垃圾填埋场沉降监测技术研究现状及其发展
1 填埋场沉降的危害性及研究意义
1．1 对填埋场设计和建设的影响
固体废弃物的沉降会直接影响到填埋场的有效容量。固体废弃物属于密度不均、孔隙度大的松散材料。在填埋过程中，随着成分、每天覆盖量、含水率以及压实程度的不同，会产生不同程度的沉降变形。如果没有充分考虑固体废弃物的沉降变形，将会错误的估计填埋场的有效填埋容量及服务年限。再者，也可能会错误的给出防渗层、边坡渗层等所要求的技术参数。这些都将会给业主和设计部门以不实的信息，造成国家或个人不必要的损失。
1．2 对填埋场安全运营的影响
固体废弃物的沉降变形也直接威胁到填埋场的安全运营，主要包括对顶部盖层、底部防渗层和边坡稳定等的影响。对顶部盖层的影响主要是导致顶部防渗盖层发生弯曲，致使顶部盖层上形成洼坑积水，增加了防渗盖层的拉伸和剪切作用，两者超过一定限度的时候，就会破坏防渗盖层。其将成为地表水进入填埋场的通道，致使填埋场内的淋滤液总量增加，水位抬升，加大其水头和对周围防渗结构的渗透压力。如果入渗量大时，可能会造成淋滤液向地表溢出，污染周围的环境。
固体废弃物不均匀沉降也可能破坏底部的防渗层。由于其上面的负载量大，堆体密度不均，形成不均匀沉降，造成防渗层不同程度的拉伸，其剪切作用将会破坏底部防渗层，对地下水造成污染。固体废弃物的沉降还可能对边坡防渗隔离层发生破坏，甚至可能引起填埋堤的失稳，美国Columbia county landfill在1996年就曾发生过边坡的稳定破坏；填埋场内的水平或竖直隔离层、排水设施和排气管道等也都可能由于沉降或不均匀沉降发生戳断或损坏。
随着城市的发展，土地利用越来越紧张，填埋后的场地也可能会被用于建设用地，其沉降变形、稳定性研究尤为重要。准确方便的沉降监测技术是研究填埋场沉降变形的重要前提，对于填埋场设计、建设和运营，甚至后期利用都至关重要。
2 固体废弃物沉降监测技术的研究现状
固体废弃物的沉降监测主要包括监测沉降变形的发展规律和获取物理力学参数。其中，监测沉降变形的发展规律可用于沉降模型的建立和验证之前的计算结果。监测固体废弃物沉降变形的发展规律的技术分为室内监测技术和室外监测技术。
2．1 固体废弃物沉降监测的室内观测技术
室内观测技术具有可以控制试验条件和操作方便等优点，是研究土体沉降变形必不可少的手段之对于固体废弃物沉降研究，采用物理、化学和生物等多学科相结合，可以更深人的研究填埋场的沉降问题。当前，国内外填埋场的沉降研究都是建立在土力学基础之上，再结合固体废弃物固有的特性进行改进研究。
(1)测渗计(Lysimeter)研究。swati等利用5个测渗计评价不同新旧城市生活垃圾配比与其沉降之间的关系。观测溶度计中垃圾堆体表面边缘的沉降量。Kang 通过测渗计单独考虑渗滤液回灌方式，研究生物降解与沉降之间的关系。赵由才等根据渗滤液的特性、垃圾成分和表面沉降量，比较不同容积测渗计中生物降解程度，得出实验室内小型的测渗计中生物降解沉降量更大。stessel等以测渗计表面沉降为检测标准，在不同的注水、渗滤液回灌和通空气的条件下，研究获得最佳的生物降解环境。测渗计的容积可以随意的调节，可以做室内，也可以做成大型室外试验设备，能够有效的模拟填埋场的环境条件。室内的测渗计由于容积较小，测渗计壁与垃圾堆体之间的黏着力，对沉降的监测会造成较大的误差。
(2)自制沉降试验研究。刘荣等通过自制的沉降试验装置，基于传统力学压力试验方法研究了MSW的压缩特性。施建勇等考虑到生物降解特性，增加了渗滤液及反应气功能，研究MSW 变形。谢强采用土体蠕变试验中的分别加载方式，通过在不同应力大小的条件下，测定蠕变压缩试验仪中垃圾的温度、渗滤液浸出量和纵向变形等，研究MSW的蠕变变形特性。孔宪京等利用压缩一降解仪研究垃圾土中有机物降解引起的体积缩减量与时间的关系，就是模拟填埋场中不同降解条件及不同荷载条件下MSW的变形及生物降解过程，获得MSW变形规律及生物降解规律。
当前对垃圾废弃物室内沉降试验都是在土力学的基础上进一步改进获得的。有些只是测量在一定的应力条件下的沉降量或是体积压缩量，而不考虑其中的生物降解u卅。再者，有些只能单纯的模拟填埋场的温度、渗滤液回灌等影响因素，其与真正的填埋场的自然状态差距太远；试验装置的设计和试验条件的选择，都没有统一的规范。这样就导致试验结果没有可比性。因此，试验装置的设计及试验条件的规范都有待进一步的完善和提高。
2．2 固体废弃物沉降监测的室外观测技术
填埋场现场观测是一项工程量大和时间长的工作。例如，生活垃圾填埋场堆体的沉降要持续二、三十年，甚至更长的时间才能够稳定下来。填埋场沉降观测最基本的任务之一就是收集和分析现场观测的数据，为以后建立沉降数学模型奠定基础，这也是填埋场建设和安全运营的重要手段之一。国外对于填埋场的研究开展的较早，现在常用的方法主要有沉降板、沉降计和振弦式沉降剖面仪等。
(1)沉降板。Al—Yaqout等采用沉降板监测 Al—Qurain填埋场的沉降。其沉降板的底板是0.3m×0.3m，20mm厚的平面，测杆是直径为25.4mm的电镀金属杆。但其埋设深度不深，只在l 5—20cm左右进行沉降监测。MerZ等也采用该方法对spadra填埋场进行了1．5a的观测。沉降板是目前在土体沉降和路基沉降观测最常用的手段。其优点是造价低廉，操作简便，易于测试。但是弱点也很明显，主要是影响填土压实施工，压实机械经过时必须绕道而行，极为不方便，机械经常撞坏沉降杆，且形成压实死角，降低压实质量，且损坏后的补救非常困难。再者，沉降板只能观测一个点的沉降，如果在一个面上埋设多个沉降板对施工的影响就更加严重了，而且其损坏后补救非常困难。
(2)沉降计。Gourc和VuⅢemin等通过在填埋场中埋设沉降计对法国Montreuil sur Barse和Torcy两个填埋场沉降进行了监测，取得良好的观测效果。Yaq等在利用沉降板的同时也采用了磁性沉降计对Al—Qurain填埋场进行沉降监测。沉降计使用范围很广，包括测量路堤、大坝和其他土体工程的局部沉降，以及建筑物地基、桥墩和其他结构的沉降或隆起。它是一种原理简单、使用方便、分辨率高的有效工具。但是各种原理的沉降计埋设的要求较高。以水管式沉降计为例，3根管的埋设要求就很高，如果埋设不平顺，容易形成气泡阻塞水管，使测试无法进行。
(3)振弦式沉降剖面仪。stu1gis等利用振弦式沉降剖面仪监测填埋场的沉降，取得了一定的效果。振弦式沉降剖面仪适用于监测堆体、堤坝、道路等工程中浅层地基土的竖直沉降变形，其沉降曲线可直观地反应加载后的变形情况。具有灵敏度高、稳定性好、操作简单等优点，但设备安装较复杂。
除了上述几种方法外，国外也曾经采用回升探测器(最初用于监测软黏土的沉降)和倾斜器来监测不同深度处的沉降。
相对于国外，国内对填埋场现场沉降监测技术的研究起步较晚，主要是利用水准仪进行地表沉降观测，刘疆鹰等利用水准仪对上海老港填埋场进行了历时800d 的地表沉降测量。这种方法较为原始，且只能测得地表的沉降，无法监测堆体内部沉降变形。室外监测结果与室内试验相比可得到真实沉降规律，不受尺寸大小影响，是研究填埋场沉降必不可少的手段。但是室外监测耗时较长、费用高、数据离散性大，难以推广到其他填埋场，且室外固体废弃物的沉降监测方法都是建立在土体监测方法的基础上的，可以说是借用土体监测的方法，但是不能像高空卫星雷达技术，可以随意点的、方便的监测地面的沉降。由于雷达可以做到方便快捷的监测沉降，因此采用更为便宜的雷达等物探仪器成为填埋场现场监测技术的发展方向。
3 分析与讨论
(1)室内沉降监测技术。室内沉降监测技术有优点，但也有其缺点。就室内试验而言，固体废弃物的成分复杂，在现场取样是否具有代表性，对整个的试验监测是至关重要的。而且，室内沉降监测设备较小，其监测技术无法应用于填埋场的现场沉降研究。另外，各种试验设备之间，在容积大小、影响因素的可控性等方面的差别较大，尤其监测设备对沉降监测的影响程度也是不同的。对于一个研究方向来说，相互之间缺少可比性。
(2)室外沉降监测技术。室外沉降监测技术能够真实的反应天然填埋场的沉降变形规律。由于各个填埋场的沉降监测数据的离散性大，不能全面指导其他填埋场的建设和运营。但是其对填埋场沉降的理论研究意义重大，可预测、预防填埋场沉降变形的发展趋势。再者，填埋场沉降的实时监测能很好的预防填埋场的破坏。
目前应用到固体废弃物填埋场的沉降监测技术只适应特定位置的沉降变形，在测量的时候必须在特定点埋设仪器，不能观测随意点的沉降变形。且这些技术方法的安装和操作比较繁重，增加了施工和仪器的费用。当前沉降观测技术正朝着监测方便、随意点监测的方向发展，其也将成为当前研究的重点。
(3)沉降监测技术发展趋势分析。从实际使用情况分析，许多观测设备可以改进安装方法来提高其精度。随着沉降观测研究的深入，新的观测方法不断的出现。研发新的方法的目的是为了提高精度，使观测方便，成本降低。 Pierce等开发了一种时控反射技术，该技术的原理与雷达的工作原理类似。但是，目前该方法还仅限于室内研究，还未应用于实际填埋场的沉降监测。地球物理勘探方法是以岩矿石等介质的物理性质差异为物质基础，利用物理学原理，通过观测和研究地球物理场的空间与时间分布规律以实现基础地质研究、环境工程勘探和地质找矿等目的的一门应用科学。地球物理方法在工程测深方面的研究广泛，以探地雷达为例，探地雷达方法是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁技术，从介质表面发射高频电磁波，利用反射回波信号来解译出目标体的几何形态和地质现象。其对地下管线、空洞、地下水、分界面等的深度探测应用已较为普遍，能够较好分辨目标体的形状和深度。地球物理勘探方法对填埋场监测的突出特点，就是能够随时随地进行监测，不用安装监测设备，不影响填埋场的建设和运营。如何使其勘探取得较好的效果，是现在工程技术人所关注的问题。因此，方便、快捷的地球物理方法在固体废弃物填埋场沉降方面的应用已经成为新的发展趋势。
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