岭填埋场的垃圾体的性质存在一定的差异。表1的结果反映出不同国家垃圾成分或处置工艺上的差异；表2的结果反映填埋体内垃圾的非均质性。
生活垃圾填埋体的稳定化过程一般需要经过几十年时间，既包括物理的压密，也存在生物降解，对垃圾体物理力学性质研究的难点在于这些性质在稳定化过程中是变化的，是时间的函数，人们对其变化规律还知之不多。
我国与发达国家，以及我国不同地区（城市）处于不同的发展阶段，因此生活垃圾的成分存在差异是必然的，在进行垃圾填埋场设计时，不应照搬发达国家的经验参数，在借鉴我国其它城市垃圾填埋场设计参数时也应考虑到这种不同。对于上海新建垃圾填埋场，应该通过对以往填埋场不同时期垃圾体的物理刀学性质的研究，取得具体的设计参数。
3垃圾填埋场卫生填埋的若干问题
3.1填埋场的沉降
沉降是垃圾填埋场稳定化进程的宏观表现和重要考察指标，因此，垃圾填埋场的沉降规律一直是填埋场研究中的重要课题。O’Leary等指出一般填埋场场地沉降要持续25年以上，其总沉降量为垃圾初始填埋高度的25%～50%，其中50%以上发生在封场后的第1年。Bleker等指出垃圾体沉降的机理为：(1)机械的原因：扭曲、弯曲、压碎和重定向；（2）颗粒混合：细小颗粒进入较大的孔隙中；（3)物理化学的原因；(4)生物降解。Wall等将垃圾填埋场的沉降分成三部分：初始压缩沉降、主压缩沉降、次压缩沉降。初始压缩沉降是外荷载作用下直接产生的，类似土的弹性压缩变形；主压缩沉降是由于孔隙中水和气体的排出引起的，是一个类似太沙基固结的过程；次压缩沉降是由于垃圾体的蠕变和降解引起的，是垃圾填埋场沉降的主要部分。Ling等指出，由于垃圾体是非饱和的，所以用固结理论进行沉降预测是行不通的，可以通过沉降监测结果来进行沉降预测。刘疆鹰等推导出计算次压缩沉降的公式，利用此公式计算上海市老港垃圾填埋场的次压缩沉降，并与实测沉降进行对比，发现计算值和实测值非常吻合。
学者们对垃圾填埋场沉降问题的研究主要涉及垃圾体的沉降，或是包括地基沉降在内的填埋场总沉降，其中地基的沉降只占其中很小一部分。从已经发表的文献中，难以找到象上海地区这样在滩涂上建设平原型生活垃圾卫生填埋场。但根据上海滩涂地区浅层地基土的常规物理力学性质指标推算，如果垃圾填埋体的堆高达到40m（最大附加应力相当于360～400kPa），则地基的沉降量将达到4.0～7.0m，不均匀沉降也将有1.0～2.0m。在这种大变形条件下，填埋场的防渗衬里系统的完整性和有效性将面临考验。因此，在新的填埋场设计阶段，只能根据相关学科已有的成果和经验分析，研究并处理好以下岩土工程问题。