垃圾填埋場(chǎng)防滲工程中，如何控制HDPE防滲膜鋪設(shè)的預(yù)留量？
1 引言
隨著我國(guó)城鎮(zhèn)的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)居民對(duì)生活環(huán)境質(zhì)量也提出了更高的要求，城鎮(zhèn)生活垃圾處理問題作為當(dāng)前城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的熱點(diǎn)問題，越來越受到人們的關(guān)注，針對(duì)城鎮(zhèn)垃圾處理的研究也越來越多。浙江的環(huán)衛(wèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)一直居全國(guó)前列，但2008年以前尤其是2000年前，由于技術(shù)和資金的缺乏，以及制定垃圾填 埋場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)行管理方面標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的延遲，造成了很多填埋場(chǎng)選址不當(dāng)、作業(yè)不規(guī)范、無有效或根本沒有防滲系統(tǒng)、填埋氣體和滲濾液導(dǎo)排處理系統(tǒng)，運(yùn)行管理混亂，對(duì)周邊環(huán)境帶來嚴(yán)重污染，給周邊居民的身體健康造成直接威脅，還可能存在較大的安全隱患。因此，對(duì)存在問題的垃圾填埋場(chǎng)要及時(shí)進(jìn)行治理，使垃圾處置能真正達(dá)到無害化的目標(biāo)。
2 灘涂型垃圾填埋場(chǎng)的特點(diǎn)
受自然地理?xiàng)l件限制，浙江省內(nèi)沿海地區(qū)（臺(tái)州、溫州等地的垃圾填埋場(chǎng)部分坐落在灘涂上，下部多為性質(zhì)較差的淤泥質(zhì)軟土，具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高、滲透性小等特點(diǎn)。淤泥質(zhì)軟土的承載力基本在40kPa~60kPa，若不對(duì)填埋場(chǎng)地基進(jìn)行有效的加固處理，垃圾回填超過3m-4m即有可能引起下部軟土的 剪切破壞，并產(chǎn)生較大的沉降，導(dǎo)致庫區(qū)底部埋設(shè)的滲濾液導(dǎo)排管和地下水導(dǎo)排管沉降、錯(cuò)位、斷裂、堵塞，失去導(dǎo)排和收集功能，同時(shí)致使底部鋪設(shè)的防滲層產(chǎn)生過大的拉伸從而破壞開裂，最終帶來填埋場(chǎng)底部的防滲系統(tǒng)和導(dǎo)排收集系統(tǒng)全部失效，污染地下水，嚴(yán)重影響周邊環(huán)境，庫區(qū)水位升高，垃圾壩下部基礎(chǔ)土體沉降破壞，垃圾壩滑移倒塌的風(fēng)險(xiǎn)大大增加，整個(gè)填埋庫區(qū)面臨徹底破壞的危險(xiǎn)。
3 HDPE膜的特性
HDPE膜也被稱為高密度聚乙烯膜，是由HDPE構(gòu)成的塑料卷材，是垃圾填埋場(chǎng)工程常用的三種主要土工合成材料（另有土工布和土工織物）之其防滲性能是衡量填埋場(chǎng)是否達(dá)到環(huán)保要求的主要指標(biāo)，具有抗拉伸能力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性高、抗老化性強(qiáng)等特點(diǎn)。
HDPE膜屬?gòu)椝苄圆牧?，光?span>HDPE膜（膜厚在0.75m3mm之間）的屈服強(qiáng)度在llN/fnm~44N/fnm之間，斷裂強(qiáng)度在20N/fnm ~88N/fnm之間，屈服伸長(zhǎng)率為12% ,斷裂伸長(zhǎng)率為700%；糙面HDPE膜（膜厚在1mm~3mm之間）的屈服強(qiáng)度在15N/fnm~44N/fnm之間，斷裂強(qiáng)度在10N/fnm~32N/fnm之間，屈服伸長(zhǎng)率為12%，斷裂伸長(zhǎng)率為100%。
考慮到使用的耐久性和防滲結(jié)構(gòu)的安全性，在填埋場(chǎng)工程實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)采用HDPE膜的屈服強(qiáng)度和屈服伸長(zhǎng)率作為控制指標(biāo)，若超出該限值，則會(huì)產(chǎn)生部分不可恢復(fù)的塑性變形，從而縮短膜的使用壽命，影響垃圾填埋場(chǎng)的正常運(yùn)行。在受條件限制的情況下，在設(shè)計(jì)和施工階段要充分考慮HDPE膜可能會(huì)產(chǎn)生的拉伸變形以及變形量的大小，并采取相應(yīng)的工程措施，避免由于膜的過大變形給填埋場(chǎng)運(yùn)行帶來的危害。
4 浙江臺(tái)州地區(qū)某填埋場(chǎng)治理工程實(shí)例
4.1 工程概況
項(xiàng)目位于浙江臺(tái)州某地海涂，東面為攔海壩，西邊緊鄰市政道路，南面和北面是海涂，屬于灘涂型填埋場(chǎng)，庫區(qū)東西長(zhǎng)約450m，南北寬約460m，總占地約20x10-4m2。主體工程于2007年9月竣工，垃圾壩分兩期建設(shè)，現(xiàn)狀庫區(qū)是環(huán)庫做垃圾壩隔擋之后形成的庫區(qū)，一期壩頂設(shè)計(jì)標(biāo)高6.6m，二期垃圾壩加高尚未實(shí)施。由于下部軟土層沉降，近期實(shí)測(cè)壩頂標(biāo)高5.5m~5.7m。目前填埋作業(yè)在現(xiàn)狀垃圾壩內(nèi)進(jìn)行，庫區(qū)底部標(biāo)高為2.5m ~3.5m，已填埋垃圾標(biāo)高為6.0m~13.0m之間，即垃圾堆體高度在3m~10m之間。庫區(qū)采用單層HDPE膜人工防滲，庫底原已鋪設(shè)滲濾液收集導(dǎo)排系統(tǒng)。由于一期庫區(qū)建設(shè)時(shí)受建設(shè)資金限制，庫區(qū)內(nèi)庫底部分未做地基處理，隨著垃圾堆體加高，地基荷載加大，導(dǎo)致庫底部分產(chǎn)生不均勻沉降，致使一期庫底滲濾液導(dǎo)排管斷裂、堵塞，防滲膜拉裂變形破壞，再加上填埋作業(yè)施工時(shí)中間覆蓋和臨時(shí)覆蓋做得不到位，使得滲濾液和徑流雨水不能及時(shí)有效的排出庫區(qū)，在庫區(qū)形成了多處淤積，給填埋場(chǎng)的運(yùn)行帶來極大的隱患和危害。
4.2 治理技術(shù)要點(diǎn)
4.2.1 滲濾液收集:將淤積在靠近垃圾壩處的滲濾液用泵提升至調(diào)節(jié)池內(nèi)，在靠近垃圾壩處一定范圍內(nèi)清理出庫底，沿垃圾壩內(nèi)側(cè)新鋪設(shè)導(dǎo)排盲溝，將滲濾液引出庫區(qū)，并通過新增的提升泵井導(dǎo)入調(diào)節(jié)池。
4.2.2 臨時(shí)覆蓋及雨污分流：采用1.0mm厚HDPE防滲膜對(duì)庫區(qū)在填埋作業(yè)時(shí)進(jìn)行臨時(shí)封場(chǎng)覆蓋，并在臨時(shí)覆蓋膜鋪設(shè)過程中形成臨時(shí)排水溝，將堆體表面雨水徑流有序排出場(chǎng)外，從而減少惡臭氣體的散發(fā)和垃圾滲濾液的產(chǎn)生量。
4.2.3 規(guī)范化作業(yè)：將垃圾填埋作業(yè)為三個(gè)大區(qū)域，依次進(jìn)行填埋作業(yè)，每個(gè)大作業(yè)區(qū)內(nèi)分為若干不大于2000m2的填埋作業(yè)面，使用的填埋作業(yè)面進(jìn)行作業(yè)時(shí)其他未作業(yè)區(qū)域保持用1.0mm厚HDPE防滲膜臨時(shí)覆蓋。
4.3 HDPE防滲膜鋪設(shè)預(yù)留量的控制要點(diǎn)
4.3.1 HDPE膜在本工程中的作用
通過前面的技術(shù)分析，在治理該填埋場(chǎng)的技術(shù)要點(diǎn)中，HDPE膜至關(guān)重要，為達(dá)到臨時(shí)覆蓋、雨污分流、規(guī)范化填埋作用的目的，都需要用到HDPE膜，HDPE膜能否正常使用直接關(guān)系到該工程治理效果的成敗。
4.3.2HDPE膜需考慮預(yù)留量的原因分析
(1)下部軟弱地基的沉降固結(jié)未完成
地質(zhì)報(bào)告顯示庫區(qū)場(chǎng)地下部分布有淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粘土層，層厚約25m ~30m，含水量55% ,孔隙比1.67，壓縮模量1.6M Pa,地基承載力特征值45kPa ~ 50kPa，屬性質(zhì)較差的軟土。 由于庫區(qū)建設(shè)時(shí)未對(duì)地基進(jìn)行加^處理，再加上軟土滲透性低， 固結(jié)速度慢，工程竣工至今僅有7-8年時(shí)間，遠(yuǎn)未達(dá)到完全固結(jié)，在上部附加荷載作用下還會(huì)繼續(xù)緩慢沉降，并且?guī)靺^(qū)不同部位的垃圾堆體高度不同，靠近垃圾壩處的垃圾堆體高度低，靠近庫區(qū)中心處的垃圾堆體高度高，再加上分區(qū)作業(yè)，致使作用在庫區(qū)底部地基上的附加荷載不相同，從而產(chǎn)生不均勻沉降，會(huì)使防滲膜產(chǎn)生一定的拉伸變形。
(2)已填埋垃圾堆體的壓實(shí)度未達(dá)到要求現(xiàn)狀
已回填垃圾高度在3m ~ 10m之間，由于以前分層攤鋪、碾壓作業(yè)不到位，已回填的垃圾比較松軟，在現(xiàn)狀垃圾表面繼續(xù)向上進(jìn)行填埋作業(yè)時(shí)，由于機(jī)械和后回填垃圾的作用，會(huì)對(duì)下部已回 填的較為松軟的垃圾產(chǎn)生一定的壓縮作用，引起垃圾堆體自身的沉降，從而對(duì)鋪設(shè)在堆體表面的防滲膜產(chǎn)生一定的拉伸變形。
(3)垃圾堆體的承載力未達(dá)到要求
隨著時(shí)間的推移，庫區(qū)下部的軟土地基隨著固結(jié)的逐步進(jìn)行，孔隙率和含水量會(huì)逐漸降低，承載力會(huì)逐漸增加，只要填埋工序得當(dāng)，在不超過最大控制堆體高度的前提下，下部地基的承載力應(yīng)該能夠滿足堆體繼續(xù)填埋的要求。但已回填垃圾由于比較松軟，在繼續(xù)上部作業(yè)時(shí)承載面極易產(chǎn)生坍塌，從而導(dǎo)致防滲膜產(chǎn) 生一定的拉伸變形。
4.3.3 HDPE膜預(yù)留量的確定
上述三個(gè)原因的共同作用會(huì)加大HDPE防滲膜的拉伸變形量，加快HDPE防滲膜拉裂現(xiàn)象的出現(xiàn)。因此，需對(duì)鋪設(shè)的防滲膜留出一定的伸縮量，防止后期堆體和下部地基變形而造成的防滲膜拉裂。
考慮到過大的伸縮量會(huì)引起臨時(shí)覆蓋層不平整，一方面容易起鼓，影響填埋的正常作業(yè)，且不利于雨水的有序疏導(dǎo)，另一方面也會(huì)使氣體聚集，帶來安全隱患，因此，在確定HDPE膜的預(yù)留量時(shí)，要充分考慮填埋場(chǎng)運(yùn)營(yíng)期下部軟土的變形趨勢(shì)、垃圾最終堆高、HDPE防滲膜的屈服拉伸強(qiáng)度等各個(gè)因素，結(jié)合工程的實(shí)際情況，確定防滲膜的預(yù)留量。
取防滲膜單卷長(zhǎng)度100m作為計(jì)算基數(shù)，以溫差引起的變形量為基準(zhǔn)，乘以一定的安全系數(shù)，即可得出單卷膜的預(yù)留量。
本工程安全系數(shù)暫取1.5，即預(yù)留系數(shù)在3.58% ~4.23%之間，統(tǒng)一取4%。
本工程單卷防滲膜的預(yù)留量為100x4%=4m。
5 結(jié)語
在灘涂型不規(guī)范垃圾填埋場(chǎng)的治理過程中，要充分考慮下部軟土地基的固結(jié)沉降以及垃圾堆體自身不均勻沉降給HDPE防滲膜帶來過大的拉伸變形，從而引起防滲膜的拉裂。為避免或緩解防滲膜拉裂帶來的危害，在防滲膜的鋪設(shè)過程中適當(dāng)預(yù)留一定長(zhǎng)度是非常有效的工程措施，但在預(yù)留系數(shù)的計(jì)算和選取上，要理論結(jié)合實(shí)際，根據(jù)工程的具體情況選擇合理的參數(shù)，必要時(shí)輔以建模計(jì)算，同時(shí)在填埋作業(yè)過程中和填埋作業(yè)完成后一定時(shí)期內(nèi)加強(qiáng)觀測(cè)，若不均勻沉降量超出了防滲膜的預(yù)留量，應(yīng)及時(shí)采取有關(guān)措施，防止出現(xiàn)工程危害。
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