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垃圾填埋场防渗工程中,如何控制HDPE防渗膜铺设的预留量?

来源: http://www.huiguo.net.cn/    发表日期:2015-08-28    浏览:2867

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1 引言

随着我国城镇的快速发展,城镇居民对生活环境质量也提出了更高的要求,城镇生活垃圾处理问题作为当前城镇化进程中的热点问题,越来越受到人们的关注,针对城镇垃圾处理的研究也越来越多。浙江的环卫基础设施建设一直居全国前列,但2008年以前尤其是2000年前,由于技术和资金的缺乏,以及制定垃圾填 埋场建设和运行管理方面标准和规范的延迟,造成了很多填埋场选址不当、作业不规范、无有效或根本没有防渗系统、填埋气体和渗滤液导排处理系统,运行管理混乱,对周边环境带来严重污染,给周边居民的身体健康造成直接威胁,还可能存在较大的安全隐患。因此,对存在问题的垃圾填埋场要及时进行治理,使垃圾处置能真正达到无害化的目标。

2 滩涂型垃圾填埋场的特点

受自然地理条件限制,浙江省内沿海地区(台州、温州等地的垃圾填埋场部分坐落在滩涂上,下部多为性质较差的淤泥质软土,具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、渗透性小等特点。淤泥质软土的承载力基本在40kPa~60kPa,若不对填埋场地基进行有效的加固处理,垃圾回填超过3m-4m即有可能引起下部软土的 剪切破坏,并产生较大的沉降,导致库区底部埋设的渗滤液导排管和地下水导排管沉降、错位、断裂、堵塞,失去导排和收集功能,同时致使底部铺设的防渗层产生过大的拉伸从而破坏开裂,最终带来填埋场底部的防渗系统和导排收集系统全部失效,污染地下水,严重影响周边环境,库区水位升高,垃圾坝下部基础土体沉降破坏,垃圾坝滑移倒塌的风险大大增加,整个填埋库区面临彻底破坏的危险。

3 HDPE膜的特性

HDPE膜也被称为高密度聚乙烯膜,是由HDPE构成的塑料卷材,是垃圾填埋场工程常用的三种主要土工合成材料(另有土工布和土工织物)之其防渗性能是衡量填埋场是否达到环保要求的主要指标,具有抗拉伸能力强、化学稳定性高、抗老化性强等特点。

HDPE膜属弹塑性材料,光面HDPE膜(膜厚在0.75m3mm之间)的屈服强度在llN/fnm~44N/fnm之间,断裂强度在20N/fnm ~88N/fnm之间,屈服伸长率为12% ,断裂伸长率为700%;糙面HDPE膜(膜厚在1mm~3mm之间)的屈服强度在15N/fnm~44N/fnm之间,断裂强度在10N/fnm~32N/fnm之间,屈服伸长率为12%,断裂伸长率为100%。

考虑到使用的耐久性和防渗结构的安全性,在填埋场工程实际应用中应采用HDPE膜的屈服强度和屈服伸长率作为控制指标,若超出该限值,则会产生部分不可恢复的塑性变形,从而缩短膜的使用寿命,影响垃圾填埋场的正常运行。在受条件限制的情况下,在设计和施工阶段要充分考虑HDPE膜可能会产生的拉伸变形以及变形量的大小,并采取相应的工程措施,避免由于膜的过大变形给填埋场运行带来的危害。

4 浙江台州地区某填埋场治理工程实例

4.1 工程概况

项目位于浙江台州某地海涂,东面为拦海坝,西边紧邻市政道路,南面和北面是海涂,属于滩涂型填埋场,库区东西长约450m,南北宽约460m,总占地约20x10-4m2。主体工程于2007年9月竣工,垃圾坝分两期建设,现状库区是环库做垃圾坝隔挡之后形成的库区,一期坝顶设计标高6.6m,二期垃圾坝加高尚未实施。由于下部软土层沉降,近期实测坝顶标高5.5m~5.7m。目前填埋作业在现状垃圾坝内进行,库区底部标高为2.5m ~3.5m,已填埋垃圾标高为6.0m~13.0m之间,即垃圾堆体高度在3m~10m之间。库区采用单层HDPE膜人工防渗,库底原已铺设渗滤液收集导排系统。由于一期库区建设时受建设资金限制,库区内库底部分未做地基处理,随着垃圾堆体加高,地基荷载加大,导致库底部分产生不均匀沉降,致使一期库底渗滤液导排管断裂、堵塞,防渗膜拉裂变形破坏,再加上填埋作业施工时中间覆盖和临时覆盖做得不到位,使得渗滤液和径流雨水不能及时有效的排出库区,在库区形成了多处淤积,给填埋场的运行带来极大的隐患和危害。

4.2 治理技术要点

4.2.1 渗滤液收集:将淤积在靠近垃圾坝处的渗滤液用泵提升至调节池内,在靠近垃圾坝处一定范围内清理出库底,沿垃圾坝内侧新铺设导排盲沟,将渗滤液引出库区,并通过新增的提升泵井导入调节池。

4.2.2 临时覆盖及雨污分流:采用1.0mm厚HDPE防渗膜对库区在填埋作业时进行临时封场覆盖,并在临时覆盖膜铺设过程中形成临时排水沟,将堆体表面雨水径流有序排出场外,从而减少恶臭气体的散发和垃圾渗滤液的产生量。

4.2.3 规范化作业:将垃圾填埋作业为三个大区域,依次进行填埋作业,每个大作业区内分为若干不大于2000m2的填埋作业面,使用的填埋作业面进行作业时其他未作业区域保持用1.0mm厚HDPE防渗膜临时覆盖。

4.3 HDPE防渗膜铺设预留量的控制要点

4.3.1 HDPE膜在本工程中的作用

通过前面的技术分析,在治理该填埋场的技术要点中,HDPE膜至关重要,为达到临时覆盖、雨污分流、规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关系到该工程治理效果的成败。

4.3.2HDPE膜需考虑预留量的原因分析

(1)下部软弱地基的沉降固结未完成

地质报告显示库区场地下部分布有淤泥质粉质粘土和淤泥质粘土层,层厚约25m ~30m,含水量55% ,孔隙比1.67,压缩模量1.6M Pa,地基承载力特征值45kPa ~ 50kPa,属性质较差的软土。 由于库区建设时未对地基进行加^处理,再加上软土渗透性低, 固结速度慢,工程竣工至今仅有7-8年时间,远未达到完全固结,在上部附加荷载作用下还会继续缓慢沉降,并且库区不同部位的垃圾堆体高度不同,靠近垃圾坝处的垃圾堆体高度低,靠近库区中心处的垃圾堆体高度高,再加上分区作业,致使作用在库区底部地基上的附加荷载不相同,从而产生不均匀沉降,会使防渗膜产生一定的拉伸变形。

(2)已填埋垃圾堆体的压实度未达到要求现状

已回填垃圾高度在3m ~ 10m之间,由于以前分层摊铺、碾压作业不到位,已回填的垃圾比较松软,在现状垃圾表面继续向上进行填埋作业时,由于机械和后回填垃圾的作用,会对下部已回 填的较为松软的垃圾产生一定的压缩作用,引起垃圾堆体自身的沉降,从而对铺设在堆体表面的防渗膜产生一定的拉伸变形。

(3)垃圾堆体的承载力未达到要求

随着时间的推移,库区下部的软土地基随着固结的逐步进行,孔隙率和含水量会逐渐降低,承载力会逐渐增加,只要填埋工序得当,在不超过最大控制堆体高度的前提下,下部地基的承载力应该能够满足堆体继续填埋的要求。但已回填垃圾由于比较松软,在继续上部作业时承载面极易产生坍塌,从而导致防渗膜产 生一定的拉伸变形。

4.3.3 HDPE膜预留量的确定

上述三个原因的共同作用会加大HDPE防渗膜的拉伸变形量,加快HDPE防渗膜拉裂现象的出现。因此,需对铺设的防渗膜留出一定的伸缩量,防止后期堆体和下部地基变形而造成的防渗膜拉裂。

考虑到过大的伸缩量会引起临时覆盖层不平整,一方面容易起鼓,影响填埋的正常作业,且不利于雨水的有序疏导,另一方面也会使气体聚集,带来安全隐患,因此,在确定HDPE膜的预留量时,要充分考虑填埋场运营期下部软土的变形趋势、垃圾最终堆高、HDPE防渗膜的屈服拉伸强度等各个因素,结合工程的实际情况,确定防渗膜的预留量。

取防渗膜单卷长度100m作为计算基数,以温差引起的变形量为基准,乘以一定的安全系数,即可得出单卷膜的预留量。

本工程安全系数暂取1.5,即预留系数在3.58% ~4.23%之间,统一取4%。

本工程单卷防渗膜的预留量为100x4%=4m。

5 结语

在滩涂型不规范垃圾填埋场的治理过程中,要充分考虑下部软土地基的固结沉降以及垃圾堆体自身不均匀沉降给HDPE防渗膜带来过大的拉伸变形,从而引起防渗膜的拉裂。为避免或缓解防渗膜拉裂带来的危害,在防渗膜的铺设过程中适当预留一定长度是非常有效的工程措施,但在预留系数的计算和选取上,要理论结合实际,根据工程的具体情况选择合理的参数,必要时辅以建模计算,同时在填埋作业过程中和填埋作业完成后一定时期内加强观测,若不均匀沉降量超出了防渗膜的预留量,应及时采取有关措施,防止出现工程危害。

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