巖土工程技術(shù)在廢棄物填埋場中的應(yīng)用研究

丁相軍，朱強(qiáng)偉

（1.青島地質(zhì)工程勘察院，山東 青島 266100;2.青島地礦巖土工程有限公司，山東 青島 266100）

1 廢棄物填埋場的概述

1.1 廢棄物填埋場的含義

廢棄物填埋場是利用衛(wèi)生填埋的方式處理垃圾，處理方式為覆土分層填埋，堆積一層垃圾后再覆蓋一層土壤，從而隔絕垃圾與環(huán)境的接觸，降低其對環(huán)境的污染。

1.2 廢棄物填埋場選址原則、程序

廢棄物填埋場選址應(yīng)遵從安全、經(jīng)濟(jì)的原則，同時(shí)要遠(yuǎn)離河流、湖泊、地下水源的源頭或泄洪道，避免在居民區(qū)、機(jī)場等人流密集的區(qū)域建立。

廢棄物填埋場的選址需遵循以下程序：首先，根據(jù)城市的規(guī)劃、地形地貌和水文條件等資料初步擬定多個候選場址。然后，實(shí)地踏勘填埋場及其周圍的地質(zhì)條件、氣象條件、交通條件及居民情況等內(nèi)容，并擇優(yōu)選出預(yù)選場地。接著提出初步的選址方案，完成場址可行性研究報(bào)告。最后經(jīng)過審核確定最終場址，并進(jìn)行巖土工程勘察工作。

選址需要考慮的地質(zhì)條件主要包括：一是評估天然弱透水層的基本情況如厚度、水平向連續(xù)性、透水性等；二是填埋場及其周圍地下水及滲透情況；三是天然或人工邊坡的穩(wěn)定情況；四是地基土的承載力和變形特性；五是土壤的防滲性和地基不均勻沉降情況；六是土壤結(jié)構(gòu)可能發(fā)生斷層、塌陷、地震等自然災(zāi)害的情況。

2 巖土工程技術(shù)在廢棄物處理場中的應(yīng)用

2.1 在填埋場穩(wěn)定性方面的應(yīng)用

按照地質(zhì)條件的不同，廢棄物填埋場大致可分為山谷型、平地型、坡地型、灘涂型和坑埋型五種類型，其中類型不同的填埋場所面臨的安全穩(wěn)定性具有一定的差異，筆者以常見的山谷型填埋場為例，主要介紹巖土工程技術(shù)在其穩(wěn)定性中的應(yīng)用。

山谷型廢棄物填埋場的穩(wěn)定性主要表現(xiàn)在邊坡穩(wěn)定性和垃圾壩穩(wěn)定性兩個方面。第一，場邊坡穩(wěn)定性。包括短期、長期穩(wěn)定性兩個方面。短期穩(wěn)定性不足的出現(xiàn)在填埋場建設(shè)初期，這個階段有大量的挖掘工作，若場體的邊坡較陡，則挖掘極有可能會導(dǎo)致場體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)改變，發(fā)生失穩(wěn)的狀況。長期穩(wěn)定的問題主要指當(dāng)潛在不穩(wěn)定區(qū)的變形達(dá)到臨界極限時(shí)，會出現(xiàn)明顯的負(fù)超孔隙應(yīng)力。負(fù)超孔隙應(yīng)力雖然在一定程度上暫時(shí)增加了潛在不穩(wěn)定區(qū)的穩(wěn)定強(qiáng)度，但負(fù)超孔隙應(yīng)力的消散會直接導(dǎo)致邊坡突然破壞[1]。第二，垃圾壩穩(wěn)定性。垃圾壩是山谷型填埋場常見的基礎(chǔ)設(shè)施，它通常設(shè)立在山谷出口，目的是使填埋場與外界隔絕，形成一個相對獨(dú)立的區(qū)域，垃圾壩的建立有利于增加填埋場的容量，防止廢棄物被雨水沖出場外，是維持填埋場穩(wěn)定的重要手段。垃圾壩一般就地取材，設(shè)計(jì)成土石壩等各種形式。其中影響垃圾壩穩(wěn)定性的主要因素包括壩體自重、填埋體土壓力、滲透壓力等作用力。

2.2 在填埋場防滲工程中的應(yīng)用

污染物泄漏問題是填埋場設(shè)計(jì)中需要考慮的重點(diǎn)問題，防護(hù)不當(dāng)會引起嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此，填埋場要利用巖土工程技術(shù)建立防滲工程，以此預(yù)防污染物的外滲，同時(shí)為場體抵御外水內(nèi)滲提供保障。防滲工程包括底層防滲層和各級覆蓋層，主要工作內(nèi)容是合理選用防滲性能良好的材料，并做相應(yīng)的技術(shù)處理，以使防滲層達(dá)到最好的效能。

目前我國的防滲技術(shù)主要包括：水平防滲和垂直防滲兩種。垂直防滲的主要技術(shù)為帷幕灌漿垂直防滲，該技術(shù)多適用于山谷型填埋場，原理是在地質(zhì)條件較好的基巖上設(shè)置截污壩及帷幕灌漿垂直防滲措施。水平防滲的主要技術(shù)為鋪設(shè)水平防滲襯層。依據(jù)填埋場的相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，天然防滲層標(biāo)準(zhǔn)是場體底部和周圍的黏土層厚度大于2m，滲透系數(shù)小于10-7cm/s；人工防滲層標(biāo)準(zhǔn)是滲透系數(shù)小于10-7cm/s時(shí)，抗壓強(qiáng)度必須大于0.6MPa，能適應(yīng)驟冷驟熱的溫度刺激，具有抗填埋、碾壓、刺劃的能力等。

2.3 在填埋場排水、排氣系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.3.1 排水系統(tǒng)

廢棄物填埋場排水系統(tǒng)的主要功能為控制地表徑流，防止地下水浸入。排水系統(tǒng)包括場外徑流與場內(nèi)雨水分流系統(tǒng)、作業(yè)區(qū)域與非作業(yè)區(qū)域雨水分流系統(tǒng)以及封場雨水排出系統(tǒng)三大部分。第一，場外徑流與場內(nèi)雨水分流系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要排水設(shè)施為截洪溝。截洪溝應(yīng)該設(shè)立在填埋場內(nèi)部道路的兩側(cè)和填埋場外部四周，截洪溝的高度要不同，旨在分別攔截不同區(qū)域的雨水。當(dāng)填埋區(qū)的截洪溝達(dá)到某一高度時(shí)，就將其與場內(nèi)的滲濾液導(dǎo)排系統(tǒng)相連，變截洪為排洪。第二，作業(yè)區(qū)域和非作業(yè)區(qū)域的雨水分流系統(tǒng)。目前，我國主要是在作業(yè)區(qū)域建立滲濾液的分流系統(tǒng)，非作業(yè)區(qū)則不建立排水設(shè)施，依靠自然排水。這樣做的目的是為了將作業(yè)區(qū)的污水與非作業(yè)區(qū)的凈水分離，實(shí)現(xiàn)清污分流。第三，封場雨水排出系統(tǒng)。廢棄物在填埋場需要經(jīng)過傾倒、填埋、封場等環(huán)節(jié)，我國填埋場的相關(guān)規(guī)范規(guī)定廢棄物封項(xiàng)的坡度要大于4%。封場雨水排出系統(tǒng)常位于垃圾壩上，主要作用為利用排水渠將封場后的雨水徑流匯集、排出。

2.3.2 排氣系統(tǒng)

填埋場釋放出的氣體是廢棄物中的有機(jī)物在水分、溫度和應(yīng)力等因素的作用下分解生成的，其成分主要為甲烷和二氧化碳，還有少量的氧氣、一氧化碳、硫化氫和一些具有揮發(fā)性質(zhì)的有機(jī)污染物。這些氣體在填埋場內(nèi)累積，如果不及時(shí)處理排氣，則壓強(qiáng)極易高于大氣壓，存在爆炸和環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。

填埋場的排氣系統(tǒng)有被動式和主動式兩種。被動式排氣系統(tǒng)的原理是利用填埋場內(nèi)的氣壓帶動氣體運(yùn)移。該系統(tǒng)包括減壓排氣孔、周邊截流槽、周邊隔氣槽和填埋場中隔氣層等部分[2]。主動式排氣系統(tǒng)的原理為利用人工抽氣，控制氣體的流動。常見的主動排氣系統(tǒng)有周邊控制系統(tǒng)和抽氣井系統(tǒng)兩類。

第一，在填埋場滲濾液處理中的應(yīng)用。滲濾液指的是在垃圾層和覆土層的覆蓋下，由廢棄物本身含有的水分、填埋場中的雨雪水及其他水分結(jié)合形成的一種高濃度廢水。其成分相當(dāng)復(fù)雜，含有高濃度有機(jī)物、重金屬鹽等物質(zhì)，滲濾液的泄露對于土壤、地表水源、地下水都是不小的危害。常見的滲濾液處理技術(shù)有：生物塘法、厭氧生物處理法、生物膜法、活性污泥法、滲濾液回灌法、物化處理法等。第二，滲濾液處理技術(shù)的主要目的為計(jì)算廢棄物中水量和污染物的比例得出蒸發(fā)量，并得到準(zhǔn)確的滲濾液處理量。該技術(shù)現(xiàn)已成為污水處理領(lǐng)域和環(huán)境工程領(lǐng)域的熱門研究內(nèi)容，該技術(shù)的應(yīng)用和完善對于填埋場的后期施工與維護(hù)工作具有重要的指導(dǎo)價(jià)值。

在滲濾液處理技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，廢棄物滲濾液的處理效果主要取決于廢棄物的種類、溶出速度、降雨?duì)顩r、填埋場場齡以及填埋場結(jié)構(gòu)等因素，其中填埋場場齡對滲濾液處理效果影響最大。

3 結(jié)語

總而言之，衛(wèi)生填埋具有成本低、衛(wèi)生程度好的特點(diǎn)，是我國城市處理生活垃圾的主要手段。廢棄物填埋場作為垃圾集中堆放的場所，其建設(shè)和實(shí)際運(yùn)行中涉及巖土工程的各項(xiàng)內(nèi)容。巖土工程技術(shù)在廢棄物填埋場的安全穩(wěn)定性問題、防滲問題、排水排氣問題以及滲濾液處理問題中的得到了有效應(yīng)用，對于保證垃圾場安全選址、建設(shè)和運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。因此，相關(guān)機(jī)構(gòu)和技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)巖土工程技術(shù)在垃圾填埋場中的開發(fā)和應(yīng)用，從而促進(jìn)廢棄物填埋場的健康發(fā)展，建立綠色、生態(tài)型現(xiàn)代城市。