填埋場中廢棄物穩(wěn)定問題

余志貴

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長以及城市生活水平的不斷提高,城市固體廢棄物(Municipal Solid Waste,簡稱MSW,俗稱垃圾)大量產(chǎn)生。目前我國城市廢棄物處理尚處于發(fā)展階段,垃圾衛(wèi)生填埋作為一種成本較低、技術(shù)相對簡單、能迅速處理垃圾的方式,比較適合我國國情。

目前我國建設(shè)廢棄物填埋場的基本思路是:1)污染物溶質(zhì)遷移機(jī)理下采用多重隔離屏障的概念,著重研究各種隔離屏障技術(shù),包括天然防滲和人工防滲,確保廢棄物處置后使進(jìn)入環(huán)境(空氣,水和土壤)中的物質(zhì)不會(huì)惡化環(huán)境;2)從巖土工程的角度研究填埋場的穩(wěn)定問題,確保不會(huì)因?yàn)樘盥駡鍪Х€(wěn)破壞導(dǎo)致污染物質(zhì)向外界擴(kuò)散;3)通過隔絕外界水向填埋場滲入的途徑來降低滲濾液的產(chǎn)量[1]。

典型的填埋場是把廢棄物分層堆放的堆積體[2]。以往對填埋場主要考慮環(huán)境問題及保護(hù)周邊地下水和大氣不產(chǎn)生嚴(yán)重污染。但從20世紀(jì)80年代以來,美國、巴西、中國等很多地方相繼出現(xiàn)填埋場的穩(wěn)定破壞現(xiàn)象,造成不可估量的損失,對周邊環(huán)境也產(chǎn)生了災(zāi)難性的后果。所以,穩(wěn)定問題是填埋場設(shè)計(jì)、施工、填埋和封閉過程中的關(guān)鍵問題之一[2]。

1 填埋場穩(wěn)定破壞類型

填埋場在開挖和填埋期間,以及在封閉后,可能出現(xiàn)各種不同的破壞模式,其破壞機(jī)理也不同。幾種潛在的破壞模式大致分為以下五種(Mitchell,1992年):1)邊坡及襯墊底部土體發(fā)生整體滑動(dòng)破壞(見圖1);2)襯墊系統(tǒng)從錨溝中脫出向下滑動(dòng)(見圖2);3)沿固體廢棄物內(nèi)部破壞(見圖3);4)穿過廢棄物和地基發(fā)生破壞(見圖4);5)沿襯墊系統(tǒng)的破壞(見圖 5)[3,4]。

2 填埋場穩(wěn)定問題分析

2.1 廢棄物力學(xué)原則

廢棄物的種類、堆放情況,以及由于堆放而增加的應(yīng)力,這些都會(huì)影響廢棄物堆積體中豎直和水平變形發(fā)展的范圍。這種廢棄物堆積體還會(huì)因?yàn)閺U棄物內(nèi)部的生物和化學(xué)變化而加劇。同時(shí)這種變形將與填埋場持力層及地基土的變形疊加起來。此外,在廢棄物堆積體中細(xì)顆粒和不透水區(qū)段內(nèi),發(fā)生沉降和側(cè)向變形時(shí),會(huì)形成孔隙水壓力和孔隙氣壓力,使垃圾體的抗剪強(qiáng)度降低。

廢棄物堆積體的幾何形狀,會(huì)使填埋場的邊坡區(qū)段產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力,導(dǎo)致下部區(qū)段的水平位移及頂部區(qū)段的沉降。堆放在這些區(qū)段的廢棄物,應(yīng)具有足夠的抗剪強(qiáng)度,以免發(fā)生邊坡失穩(wěn)。同時(shí),廢棄物的應(yīng)力應(yīng)變特性與填埋場底部襯墊系統(tǒng)的材料應(yīng)力應(yīng)變特性的不同,可能導(dǎo)致廢棄物堆積體與填埋場底部襯墊系統(tǒng)的相互作用,產(chǎn)生滑動(dòng)的影響,應(yīng)對應(yīng)變相容性給予考慮[5]。

2.2 廢棄物堆積體的穩(wěn)定性

分析垃圾體的穩(wěn)定問題,可按外部穩(wěn)定與內(nèi)部穩(wěn)定兩種情況分別進(jìn)行考慮。外部穩(wěn)定問題指影響所有臨時(shí)與永久性邊坡潛在失穩(wěn)區(qū)段的廢棄物強(qiáng)度與變形性能,以及影響廢棄物堆積體周圍,在運(yùn)轉(zhuǎn)階段及以后的潛在失穩(wěn)區(qū)段的廢棄物強(qiáng)度與變形性能。不同的抗剪強(qiáng)度材料之間,可能發(fā)生剪切失穩(wěn)。內(nèi)部穩(wěn)定是如何堆放廢棄物的準(zhǔn)則,堆放廢棄物應(yīng)當(dāng)在不影響外部穩(wěn)定性的區(qū)段內(nèi)。在這樣的區(qū)段內(nèi),可以堆放低抗剪強(qiáng)度的廢棄物,但應(yīng)考慮操作時(shí)的穩(wěn)定性及差異沉降引起的安全性問題,應(yīng)與廢棄物堆積體表面(這應(yīng)當(dāng)包括邊坡安全區(qū)段在內(nèi))保持一段安全距離。

3 結(jié)語

填埋場垃圾體不穩(wěn)定是由于下列原因產(chǎn)生的:

1)天然邊坡本身不夠穩(wěn)定(對山谷型填埋場)。

2)人工開挖邊坡坡度太大,或是坡腳開挖降低了天然邊坡的穩(wěn)定性(對山谷型或平面型地下式填埋場)。

3)地基承載力不足,尤其是地基土為軟黏土或其他可壓縮土?xí)r(對平面型或某些山谷型填埋場)。

4)固體廢棄物抗剪強(qiáng)度低,壓縮變形大。

5)作為中間蓋層的壓實(shí)黏土抗剪強(qiáng)度低。

6)地表水、滲濾液、氣體導(dǎo)排系統(tǒng)有可能發(fā)生故障,造成填埋體孔隙壓力過大。

7)填埋體與天然土體在接觸部位有可能產(chǎn)生不利于邊坡穩(wěn)定的相互作用。

8)裂隙黏土的自然軟化、蠕動(dòng)、漸進(jìn)破壞與其他可能影響邊坡土體或填埋體長期行為的作用。

[1]施文種.現(xiàn)代填埋場設(shè)計(jì)思路探討[J].福建建筑,2003(4):49-50.

[2]錢學(xué)德,郭志平,施建勇.現(xiàn)代衛(wèi)生填埋場的設(shè)計(jì)與施工[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.

[3]周 健,梅其岳,吳世明.山谷型填埋及堆體邊坡穩(wěn)定分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),2005(3):22.

[4]葉建忠,周 健.垃圾填埋場設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定分析問題[J].工業(yè)建筑,2006,35(sup):735-739.

[5]俞調(diào)梅,朱百里.廢棄物填埋場設(shè)計(jì)[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1999.