巖土工程技術(shù)在廢棄物填埋場中的應用
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【摘要】隨著我國生態(tài)破壞的日趨嚴重，城市生活垃圾的治理問題被提上了環(huán)境保護的日程。目前，我國高度重視節(jié)能減排工作，倡導建立生態(tài)化城市，走綠色發(fā)展道路。衛(wèi)生填埋作為一種具有處理量大、運行費用低、工藝簡單等優(yōu)勢的廢棄物處理法，是環(huán)境科學的重要研究內(nèi)容，也是我國城市垃圾處理的未來發(fā)展趨勢。論文探討了巖土工程在廢棄物填埋場中的應用，旨在為優(yōu)化填埋場設計，促進現(xiàn)代城市的健康發(fā)展提供借鑒。
【關(guān)鍵詞】廢棄物填埋場；城市垃圾；巖土工程技術(shù)
1.1廢棄物填埋場的含義
廢棄物填埋場是利用衛(wèi)生填埋的方式處理垃圾，處理方式為覆土分層填埋，堆積一層垃圾后再覆蓋一層土壤，從而隔絕垃圾與環(huán)境的接觸，降低其對環(huán)境的污染。
1.2廢棄物填埋場選址原則、程序
廢棄物填埋場選址應遵從安全、經(jīng)濟的原則，同時要遠離河流、湖泊、地下水源的源頭或泄洪道，避免在居民區(qū)、機場等人流密集的區(qū)域建立。廢棄物填埋場的選址需遵循以下程序：首先，根據(jù)城市的規(guī)劃、地形地貌和水文條件等資料初步擬定多個候選場址。然后，實地踏勘填埋場及其周圍的地質(zhì)條件、氣象條件、交通條件及居民情況等內(nèi)容，并擇優(yōu)選出預選場地。接著提出初步的選址方案，完成場址可行性研究報告。最后經(jīng)過審核確定最終場址，并進行巖土工程勘察工作。選址需要考慮的地質(zhì)條件主要包括：一是評估天然弱透水層的基本情況如厚度、水平向連續(xù)性、透水性等；二是填埋場及其周圍地下水及滲透情況；三是天然或人工邊坡的穩(wěn)定情況；四是地基土的承載力和變形特性；五是土壤的防滲性和地基不均勻沉降情況；六是土壤結(jié)構(gòu)可能發(fā)生斷層、塌陷、地震等自然災害的情況。
2.1在填埋場穩(wěn)定性方面的應用
按照地質(zhì)條件的不同，廢棄物填埋場大致可分為山谷型、平地型、坡地型、灘涂型和坑埋型五種類型，其中類型不同的填埋場所面臨的安全穩(wěn)定性具有一定的差異，筆者以常見的山谷型填埋場為例，主要介紹巖土工程技術(shù)在其穩(wěn)定性中的應用。山谷型廢棄物填埋場的穩(wěn)定性主要表現(xiàn)在邊坡穩(wěn)定性和垃圾壩穩(wěn)定性兩個方面。第一，場邊坡穩(wěn)定性。包括短期、長期穩(wěn)定性兩個方面。短期穩(wěn)定性不足的出現(xiàn)在填埋場建設初期，這個階段有大量的挖掘工作，若場體的邊坡較陡，則挖掘極有可能會導致場體內(nèi)部應力狀態(tài)改變，發(fā)生失穩(wěn)的狀況。長期穩(wěn)定的問題主要指當潛在不穩(wěn)定區(qū)的變形達到臨界極限時，會出現(xiàn)明顯的負超孔隙應力。負超孔隙應力雖然在一定程度上暫時增加了潛在不穩(wěn)定區(qū)的穩(wěn)定強度，但負超孔隙應力的消散會直接導致邊坡突然破壞[1]。第二，垃圾壩穩(wěn)定性。垃圾壩是山谷型填埋場常見的基礎(chǔ)設施，它通常設立在山谷出口，目的是使填埋場與外界隔絕，形成一個相對獨立的區(qū)域，垃圾壩的建立有利于增加填埋場的容量，防止廢棄物被雨水沖出場外，是維持填埋場穩(wěn)定的重要手段。垃圾壩一般就地取材，設計成土石壩等各種形式。其中影響垃圾壩穩(wěn)定性的主要因素包括壩體自重、填埋體土壓力、滲透壓力等作用力。
2.2在填埋場防滲工程中的應用
污染物泄漏問題是填埋場設計中需要考慮的重點問題，防護不當會引起嚴重的環(huán)境污染，因此，填埋場要利用巖土工程技術(shù)建立防滲工程，以此預防污染物的外滲，同時為場體抵御外水內(nèi)滲提供保障。防滲工程包括底層防滲層和各級覆蓋層，主要工作內(nèi)容是合理選用防滲性能良好的材料，并做相應的技術(shù)處理，以使防滲層達到最好的效能。目前我國的防滲技術(shù)主要包括：水平防滲和垂直防滲兩種。垂直防滲的主要技術(shù)為帷幕灌漿垂直防滲，該技術(shù)多適用于山谷型填埋場，原理是在地質(zhì)條件較好的基巖上設置截污壩及帷幕灌漿垂直防滲措施。水平防滲的主要技術(shù)為鋪設水平防滲襯層。依據(jù)填埋場的相關(guān)建設標準，天然防滲層標準是場體底部和周圍的黏土層厚度大于2m，滲透系數(shù)小于10-7cm/s；人工防滲層標準是滲透系數(shù)小于10-7cm/s時，抗壓強度必須大于0.6MPa，能適應驟冷驟熱的溫度刺激，具有抗填埋、碾壓、刺劃的能力等。
2.3在填埋場排水、排氣系統(tǒng)中的應用
2.3.1排水系統(tǒng)
廢棄物填埋場排水系統(tǒng)的主要功能為控制地表徑流，防止地下水浸入。排水系統(tǒng)包括場外徑流與場內(nèi)雨水分流系統(tǒng)、作業(yè)區(qū)域與非作業(yè)區(qū)域雨水分流系統(tǒng)以及封場雨水排出系統(tǒng)三大部分。第一，場外徑流與場內(nèi)雨水分流系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要排水設施為截洪溝。截洪溝應該設立在填埋場內(nèi)部道路的兩側(cè)和填埋場外部四周，截洪溝的高度要不同，旨在分別攔截不同區(qū)域的雨水。當填埋區(qū)的截洪溝達到某一高度時，就將其與場內(nèi)的滲濾液導排系統(tǒng)相連，變截洪為排洪。第二，作業(yè)區(qū)域和非作業(yè)區(qū)域的雨水分流系統(tǒng)。目前，我國主要是在作業(yè)區(qū)域建立滲濾液的分流系統(tǒng)，非作業(yè)區(qū)則不建立排水設施，依靠自然排水。這樣做的目的是為了將作業(yè)區(qū)的污水與非作業(yè)區(qū)的凈水分離，實現(xiàn)清污分流。第三，封場雨水排出系統(tǒng)。廢棄物在填埋場需要經(jīng)過傾倒、填埋、封場等環(huán)節(jié)，我國填埋場的相關(guān)規(guī)范規(guī)定廢棄物封項的坡度要大于4%。封場雨水排出系統(tǒng)常位于垃圾壩上，主要作用為利用排水渠將封場后的雨水徑流匯集、排出。
2.3.2排氣系統(tǒng)
填埋場釋放出的氣體是廢棄物中的有機物在水分、溫度和應力等因素的作用下分解生成的，其成分主要為甲烷和二氧化碳，還有少量的氧氣、一氧化碳、硫化氫和一些具有揮發(fā)性質(zhì)的有機污染物。這些氣體在填埋場內(nèi)累積，如果不及時處理排氣，則壓強極易高于大氣壓，存在爆炸和環(huán)境污染的風險。填埋場的排氣系統(tǒng)有被動式和主動式兩種。被動式排氣系統(tǒng)的原理是利用填埋場內(nèi)的氣壓帶動氣體運移。該系統(tǒng)包括減壓排氣孔、周邊截流槽、周邊隔氣槽和填埋場中隔氣層等部分[2]。主動式排氣系統(tǒng)的原理為利用人工抽氣，控制氣體的流動。常見的主動排氣系統(tǒng)有周邊控制系統(tǒng)和抽氣井系統(tǒng)兩類。第一，在填埋場滲濾液處理中的應用。滲濾液指的是在垃圾層和覆土層的覆蓋下，由廢棄物本身含有的水分、填埋場中的雨雪水及其他水分結(jié)合形成的一種高濃度廢水。其成分相當復雜，含有高濃度有機物、重金屬鹽等物質(zhì)，滲濾液的泄露對于土壤、地表水源、地下水都是不小的危害。常見的滲濾液處理技術(shù)有：生物塘法、厭氧生物處理法、生物膜法、活性污泥法、滲濾液回灌法、物化處理法等。第二，滲濾液處理技術(shù)的主要目的為計算廢棄物中水量和污染物的比例得出蒸發(fā)量，并得到準確的滲濾液處理量。該技術(shù)現(xiàn)已成為污水處理領(lǐng)域和環(huán)境工程領(lǐng)域的熱門研究內(nèi)容，該技術(shù)的應用和完善對于填埋場的后期施工與維護工作具有重要的指導價值。在滲濾液處理技術(shù)的實際應用中，廢棄物滲濾液的處理效果主要取決于廢棄物的種類、溶出速度、降雨狀況、填埋場場齡以及填埋場結(jié)構(gòu)等因素，其中填埋場場齡對滲濾液處理效果影響最大。
3結(jié)語
總而言之，衛(wèi)生填埋具有成本低、衛(wèi)生程度好的特點，是我國城市處理生活垃圾的主要手段。廢棄物填埋場作為垃圾集中堆放的場所，其建設和實際運行中涉及巖土工程的各項內(nèi)容。巖土工程技術(shù)在廢棄物填埋場的安全穩(wěn)定性問題、防滲問題、排水排氣問題以及滲濾液處理問題中的得到了有效應用，對于保證垃圾場安全選址、建設和運行起著至關(guān)重要的作用。因此，相關(guān)機構(gòu)和技術(shù)人員應加強巖土工程技術(shù)在垃圾填埋場中的開發(fā)和應用，從而促進廢棄物填埋場的健康發(fā)展，建立綠色、生態(tài)型現(xiàn)代城市。
【參考文獻】
【1】盧應發(fā)，陳朱蕾，謝文良，等.垃圾衛(wèi)生填埋中的一些巖土工程技術(shù)[J].巖土力學，2009（01）：23.
【2】沈光明,陳威文.淺談垃圾填埋場的巖土工程勘察[J].浙江建筑,2007,24(7):42-43.
作者：丁相軍 朱強偉 單位：青島地質(zhì)工程勘察院 青島地礦巖土工程有限公司
