六安市城市生活垃圾卫生填埋场防渗方案的确定
1 项目概述
六安市为皖西政治、经济、文化、交通中心，现日产垃圾约258吨(生活和工业垃圾总和)，全市现有一处垃圾简易堆放场，位于城区边缘的望城岗乡锅底山脚下，占地面积60亩，于2000年开始启用，预计仅可再使用2～3年。由于历史条件限制，此垃圾简易堆放场没设渗沥液收集和处理系统，对城市地下水、地表水和周围空气和生态环境已产生一定污染。六安市政府为完善城市基础设施、改善投资环境，特于2003年申请到国债，兴建六安市城市生活垃圾卫生填埋场。项目总投资7501.41万元，总库容380万m3，服务年限17年。目前该项目已进入土建施工阶段。下面详细介绍库区防渗方案的确定。
2 垃圾填埋场防渗方式简介
目前我国城市生活垃圾的处理处置方式主要有三种：填埋、堆肥、焚烧，其中以填埋较为普遍，采用堆肥和焚烧也要配套建设相应的垃圾填埋场。垃圾填埋后水分和有机分解液体形成的污染液经填埋场侧面和底部渗出去，为有效防止垃圾渗沥液对地下水的污染和周围环境的影响，垃圾填埋场必须采取有效防渗措施，使渗沥液不向邻近地区渗透扩散，垃圾填埋场应成为一个封闭的独立单元。
填埋场的人工防渗措施一般有垂直防渗、水平防渗，具体采用何种防渗措施，则主要取决于填埋场的工程地质和水文地质条件。
2.1 垂直防渗是在场区为一相对独立的水文地质单元的前提下而采用的一种比较经济、且施工简便的防止渗沥液污染地下水的方案，最适合经济欠发达地区使用。它通常是在场区的地下水迳流通道出口处设置垂直的防渗工程(如防渗墙、防渗板和注浆帷幕等)来阻拦渗沥液向下游的渗漏，从而达到防止污染下游地下水的目的。
2.2水平防渗是通过在填埋场场底及其四周建设人工防渗层，以阻止垃圾渗沥液的下渗，从而达到保护区域地下水的目的的一种防渗措施。通常，水平防渗的效果相对较好，但其工程量大且施工复杂，投资也很高。
①天然粘土防渗层
如果在填埋场附近有足够数量的低渗透性粘土，可以采用人工回填夯实粘土形成防渗层。
②钠基膨润土软衬防渗层
这是一种以钠基膨润土为原料，经进一步深加工而制成的防水板衬。将其铺设于库底，可形成一种防渗性能好的连续的柔性防渗层，起到阻止渗沥液外渗的作用。膨润土在自然界经历数千万年，稳定性极强，一经铺设，长期有效。膨润土遇水后立即膨胀，最后形成一层不透水的胶状物。它还可以自动封闭填补缝隙，防渗效果较为理想。目前国内生产的规格为4000～6000g/m2，渗透系数能达到10-9cm/s。
⑧高密度聚乙烯(HDPE)土工膜防渗层
这是一种高性能防渗材料，能随一定的拉力伸长变形，适应地基不均匀沉降，具有较好的抗微生物侵蚀和抗化学腐蚀性能。对外界环境包括温度、湿度及紫外线的影响适应性强，使用寿命可达50年左右。目前，在国外许多垃圾填埋场中都采用这种土工膜作防渗层，在我国也有生产厂家，其产品规格主要有两种：一膜型和一毡一膜型。厚度1.5～2.0mm，渗透系数均小于10-13cm/s。
3 防渗标准
防渗工程的目的，就是采用天然的或人工的防渗层，切断库区内渗沥液向库外泄漏的通道，彻底杜绝渗沥液的外渗，同时防止地下水向填埋库区的渗入，确保垃圾填埋场安全可靠地运作，减少渗沥液产生量，避免造成二次污染。
防渗层的防渗标准：根据现行国家标准(生活垃圾填埋污染控制标准)(GB16889-1997)和《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》(CJJ17-2004)中的规定，防渗层的渗透系数K≤10cm/s。
采用何种方式防渗主要取决于场址库区的工程地质条件。下面以六安市生活垃圾填埋场库区的工程地质条件为例，确定六安市垃圾填场的防渗方式。
4 场址的工程地质条件
六安市城市生活垃圾卫生填埋场位于六安市金安区城南镇境内，宁西铁路以南，六毛公路东1km处，距市区约10km处，占地396亩。该区内基本地貌为江淮岗地，地形一般切割小于50m，海拔高程多在40～80m，最低处标高为28m，婆山岭为区内最高点，标高为102.74m。按岩性和岩石的风化程度不同，可分六个工程地质层：
①耕植土及残积土
耕植土：多分布在山坡坡脚、沟谷中或沟谷两侧缓坡处，厚度为0.30～2.93m。耕植土呈黄褐色，主要岩性为粘性土，含有少量植物根系，结构疏松。
残积土：多分布在山坡坡顶或斜坡处，杂色，主要由基岩全风化的砂、土及碎石块等组成，多呈土状，具有土的特性，结构较松散。
②粘土
灰褐色为主，夹有棕黄色，厚度0.50～8.90m.岩性以粘土为主，粉质粘土次之，结构致密，含有铁锰质结核，核径1～3mm，呈可塑～硬塑状态，部分为坚硬状态。垂直渗透系数为1.09×10～5.47×10cm/s。
⑧砂砾岩
主要由新第三系正阳关组合含砾砂岩、砂砾岩组成，灰白、灰绿、黄褐色等杂色，厚度1.30～6.70m。主要由砾石及胶结物组成，胶结物主要为泥砂质。砾石成份主要为石英、长石，次为片麻岩及少量火山岩。磨圆度较好，一般为次棱角状，砾径多为2～5cm，大者可达10cm以上。呈半固结状态，结构较疏松。垂直渗透系数为3.46×10-6～5.96×10-9cm/s。
④强风化砂岩
本工程地质层位于松散岩层和第三系砂砾岩层之下，厚度0.83～2.36m，主要为侏罗系周公山组的紫红色砂岩或泥质砂岩。主要成份为长石、次为石英，铁泥质胶结。岩石受风化作用，结构、构造已不清晰，岩芯呈土状或碎块状，局部手搓即碎，该层呈中密～密实状态。岩石风化呈土状或土块状，手搓即碎。工程地质条件稍差。
⑤中风化砂岩
紫红色，厚度8.47～17.12m，位于强风化层之下，岩性与强风化层相同，岩石主要成份为长石、石英，少量云母片，结构、构造较清楚，风化裂隙较发育，裂面上有铁锰质薄膜附着。岩芯呈块状、短柱状，较坚硬，锤击可碎。实测岩样饱和状态下单轴抗压强度3.2～10.9MPa，干燥状态下单轴抗压强度14.4～31.3MPa，岩石软化系数0.22-0.44。该层工程地质条件较好。垂直渗透系数为 5.47×10-6～4.85×10-8m/s。
⑥微风化砂岩
紫红色，岩性同上，本层未揭穿，揭穿厚度0.86～9.06m，控制最大深度为26.48m。岩石结构、构造清楚，风化裂隙不发育，岩芯呈短柱状或长柱状，坚硬，锤击不易破碎。实测岩样饱和状态下单轴抗压强度6.4～14.5MPa，干燥状态下单轴抗压强度18.8～33.8MPa，岩石软化系数0.35～0.48。该层工程地质条件较好。
5 防渗方案的比较
5.1根据填埋场的工程、水文地质初勘察报告表明，场区内分布具有一定的隔水能力的地层粘土层，厚度分布不均匀，且渗透系数不能达到防渗标准K≤10cm/s。因此本场不适于考虑自然防渗。
5.2钠基膨润土卷材因为具有稳定性强，能自动膨胀弥合填补缝隙的特点，所以防渗效果较为理想。但从实际使用情况来看，其对施工的要求较严格，卷材之间的接缝处理不当，很容易产生渗漏。特别是在不规则的地形上铺设，施工难度更大。此外，卷材在运输储存过程中要求严格，不能与水接触，且材料及施工综合造价较高，单位造价约40～50元/平方米，故本工程不推荐采用这种防渗方式。
5.3根据对工程地质和水文地质初勘报告分析，场区覆盖粘土层不均匀，渗透系数不能满足防渗标准，若采用人工夯实粘土作防渗层，需要对场区地层进行详细勘察，察明粘土层的厚度、均匀性及渗透系数，然后对粘土进行测试，以选出能夯实达到防渗标准的优质粘土(土块最大尺寸不超过2mm，不得含有石块、尖锐物等杂质，液限指数25％～30％，塑限指数10％～15％)，然后对粘土进行分层夯实，密实度不小于95％，夯实粘土层厚度不小于2.0m，施工难度大，且质量难以控制，综合造价将达到约80～90元/平方米，高于其它水平防渗工艺。因此经综合考虑，不采用人工粘土防渗层。
5.4垂直防渗由于将造成清污合流，增加渗沥液处理站的负荷，其渗沥液量是水平防渗的2-3倍，而且其防渗可靠性值得怀疑，宜慎重采用。鉴于本工程填埋场规模较大，库区下游较为分散，且不是一个完整独立的水文单元，不宜采用这种风险较高的防渗方式。
5.5高密度聚乙烯(HDPE)膜防渗工艺，具有以下显著特点：
a.防渗效果可靠。其渗透系数小于10-13cm/s，较膨润土卷材防渗性能高四个数量级，较人工夯实粘土层防渗性能高出六个数量级。
b.施工铺设较容易，本场内有一层较完整的支持粘土垫层，平整压实后即可铺设，比较适合本场址的地形。
c.其拉伸强度、断裂伸长率、抗戳穿力等材料性能均优于膨润土卷材。
d.接缝采用热焊机双缝连接，接缝强度高，检测设备齐全，不易产生渗漏。
e.保存需防火，运输无特殊要求。
f.造价适中，单位工程造价约30～35元/平方米(仅包括HDPE膜材料及安装费用)。
综上所述，由于HDPE膜性能较好，价位适中，在工程实践中有着较为成熟的经验，本工程拟推荐高密度聚乙烯(HDPE)膜防渗。
6 防渗设计
6.1防渗层基本构造
防渗层库底部分(自下而上)基本构造如下：
平整基底、地下水导流层(厚度30cm)、膜下保护层(采用粘土厚度100cm，渗透系数不应大于10(cm/s)、土工膜 (1.5mmHDPE膜)、膜上土工布保护层(采用一层400g/m2土工布)、渗沥液导流层(厚300mm)、土工布层、垃圾层。为防止在填埋场运行初期由于垃圾压实机械的车轮或履带以及车辆的制动力对HDPE膜造成破坏，在填埋场底部的1m垃圾不予压实。铺设HDPE膜前，填埋库区场底应去除有可能损伤HDPE膜的杂物如：树根、碎玻璃、石子等。膜下粘土为回填土，要求回填密实度≥95％，回填土中碎石粒径<1.5cm，含量<1％，HDPE膜的焊缝搭接宽度≥100mm。
边坡部分-平整基底、地下水导流层(厚度30cm)、膜下保护层(采用粘土厚度75cm，渗透系数不应大于10cm/s)、土工膜(1.5mm厚HDPE膜)、膜上土工布保护层(采用一层400g/m2土工布)、渗沥液导流与缓冲层、垃圾层。
6.2防渗层及保护层材料用量
填埋库区分为两个区，A区和B区。A区位于整个库区的西北部，占地面积187亩，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区，分别占地93、36.1、57.9亩。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区各有一到两个山谷。B区位于库区的南部，占地面积150亩。B区相对较为平缓。防渗层铺设范围和材料用量如表1：
表1 防渗层铺设材料用量
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六安市城市生活垃圾卫生填埋场防渗系统的防渗方案是设计人员在大量调查研究的基础上确定的，包括对国家标准、技术规范的执行，垃圾场址的工程地质状况的勘察以及填埋场的人工防渗措施和防渗材料的分析和比较，因此，六安市城市生活垃圾卫生填埋场的防渗系统将是安全可靠且符合环境保护要求的。
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