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生活垃圾填埋场老场扩建方式探讨 陈亮 中国水电顾问集团华东勘测设计研究院, 杭州 310014 摘要 介绍了生活垃圾填埋场老场扩建工程中横向扩建、 纵向扩建两种常用的方式及各自的设计要点。结合浙江西部 某县城生活垃圾填埋场的扩建工程实例, 分析了在填埋场扩建工程设计中应考虑的与老场系统衔接、 扩建后新场垃圾 堆体不均匀沉降及新场堆体稳定性等问题, 并依照工程实际提出了解决方案。 关键词 横向扩建; 纵向扩建; 不均匀沉降; 稳定性分析 DOI 10. 7617/j. issn. 1000 -8942. 2013. 05. 027 DISCUSSION ON EXPANSION PATTERNS OF OLD MUNICIPAL SOLID WASTE LANDFILL SITE Chen Liang HydroChina Huadong Engineering Corporation,Hangzhou 310014,China AbstractIt was presented the expansion patterns of old municipal solid waste MSWlandfill site,including the horizontal way and vertical way, as well as their respective focuses. Combined with a case of expanding municipal solid waste landfill site in Zhejiang Province,it was also analysed several problems needing consideration in the design of a MSW landfill site expansion project,such as the connection with the original landfill site,differential settlement of waste pile in the new landfill site,and its stability etc,and effective solutions were proposed. Keywordshorizontal expansion;vertical expansion;differential settlement;analysis of stability 从20 世纪90 年代末开始, 尤其是1997 年原 生活 垃圾填埋污染控制标准 现已被 GB 168892008 生活 垃圾填埋污染控制标准 替代 出台后, 我国生活垃圾填 埋场设计、 建设步入了一个相对规范的快速发展时期。 这一时期兴建的生活垃圾填埋场至今多已运行了10 余 年, 大部分填埋场已进入接近饱和封场的状态。 1生活垃圾填埋场老场扩建方式 填埋场的封场对于卫生填埋处理方式而言, 意味 着要么重新选址新建处理场, 要么对老场进行扩建继 续发挥其效用。就我国现状大部分城市的用地和人 口分布情况, 重新选择符合规范、 环评要求的填埋新 场场址已非常困难, 所以对老场进行扩建成为了解决 目前垃圾填埋去向问题的一个重要手段。 填埋场老场扩建的实质是要增加老填埋场的库 容。从工程措施上看, 一般有横向扩建、 纵向扩建两种 方式。横向扩建又分两种 第 1 种即在老场旁边, 新建 一个填埋场 文中称 “方式 a” , 如图 1a 所示, 这种依 托老场的新建, 避免了重新选址所面对的诸多问题, 而 自身设计建设又相对简单, 因为这种新场与老场一般 没有直接关系, 新场自成系统, 包括导排、 防渗、 渗滤液 处理等都相对独立; 第 2 种是通过改变原垃圾堆体的 边坡坡度, 也就是在满足堆体稳定性要求的前提下, 在 原堆体的外表面进行扩建 文中称 “方式 b” , 如图 1b 所示, 这种扩建方式由于涉及到堆体的安全, 其可变性 一般很小。纵向扩建即在老场封场的堆体上继续向上 发展形成一个新场 文中称“方式 c” , 如图 1c 所示, 这种扩建也是要基于垃圾堆体稳定性的要求, 由于生 活垃圾填埋场尤其是山谷型填埋场其封场上层空间一 般较多, 这种扩建方式比较常见。 2生活垃圾填埋场老场扩建设计重点 这三种老场扩建方式涉及的方面有些是共同的, 而有些是独立的。方式 a 由于其设计、 建设自成系 统、 相对独立, 实质上也是一种建设新场的概念, 本文 不专门针对其做扩建讨论。 711 环境工程 2013 年 10 月第 31 卷第 5 期 图 1生活垃圾填埋场老场扩建方式 Fig. 1The expansion mode of reing an old MSW laudfill site 方式 b 主要是通过改变原堆体的外边坡进行扩 建, 其实就是让堆体边坡变陡, 从而堆填更多垃圾。 由于改变了堆体坡度, 这种扩建方式必须基于对原堆 体及改变坡度后的堆体边坡稳定性计算, 先找到能满 足堆体边坡稳定性要求的极限坡度。CJJ 172004 生活垃圾卫生填埋技术规范 建议的垃圾堆体极限 坡度为 1∶ 3。这个坡度值本身就是经过了详细的力 学计算及大量工程实际经验确定的, 其实际可调整的 幅度很小。而且调整堆体外边坡大大增加了垃圾填 埋作业, 尤其是斜面堆土机作业的难度, 这种扩建方 式一般较少采用。 方式 c 在老场堆体的上层空间继续加高发展形成 新堆体。这种方式也涉及到加高后堆体边坡的稳定性 计算。垃圾堆体稳定分析可采用 REAME 程序进行, 它是根据 Bishop 法编制的, 可以考虑渗流条件下成层 土的稳定问题, 自动搜索具有最小安全系数的圆形滑 动面, 确定土坡的最小安全系数 [ 1 ]。另外由于纵向扩 建将堆体加高, 也就必须校核加高后的新堆体能否满 足老场库底地基承载力的要求。校核承载力本质是为 了避免堆体坍塌、 沉降等问题, 而纵向扩建是将老场堆 体封场顶面作为新场的库底, 其实是无法避免封场垃 圾堆体的沉降问题。垃圾的沉降常常在堆加填埋荷载 后就立即发生, 并且在很长一段时期内持续发展。垃 圾沉降的机理相当复杂, 垃圾填埋物的极度非均质性 和大孔隙程度超过了土体 [ 2 ], 这就意味着垃圾的沉降 更难预测。针对垃圾沉降问题的研究, 目前可借鉴的 成果非常少, 一般在工程中, 对于填埋场的纵向扩建会 借助排水固结、 铺设加筋土工材料等类似软土地基的 处理方式来对应对老场堆体的沉降问题。纵向扩建还 有一个非常重要的关联因素, 这在山谷型垃圾填埋场 设计中体现得尤为明显, 即填埋场的作业道路问题。 堆体加高后意味着填埋作业道路也必须随之向高高程 延伸来满足扩建后新场作业的要求, 受用地范围及地 形条件的限制, 道路的延伸往往会成为制约新场最终 能达到的封场高程的主要因素。 3案例分析 以浙江省西部某县城生活垃圾填埋场扩建工程 为例, 对提到的部分生活垃圾填埋场扩建方式进行 分析。 该生活垃圾填埋场于 1997 年建成并投入使用, 期间边使用边建设, 累计投入建设资金 600 余万元。 整个场区占地面积2. 2 万 m2, 库区面积1. 8 万 m2 , 设 计库容量约 30 万 m3 见图 2 。老场在最初设计时 设置了单层 HDPE 膜防渗系统, 但并未考虑渗滤液处 理系统。在场区 2003 年的改造过程中, 增加设置了 帷幕灌浆垂直防渗系统及二级沉淀 氧化塘的渗沥 液处理系统。 图 2填埋场场址现状 Fig. 2The present status of the MSW landfill site 填埋场运行至今已累计填埋垃圾约 20 万 m3 , 已 接近设计封场库容, 为了满足日益增长的生活垃圾处 理的需要, 当地政府拟对填埋场进行原址扩建。 经过对老场可扩建场地地形条件及老场现状运 行情况等问题的分析, 设计拟将扩建工程分成两阶段 实施 第一阶段采用方式 a, 即在老场北侧新建一个场 区; 第二阶段对原老场区域进行封场, 并采用方式 c对 811 环境工程 2013 年 10 月第 31 卷第 5 期 封场的堆体进行纵向扩建。在一阶段扩建时, 老场可 以继续运行接纳垃圾, 而一阶段建设完成后, 垃圾可 以进入一阶段新场区域进行处理, 从而再对老场进行 封场扩建。这样一方面工程施工对现状垃圾进场填 埋处理基本无影响, 而设计上又能最大限度地挖掘该 场址的可填容量。 老场垃圾坝坝顶高程 132 m, 老场堆体沿垃圾坝 南侧山体发展, 现已堆至约 170 m 高程。对于一阶段 扩建方案, 设计考虑在老场垃圾坝下游, 原渗滤液处 理池一级沉淀池位置设置北侧新场的垃圾坝 图 2 。 根据地形条件及库容要求, 确定新场垃圾坝坝顶高程 为 140 m, 坝轴线长约 79 m, 坝顶宽 4. 5 m, 上游边坡 为 1∶ 0. 2, 下游边坡为 1∶ 0. 80。老场垃圾坝继续保留 作为新场的 132 m 高程锚固平台。同时对老渗滤液 处理池余下部分进行改造, 并依照 GB 168892008 最新要求, 增加渗滤液后续深度处理设施。 对于二阶段扩建方案, 设计考虑首先对老场进行 封场, 封场结构参考生活垃圾卫生填埋场封场技术 规程 CJJ 1122007 中的要求, 但是由于老场封场层 即为新场库底层, 封场层同时也是新场库底防渗层, 为了应对老场不均匀沉降问题, 在此结构中增加了加 筋保护层, 详见图 3。 图 3填埋场封场结构 Fig. 3The structure of the sealed landfill site 由于二阶段工程在一阶段新场投入使用前还将 使用一段时间, 设计预测最终老场封场顶高程为 172 m。针对如何确定老场纵向扩建所能达到的最大 高程, 利用 REAME 程序, 对新场封场顶高程 210, 215, 220 m 分别进行堆体稳定性校核。根据该填埋 场所处的地理位置以及有关工程经验, 把 6 级地震时 坡体的安全系数小于 1. 2 作为判断堆体可能发生滑 坡的标准。 校核条件输入 1 REAME 程序的输入条件中的关键数据包括 垃圾的黏聚力 ε、 内摩擦角 φ 及垃圾堆体中渗滤液浸 润线的高度位置。根据老场垃圾土层的勘察结果并 参考类似工程, 确定本工程老场垃圾黏聚力范围在 0 ~13 kPa, 内摩擦角范围在 10 ~ 15, 老场堆体渗沥 液水位高度在堆体表面以下 8. 5 ~ 9. 0 m 堆体层高 10 m 。 2 老场封场顶高程 172 m, 新场堆体以 10 m 为 一个填埋高程单元, 从北侧新筑垃圾坝顶 140 m 高 程, 按 1∶ 3的坡度向上发展; 即在 172 m 高程以上将 形成 180, 190 m 等以 10 m 递进的填埋平台。 校核结果见表 1。 表 1不同填埋标高的安全系数 堆体坡度 1∶3 Table 1The safety factor of different landfill elevation pile slope 1∶3 封场顶标高/m 安全系数 1701. 31 1801. 34 1901. 28 2001. 25 2101. 23 2151. 20 2201. 17 由核算结果可知 按 1∶ 3的坡度在堆体堆填到 215 m 高程时, 已出现 1. 2 的极限值, 可以确定新场 堆体封场顶高程为 215 m, 由于计算过程中, 垃圾黏 聚力、 内摩擦角取值范围有一定的变化幅度, 为了确 保堆体的安全, 将 180 m 以上高程的堆体外边坡调整 为 1∶ 3. 5, 重新核算稳定性分析结果, 见表 2。 表 2不同填埋标高的安全系数 堆体坡度 1∶3. 5 Table 2The safety factor of different landfill elevation pile slope 1∶3. 5 封场顶标高/m 安全系数 1701. 31 1801. 34 1901. 32 2001. 28 2101. 25 2151. 23 由重新核算结果可知 调整坡度后, 可确保封场 顶高程 215 m 及以下各高程平台堆体的稳定。 根据以上分析可确定该生活垃圾填埋场扩建工 911 环境工程 2013 年 10 月第 31 卷第 5 期 程分两阶段分布实施, 一阶段建设北侧新场, 核算 北侧新场库容为 21 万 m3; 二阶段扩建南侧老场, 核 算南侧老场扩建后增加库容 55 万 m3。扩建工程总 计增加库容 76 万 m3。根据对当地垃圾产量的预 测, 确定该填埋场扩建工程服务年限为 13 年, 其中 一阶段工程服务年限为 4 年, 二阶段工程服务年限 为9 年。 该填埋场扩建工程剖面如图 4、 图 5 所示。 图 4填埋场扩建工程平面布置 Fig. 4The plane layout of the expansion project of a landfill site 图 5填埋场扩建工程堆体纵向剖面 Fig. 5The pile longitudinal profile of the expansion project of landfill site 4结语 近年来, 城市生活垃圾填埋场新场的选址已非 常困难。如何持续发挥老填埋场的处理效用, 挖掘 老场的可填剩余库容, 将老场库容最大化, 已成为 生活垃圾填埋场发展的一个重要方向。老场扩建 除了要解决增加库容这一基本问题, 还面临着一系 列新场老场妥善衔接时发生的渗沥液导排、 雨水导 排、 气体导排等问题, 这些问题都与填埋场现场条 件紧密结合, 也对填埋场设计者提出了更高的 要求。 参考文献 [1]朱向荣, 王朝晖, 方鹏飞. 杭州天子岭垃圾填埋场扩容可行性研 究[ J] . 岩土工程学报, 2002, 24 3 281- 285. [2]李颖, 郭爱军. 城市生活垃圾卫生填埋场设计指南[M] . 北京 中国环境科学出版社, 2005 290. 作者通信处陈亮310014浙江省杭州市河东路 222 号中国水电 顾问集团华东勘测设计研究院 电话 0571 56553220 E- mail1443397953 qq. com 2012 -11 -22 收稿 021 环境工程 2013 年 10 月第 31 卷第 5 期