固化飛灰填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)內(nèi)容及要點(diǎn)

近年來我國(guó)生活垃圾焚燒產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，焚燒處理量逐年增加，同時(shí)產(chǎn)生的飛灰為重金屬垃圾需要填埋處理，該填埋物中的重金屬對(duì)土壤環(huán)境有影響，因此對(duì)固化飛灰填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)提出了更高更嚴(yán)格的要求。整個(gè)設(shè)計(jì)和施工過程是動(dòng)態(tài)的，以達(dá)到設(shè)計(jì)的合理經(jīng)濟(jì)性。

飛灰； 填埋場(chǎng)； 垃圾壩； 設(shè)計(jì)

X705A

［定稿日期］2023-04-18

［作者簡(jiǎn)介］李俊君（1989—），女，碩士，工程師，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師，研究方向?yàn)檩p工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)研究和設(shè)計(jì)。

0 引言

近年來我國(guó)生活垃圾焚燒產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，焚燒處理量逐年增加，同時(shí)產(chǎn)生了大量富集重金屬和二噁英類污染物的生活垃圾焚燒飛灰，飛灰是生活垃圾焚燒過程中必然的副產(chǎn)物，飛灰的安全處置是當(dāng)前生活垃圾焚燒處理項(xiàng)目在運(yùn)營(yíng)過程中面臨的一大問題。

根據(jù)生態(tài)環(huán)境部HJ 1134—2020《生活垃圾焚燒飛灰污染控制技術(shù)規(guī)范（試行）》［1］，飛灰利用處置分為填埋和資源化兩種方式。在飛灰填埋或資源化利用處置前，均需對(duì)飛灰進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，飛灰填埋是最傳統(tǒng)并且最普遍的處理方式，而飛灰填埋前需進(jìn)行固化處置，如圖1所示，以控制和降低飛灰中重金屬溶出。因此，生活垃圾焚燒場(chǎng)周邊一般會(huì)設(shè)置固化飛灰填埋場(chǎng)。

固化飛灰填埋場(chǎng)主要根據(jù)業(yè)主的庫容要求結(jié)合場(chǎng)地地形及地勘報(bào)告進(jìn)行設(shè)計(jì)，本文主要從固化飛灰填埋場(chǎng)的土建和工藝設(shè)計(jì)探討其設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 固化飛灰填埋場(chǎng)的土建設(shè)計(jì)

固化飛灰填埋場(chǎng)的土建設(shè)計(jì)包括垃圾壩、邊坡設(shè)計(jì)、地下水調(diào)節(jié)池、滲瀝液調(diào)節(jié)池，其中前兩者最為關(guān)鍵，本文主要對(duì)其設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析。

1.1 垃圾壩設(shè)計(jì)

垃圾壩一般建在垃圾填埋庫區(qū)匯水上下游或周邊。垃圾壩的主要作用在于維持垃圾堆體的穩(wěn)定，因此垃圾土壓力是垃圾壩最主要的荷載。目前一般采用傳遞系數(shù)法分析垃圾堆體邊坡穩(wěn)定性，如垃圾堆體滿足自身穩(wěn)定要求，則選取主動(dòng)土壓力作為垃圾壩計(jì)算外荷載；如垃圾堆體不滿足自身穩(wěn)定要求，則需比較剩余下滑力與主動(dòng)土壓力之間的大小，如剩余下滑力小于主動(dòng)土壓力，則選取主動(dòng)土壓力作為垃圾壩計(jì)算外荷載，反之則選取剩余下滑力作為垃圾壩計(jì)算外荷載。填埋場(chǎng)堆體的變形破壞主要是沿土工材料界面的滑動(dòng)破壞。垃圾壩類型一般有土壩、碾壓式土石壩、漿砌石壩及混凝土壩。

1.2 邊坡設(shè)計(jì)

為了能夠增加填埋場(chǎng)容量，我們往往會(huì)對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行切坡和開挖。首先要根據(jù)地勘報(bào)告提供的參數(shù)及結(jié)論結(jié)合項(xiàng)目的目標(biāo)容量、進(jìn)廠道路及錨固排水溝的設(shè)置，綜合判斷切坡坡度及開挖深度，對(duì)設(shè)計(jì)以后的剖面進(jìn)行邊坡穩(wěn)定計(jì)算，若未達(dá)到邊坡穩(wěn)定系數(shù)要求，則需考慮邊坡加固措施，如增加格構(gòu)錨索、設(shè)置擋土墻等。通過邊坡穩(wěn)定計(jì)算的結(jié)果再調(diào)整切坡角度及開挖深度，盡量減少邊坡加固的量，從而達(dá)到設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理化。

2 固化飛灰填埋場(chǎng)的工藝設(shè)計(jì)

固化飛灰填埋場(chǎng)的工藝設(shè)計(jì)包括地下水導(dǎo)排系統(tǒng)、滲瀝液導(dǎo)排系統(tǒng)設(shè)計(jì)、檢測(cè)層導(dǎo)排系統(tǒng)設(shè)計(jì)、防滲系統(tǒng)、氣體導(dǎo)排系統(tǒng)、封場(chǎng)設(shè)計(jì)。

2.1 地下水導(dǎo)排系統(tǒng)

根據(jù)GB 50869-2013《生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)規(guī)范》［2］要求：當(dāng)填埋庫區(qū)基礎(chǔ)層底部與地下水年最高水位距離不足1 m時(shí)，應(yīng)建設(shè)地下水導(dǎo)排系統(tǒng)。根據(jù)CJJ 113-2007《生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)防滲系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》［3］要求：當(dāng)?shù)叵滤惠^高并對(duì)場(chǎng)底基礎(chǔ)層的穩(wěn)定性產(chǎn)生危害時(shí)，或者垃圾填埋場(chǎng)周邊地下水下滲對(duì)四周邊坡基礎(chǔ)層產(chǎn)生危害時(shí)，必須設(shè)置地下水收集導(dǎo)排系統(tǒng)。實(shí)際工程中，設(shè)計(jì)庫底標(biāo)高低于地下水位的工程較為普遍，并且通常伴有上層滯水，主要補(bǔ)給來源為大氣降水，因此，設(shè)置地下水導(dǎo)排系統(tǒng)通常不可避免。

以山谷型填埋場(chǎng)為例，在山谷地區(qū)雨季降雨量較大時(shí)，大氣降水可以通過巖石裂隙或松散層孔隙滲入地下，做垂直運(yùn)移或水平徑流，在條件適宜時(shí)匯集至溝谷或地形低洼處。為避免地下水對(duì)防滲系統(tǒng)造成破壞，需要在庫區(qū)底部鋪設(shè)地下水導(dǎo)排層，材料可選用碎石或者卵石，導(dǎo)排層內(nèi)設(shè)置導(dǎo)排主管及支管，布置在于導(dǎo)排層底部。地下水導(dǎo)排層和導(dǎo)排管可以將地下水有組織的導(dǎo)出填埋庫區(qū)。

庫區(qū)底部的地下水導(dǎo)排系統(tǒng)主要由3部分組成：

（1）庫底導(dǎo)流層，庫區(qū)底部鋪設(shè)400 mm厚的碎石，導(dǎo)流層的上、下兩層分別鋪設(shè)200 g/m2土工布及200 g/m2土工濾網(wǎng)，起到過濾、導(dǎo)流的作用。導(dǎo)流層所用碎石的粒徑為20～50 mm，抗壓強(qiáng)度滿足GB/T 14685-2011《建筑用卵石、碎石》［4］的規(guī)定，壓碎指標(biāo)達(dá)到 Ⅰ 類標(biāo)準(zhǔn)，碳酸鈣含量不大于5%，起到過濾、支撐的作用，鋪設(shè)前應(yīng)洗凈。

（2）庫底導(dǎo)排盲溝，沿庫底中心線修建主盲溝，與庫底坡度一致（庫底坡度不小于2%），坡向垃圾壩方向。在主盲溝兩側(cè)呈60°鋪設(shè)支盲溝，間距約30 m，呈魚刺狀。盲溝斷面一般為梯形，兩側(cè)邊坡坡度可采用1∶1～1∶2。

（3）花管，盲溝底部放置HDPE穿孔管，干管外徑不小于250 mm，支管外徑不小于200 mm，管外包裹土工濾網(wǎng)，管底宜采用粒徑16～40 mm的卵礫石鋪設(shè)75 mm厚，周邊填充碎石。

2.2 滲濾液導(dǎo)排系統(tǒng)

滲濾液導(dǎo)排系統(tǒng)主要由設(shè)于底部防滲層之上的導(dǎo)流層、導(dǎo)排盲溝、花管組成，其工作機(jī)理為：各垃圾層的滲濾液向下滲入至庫底，再經(jīng)坡面流入導(dǎo)流層及盲溝，流至垃圾壩內(nèi)側(cè)區(qū)域。在該區(qū)域設(shè)置穿壩管，將庫區(qū)內(nèi)的滲瀝液排入調(diào)節(jié)池內(nèi)，再提升排入滲瀝液處理站處理。主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)為：

（1）導(dǎo)流層，在防滲層上鋪設(shè)滲濾液卵（礫）石導(dǎo)流層，厚度400 mm，粒徑宜為20～60 mm，要求從上至下粒徑逐漸加大，這樣既能截細(xì)小顆粒，又能確保排水通暢。導(dǎo)排層上部鋪設(shè)200 g/m2土工濾網(wǎng)，起到過濾、導(dǎo)流的作用。

（2）導(dǎo)排盲溝及花管，主盲溝：沿庫底中心線修建主盲溝，與庫底坡度一致，坡向垃圾壩方向。斷面斷面為梯形，邊坡坡度1∶1～1∶2，盲溝局部下沉，底部放置HDPE穿孔干管，管徑不小于315 mm，管外包裹土工濾網(wǎng)，周邊填充碎石（粒徑從管道外壁向外依次減小）。

（3）支盲溝，在主盲溝兩側(cè)呈60°鋪設(shè)支盲溝，間距約30 m，呈魚刺狀，盲溝內(nèi)放置HDPE穿孔支管，管徑不小于200 mm，管外包裹土工濾網(wǎng)，周邊填充碎石。

2.3 檢測(cè)層導(dǎo)排系統(tǒng)

當(dāng)采用雙層襯里結(jié)構(gòu)層，根據(jù)文獻(xiàn)［2］和GB 16889-2008《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》［5］的要求，在兩層防滲膜之前需要鋪設(shè)檢測(cè)層，用于檢驗(yàn)上層防滲膜的滲漏情況。

檢測(cè)層可采用6 mm厚土工復(fù)合排水網(wǎng)，上、下兩層復(fù)合600 g/m2土工布，作為排水網(wǎng)與防滲膜之間的保護(hù)。主盲溝內(nèi)鋪設(shè)HDPE花管，將庫底檢測(cè)層內(nèi)的液體導(dǎo)排至垃圾壩位置，定期檢測(cè)管內(nèi)水質(zhì)，如圖 2所示。

2.4 防滲系統(tǒng)

垃圾填埋場(chǎng)對(duì)環(huán)境造成影響的主要因素之一是垃圾在填埋處置過程中會(huì)產(chǎn)生含有大量污染物的滲濾液，因此，滲濾液的污染控制是填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和封場(chǎng)的關(guān)鍵性。對(duì)于飛灰填埋場(chǎng)，滲濾液的主要來源于降雨和地表徑流。庫區(qū)內(nèi)的垃圾應(yīng)盡可能與場(chǎng)外環(huán)境隔離開，不讓填埋場(chǎng)內(nèi)垃圾滲濾液自由向場(chǎng)外滲透，并要盡量防止場(chǎng)外的水分進(jìn)入填埋庫區(qū)而增大垃圾滲濾液量。故應(yīng)通過良好的工程措施，將聯(lián)系垃圾與場(chǎng)外環(huán)境的滲漏通道截?cái)唷?/p>

根據(jù)文獻(xiàn)［2，5］的規(guī)定：填埋場(chǎng)必須進(jìn)行防滲處理，其中防滲系統(tǒng)襯層主要分為：?jiǎn)螌右r層、復(fù)合襯層、雙層襯層，根據(jù)天然基礎(chǔ)層飽和滲透系數(shù)和厚度選取如下：

（1）當(dāng)天然基礎(chǔ)層飽和滲透系數(shù)小于1.0×10-7 cm/s，且厚度不小于2 m，可采用天然黏土防滲襯層。

（2）當(dāng)天然基礎(chǔ)層飽和滲透系數(shù)小于1.0×10-5cm/s，且厚度不小于2 m，可采用單層人工合成材料襯層（復(fù)合襯層）。

（3）當(dāng)天然基礎(chǔ)層飽和滲透系數(shù)不小于1.0×10-5 cm/s，或厚度小于2 m，采用雙層人工合成材料襯層。防滲層的滲透系數(shù)需達(dá)到k≤10-7 cm/s。在特殊地質(zhì)及環(huán)境要求較高的地區(qū)，應(yīng)采用雙層襯里防滲結(jié)構(gòu)。

2.5 填埋場(chǎng)氣體導(dǎo)排系統(tǒng)

根據(jù)文獻(xiàn)［2］的規(guī)定：填埋場(chǎng)必須設(shè)置有效的填埋氣體導(dǎo)排設(shè)施，嚴(yán)防填埋氣體自然聚集、遷移引起的火災(zāi)和爆炸。填埋場(chǎng)垃圾堆體中應(yīng)設(shè)置導(dǎo)氣井或?qū)饷希蛘呓M合使用。根據(jù)填埋場(chǎng)規(guī)模大小，導(dǎo)氣井分為主動(dòng)導(dǎo)排導(dǎo)氣井及被動(dòng)導(dǎo)排導(dǎo)氣井，構(gòu)造示意如圖3所示。

被動(dòng)系統(tǒng)利用填埋場(chǎng)內(nèi)氣體產(chǎn)生的壓力進(jìn)行遷移，主要用于釋放填埋場(chǎng)內(nèi)的壓力或阻斷填埋場(chǎng)氣體的地表遷移，適合填埋量不大、填埋深度淺、產(chǎn)氣量較低的小型垃圾填埋場(chǎng)。主動(dòng)集氣系統(tǒng)需要配備動(dòng)力抽氣系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，投資較大，適用于大中型垃圾填埋場(chǎng)。其中包括填埋氣體內(nèi)部收集系統(tǒng)和控制填埋氣體橫向遷移的邊緣收集系統(tǒng)。

2.6 工程實(shí)例

（1）庫底水平導(dǎo)水、防滲結(jié)構(gòu)（由上至下）工程做法如下：

①200g/m2土工濾網(wǎng)。

②400mm厚滲瀝液卵（礫）石導(dǎo)流層。滲濾液導(dǎo)排系統(tǒng)

③600g/m2長(zhǎng)絲土工布（PET）材質(zhì)。

④600g/m2長(zhǎng)絲土工布（PP）材質(zhì)。

⑤2.0mm HDPE光面膜（主防滲層）。

⑥6mm土工復(fù)合排水網(wǎng)（上、下600g/m2土工布）。

⑦1.5mm HDPE光面膜（次防滲層）

⑧4800g/m2鈉基膨潤(rùn)土毯GCL。

⑨900mm厚壓實(shí)黏土

防滲系統(tǒng)

⑩200g/m2長(zhǎng)絲土工布。

B11350mm厚地下水碎石導(dǎo)流層。

B12200g/m2土工濾網(wǎng)。

B13處理后庫底地基。地下水導(dǎo)排系統(tǒng)

（2）邊坡防滲結(jié)構(gòu)（由上至下）工程做法如下：

①土袋

②600g/m2長(zhǎng)絲土工布（PP材質(zhì)）。

③2.0mm HDPE雙糙面膜（主防滲層）。

④6mm土工復(fù)合排水網(wǎng)（上、下600g/m2土工布）。

⑤1.5mm HDPE雙糙面膜（次防滲層）。

⑥4800g/m2鈉基膨潤(rùn)土毯GCL。

⑦處理后邊坡基礎(chǔ)

防滲系統(tǒng)

3 結(jié)束語

填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是土建和工藝設(shè)計(jì)，土建主要為垃圾壩、地下水調(diào)節(jié)池、滲瀝液調(diào)節(jié)池、邊坡設(shè)計(jì)；工藝主要為地下水導(dǎo)排系統(tǒng)、滲瀝液導(dǎo)排系統(tǒng)設(shè)計(jì)、檢測(cè)層導(dǎo)排系統(tǒng)設(shè)計(jì)、氣體導(dǎo)排系統(tǒng)、封場(chǎng)設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)計(jì)過程是動(dòng)態(tài)的，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)工藝提資土建，土建根據(jù)邊坡穩(wěn)定性要求返資工藝進(jìn)行優(yōu)化；施工過程中根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況對(duì)場(chǎng)地邊坡加固、切坡坡度、以及錨固排水溝及道路進(jìn)行局部調(diào)整。整個(gè)項(xiàng)目在設(shè)計(jì)和施工中都是在不斷調(diào)整優(yōu)化的，已達(dá)到設(shè)計(jì)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)

［1］" 生活垃圾焚燒飛灰污染控制技術(shù)規(guī)范（試行）： HJ 1134—2020［S］.

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［3］ 生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)防滲系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范： CJJ113-2007［S］. 北京： 中國(guó)計(jì)劃出版社，2017.

［4］ 建筑用卵石、碎石： GB/T14685-2011［S］.北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

［5］ 生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)： GB 16889-2008［S］. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2008.