垃圾填埋场封场方案.docx
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垃圾填埋场封场方案
一、截污防渗设施
1、建设必要性
由于该填埋场底没有天然隔水层，为防止垃圾渗沥液污染填埋物地周围地下水，因此对该填埋场地采取防渗处理措施是十分必要的。
根据地形地貌地质条件分析，该填埋场区三面环山，垃圾维放呈条带状分布在夹谷内，三面山体厚实，山体呈浑圆状，植被较发育。
根据水文地质条件分析，本区地下水可分为基岩裂隙水和孔隙潜水两种类型：
（1）基岩裂隙水：
主要赋存于断层破碎带及节理裂隙中，接受大气降水或地下水补给，排泄于盆地及沟谷内。
（2）孔隙潜水：
主要赋存于第四系全新统洪冲积地层中，水量不丰，接受大气降水和基岩裂隙水补给，向低洼地带排泄。
经勘察，场区发生邻谷渗漏的可能性极小，地表水地下水通过地形流向谷口彭乐公路下游河道及河床下含水层内，建议采取垂直防渗截污处理措施，即建一垃圾截污挡坝，保证渗出沥液不产生下渗排泄。
目前长岭岗垃圾填埋场表面裸露着随意堆放的垃圾，堆体表面高低不平，堆体与边缘山体相接处形状也比较凌乱、表面还有一些冲沟流淌着渗沥液。
为了铺设封场防渗层，必须对其进行整形处理。
首先清除表面植被，然后对于坡度大于1:
3的边坡进行修整，并且为了施工锚固封场的防渗膜材，以及便于封场后的土地利用，在坡面设置了4m宽的平台，封场顶面设计坡度大于5%，坡向四周。
现状填埋场的土坝已经被垃圾掩埋，为了保证垃圾堆体的稳定性，同时为了阻止渗沥液乱流淌，在垃圾堆体下游建设一座垃圾拦挡堤，堤高5米，堤顶宽2米，长200米，就地取材采用石头水泥和黄沙筑堤，上游面设置土工膜防渗，与地基底部的帷幕防渗连成一个防渗整体，在防渗层上游设置鹅卵石渗沥液收集层。
堤下游采用干砌块石护坡。
A、截污挡坝工程设计
为了有效地防止垃圾及渗沥液对场外造成污染，根据地形条件本工程在填坝区下游谷口处筑一条总长200m，顶宽3m，底宽5m，高8.5m（地下5m），深度直达地下基岩的垂直防渗截污挡坝，坝的两端分别延伸到山体中25m。
截污挡采用粘土心墙和帷幕灌浆防渗，要求坝体、坝基渗透系数K＜10－7cm/s，坝体设置放水洞；坝下建调节池。
B、垂直防渗
垂直防渗是指防渗层竖向布置，防止渗沥液向周围渗透污染地下水，本填坝场区地形简单，三面环山，东面是谷口，也是地下水地表水径流唯一的出路，非常适用垂直防渗措施。
防渗幕墙是垂直防渗的重要方式，该工艺在地基处理中属于化学加固法，化学加固法通常可分为灌浆法、高压喷射注浆法和搅拌法三类；它利用水泥浆液、粘土浆液或其它化学浆液，通过灌注压入、高压喷射或机搅拌，使浆液和颗粒胶结起来，以改善地基土的物理和力学性质。
目前国内该项技术比较成熟，防渗效果也很好。
本次设计采用无机系的固结粘土浆液配方，其优点如下：
（1）固结粘土浆液有良好的分散性和抗沉降稳定性、流交性，即有良好的可灌性能；
（2）粘土颗粒细（粘土粉90%的平均粒径为43μm，其中＜12μm的占26%），大大小于普通水泥粒径，可注入岩层微小裂隙中，提高堵水效率；粘土浆液固结后，体积不收缩或收缩很小，有更好的堵水效果。
而水泥浆液，特别是稀水泥浆液，固化失水率高，产生的收缩裂隙也大；
（3）粘土浆液固化后，有很好的抗腐蚀性；
（4）粘土浆液成本较低。
固结粘土浆液用在以防渗为主要目的的灌浆帷幕中，其效果明显优于纯水泥浆液。
化学浆液材料昂贵，有时具有一定毒性，国外很多国家已禁止使用。
防渗幕墙帷幕长200米，沿坝顶两边造孔排距2m，孔距3m，2排灌浆子错开排列，平均孔深18m。
设计工程量概算
规模
（m）
土石方开挖
（m3）
土石方填筑
（m3）
粘土心墙填筑
（m3）
防渗幕墙
（m2）
200
20000
30600
3400
3600
二、雨洪水导排设施
1、概况
长岭岗垃圾场库区三面环山（南、西、北）东面是谷口，以下是彭乐公路及河流。
库区集雨面积为0.1km2每逢雨季库区内极易产生径流，时有山洪暴发，鉴于原排水设施年久失修，均已老化损毁，不能满足过水流量需求。
为确保封场后堆体安全，需要重新设置导排水设施，初设新建增两级导排沟排除地表水：
一级导排沟环库区四周设置，排除库区上游山坡来水量；二级导排沟环一级导排沟内侧表面设置，主要用于排除封场绿化后的场地雨水，防止水土流失；二级导排沟在水流平顺处设置泄洪口，与一级导排沟合流排泄于东面彭乐公路以下河流。
该地表水来自自然降水，库区内植被较好，无其它污染源，不会对下游河道产生环境污染，能有效确保河道水质安全。
2、导排流量计算
根据《*省暴雨洪水查算手册》的水文资料和经验公式，对其进行洪水计算。
由于本填埋场库区流域面积小于1km2，直接用洪水流量推理公式计算会产生较大误差，可用下面所列简化公式对洪水导排流量加以计算。
Qp=0.278（Sp-1）F
Qp—流量，m3/s；
Sp：
设计降雨频率，mm/h；
F：
集雨面积，km2。
根据上述公式计算出导排流量设计指标如下：
导排沟流量计算表
主要参数
位置
集雨面积（km2）
设计洪峰流量（m3/s）
典型最大过水断面B×H
一级导排沟
0.07
1.15
矩形断面
B×H=1.0m×1.0m
二级导排沟
0.03
0.5
矩形断面
B×H=0.8m×0.6m
3、托排沟结构断面尺寸设计
根据库区外围集雨面积和洪峰流量，一级导排沟设计断面按照最大过水断面与二级导排沟分散流量一并考虑。
初设断面为1.3m×1.1m＞1.0m×1.0m，满足泄洪要求。
二级导排沟因分散泄洪设计断面应小于最大过水断面，故初设为0.6m×0.6m，即能满足导排要求。
一级导排沟挡墙为M7.5浆砌块石结构C20砼压顶，防渗贴面及底板为0.25砼结构；二级导排沟为C20砼结构。
以上结构断面设计详见附图。
导排沟工程量概算表
工程
名称
规模
（m）
土石方
开挖
（m3）
土石方
回填
（m3）
M7.5浆砌石
（m3）
C20砼
（m3）
C25砼
（m3）
一级导排沟
1200
9600
1200
2810
132
240
二级导排沟
1200
1200
120
528
防渗贴面
1200
324
合计
10800
1320
2810
660
564
4、工程设计概算编制依据
（1）设计依据
1.1《水工砼结构设计规范》（DL/T5057—1996）；
1.2《水工建筑物荷载设计规范》（DL5077—1997）；
1.3《碾压或土石坝设计规范》（SLZ74—2001）；
1.4《水工挡墙设计规范》（SL379—2007）；
1.5《溢洪道设计规范》（SL253—2000）。
（2）概算编制依据
2.1《*省水利水电工程设计概（估）算编制规定》；
2.2*省水利厅2006年《水利水电建筑工程概算定额》。
（3）工程及投资概算
4-1导排沟综合单价概算表
项目名称
单位
数量
单价
（元）
合价
（万元）
土石方开挖
m3
10800
4.57
4.94
土石方回填
m3
1320
6.96
0.92
M7.5浆砌石
m3
2810
137
38.5
C20砼
m3
660
175
11.55
C25砼
m3
564
180
10.15
合计
66.06
4-2封场面防渗工程单价概算表
项目名称
单位
数量
单价
（元）
合价
（万元）
1.0mmLLDPE土工膜
m3
29000
10.00
29
压实优质粘土层（20cm厚）
m3
6400
15.00
9.6
复合土工排水网
m3
29000
5.00
14.5
合计
53.1
4-3截污垂直防渗垃圾坝综合单价概算表
项目名称
单位
数量
单价（元）
合价（万元）
土石方开挖
m3
20000
4.57
9.14
土石方填筑
m3
30600
3.96
12.12
粘土心墙
m3
3400
18.00
6.12
防渗幕墙
M2
3600
80.00
28.8
合计
56.18
三、工程设施稳定性研究分析
1、填埋堆体稳定性分析
（1）沉降稳定性
本填埋场地垃圾堆体座落在第四系全新统残坡粘土夹鹅卵石层面上，土类以黄色红粘土为主，覆盖层厚度为1.5m—4.5m，较厚，堆体持力层为弱风化的粉砂质泥岩，结构稳定较好，可不采取控制措施。
另一个结构稳定性问题是填埋堆体自身沉降，发生沉降的机制主要是：
（1）固结：
废物被压实时，体积逐渐被压缩，应力状态发生变化，部分水量从忘我中排出，外加应力相应地从孔隙（水与气）转移到废物颗粒骨架上，使颗粒发生扭曲、倾侧、变向和破碎，直至变形达到稳定；
（2）潜蚀：
填埋体中的一部分小颗粒被渗透水流溶解（化学潜蚀），或携带进入较大的空隙中（机械潜蚀）；（3）化学反应：
废物中的一部分有机物生化降解为填埋气体和水分。
工程控制措施：
a、采取以土工格栅为主预留粘土为辅的控制方法。
b、加大盖层坡度的方法来进行防范。
对由于地基土体的非均匀性而产生的不均匀沉降。
可通过开挖、压实或换土的方法减小其压缩性在空间上的差异，从而使不均匀沉降减小到可以接受的程度。
c、对垃圾堆体进行推动压实或粉煤灰灌注加固，以增加垃圾堆体的固结度，减小后期沉降。
从经济性角度考虑，本工程采用以土工格栅为主预留粘土为辅的处理方法，更加合理可行。
（2）抗滑抗倾覆稳定性分析
本填埋垃圾堆体三面设置了导排沟挡墙，谷口一面设置了截污挡坝，且填埋体表面高度与截污挡坝导排沟挡墙顶面高度一致，故对堆体本身不需要进行抗滑抗倾稳定分析计算，只需对截污挡坝、导排沟挡墙进行稳定分析计算。
A、截污挡坝稳定性计算
本工程坝长200m，顶宽3m，底宽37m，最大坝高8.5m（地下5m），地面坝高3.5m，坝顶高程与导排沟挡墙与坝体接触处顶面高程相等；上游坡1∶1.5，下游坡1∶2.5，下游坡设置草皮护坡。
该坝为低坝，且填埋容量已达到饱和库容，为此有必要对坝体的稳定性进行分析计算。
根据《水工挡墙设计规范》（SL379——2007）分析计算如下：
B、坝基底应力计算
——作用在坝体上水平荷载（KN）
——作用在坝体上的全部荷载对于水平面平行前墙墙面方向形IS轴的力矩之和（KN·m）
A——坝体基底面积
W——坝体基底面对于基底面平行前墙墙面方向形
IS轴的截面矩（m3）
C、抗倾覆稳定性安全系数计算
式中：
——坝体抗倾稳定安全系数。
——坝体基底前趾的抗倾覆力矩。
——坝体基底前趾的倾覆力矩（KNm）
D、抗滑稳定性安全系数计算
式中：
——坝体基底面的抗滑稳定安全系数
f——坝体基底面与地基之间的摩擦系数
——作用在坝体上全部平行于基底面的荷载（KN
计算结果表明，截污挡坝的地基承载力，抗倾覆稳定性、验算符合规范要求，坝基底最大应力Pmax=378.62KPa＜500KPa；抗倾覆安全系数K0=3.27＞1.5故满足要求；但其抗滑稳定安全系数Kc=0.94，低于规范中规定的安全系数1.1。
故需采取相应的工程措施，确保坝体的稳定性。
在截污挡坝工程设计中，对坝体、坝基已采取了粘土心墙和帷幕灌浆措施，故可增加抗滑稳定安全系数，不需再采取其它工程措施。
坝体下游坡抗滑稳定安全系数；采用毕肖普法进行计算得知K1=2.54＞1.25（正常运用），K2=2.49＞1.25（非常运用），故下游坝坡抗滑稳定安全系数均满足规范要求，坝体设计断面满足坝坡稳定要求。
E、导排沟挡墙稳定性计算
导排沟挡墙稳定计算按《溢洪道设计规范》（SL253——2000）中的要求取挡墙最大断面计算。
基本尺寸：
M7.5砌石及砼挡墙：
顶宽0.6m，外坡1∶0.4，高3.5m。
计算参数：
M7.5砌石及砼重度取24KN/m3
墙后填料温重度取：
19.5KN/m3
摩擦系数取墙底与基底土之间的抗剪摩擦系数f=0.5
2、抗滑稳定
边墙沿基面抗滑稳定采用下式计算：
Kc=fΣw/ΣP，
式中：
Kc—抗滑稳定安全系数；
f—边墙砼与基岩接触面的抗剪摩擦系数；
Σw—作用于边墙上的全部荷载对计算滑动面的法向
分量；
ΣP—作用于边墙上全部荷载对计算滑动面的切向分
量。
边墙底压力的偏心距及基底应力采用下式计算：
3、抗倾稳定
Ko=ΣMy/Σmo
式中：
Ko—抗倾稳定安全系数；
ΣMy—作用于墙体的荷载对墙前趾产生的倾覆力矩；
ΣMo—作用于墙体的荷载对墙前趾产生的稳定力矩。
4、基底应力
墙底压力的偏心距：
e=B/2-（ΣMy-ΣMo）/ΣV
式中：
e—墙底压力的偏心距
B—墙底宽度
ΣMy—作用于墙身各力对墙前趾的稳定力矩
ΣMo—作用于墙身各力对墙前趾的倾覆力矩
ΣV—包括墙身自重，土重等垂直荷截及基底面上扬
压力的总和。
基底应力：
σud=ΣV（1±6e/B）/B
式中：
σu—墙前基底处的应力
σd—墙背基底处的应力
5、计算结果
导排沟稳定及基底应力计算结果见下表所示
导排沟边墙抗滑稳定及应力计算成果表
位置
抗滑稳定系数K
抗倾稳定系数K0
基底应力（kPa）
su
σd
控制段
基本组合
3.16
3.53
56.32
13.21
特殊组合
2.89
3.19
50.21
24.13
导排沟属于水利工程五级建筑物，基本及特殊荷载组合允许抗滑稳定安全系数[K]=1.0，基本及特殊荷载组合抗倾稳定安全系数分别为[Ko]=1.5及1.3，基本及特殊组合基底拉应力大于0及小于180kPa。
从上表可以看出，所计算的
四、防渗覆盖层设计方案
1、封场结构层选择
填埋场封场覆盖层的主要功能是使入渗到垃圾场的地表水达到最小化、从而减少渗滤液的产生量，同时控制沼气的任意排放，因此垃圾填埋场覆盖层设计必须兼顾以下条件：
1）温度极限；2）可能产生水土流失而影响覆盖层系统稳定性的降雨极限；3）可能会导致某些土壤的破坏或者其他覆盖材料损坏的不均匀沉降；4）可能会导致覆盖层破坏的倾斜滑动；5）植物根系、掘地动物等对土壤和覆盖材料的穿透；6）覆盖层上车辆的行驶等人为活动。
规范要求的标准封场覆盖系统结构由顶表面至垃圾堆体表面顺序应为植被层、排水层、防渗（阻气）层、排气层，以下逐一进行分析：
（1）植被层
植被层由营养植被层和覆盖支持层组成。
《生活垃圾填埋场封场技术规程》要求营养植被层的土质材料应利于植被生长，厚度应大于15cm；覆盖支持土层由压实土层构成，渗透系数应大于1×10－4cm/s，厚度应大于45cm。
为了利于恢复填埋场的生态环境，有助于植物生长和防止水土流失，设计拟采用20cm厚的营养植被层和46cm厚的覆盖支持层。
营养土可利用填埋场周边山坡上的表层根植土，必要时可以掺合少量化肥。
本项目拟从填埋场周边的山体取土，暂定取土位置为填埋区北面的山体。
根据《水土保持综合治理技术规范》，填埋场封场植被可按照荒坡地进行育林育草，但应根据填埋场气候条件和稳定性条件进行选择确定，一般要求封场初期绿化宜选择根浅的对NH3、SO2、HCl、H2S等有抗性的植物，选用常绿灌木和种植草皮。
（2）排水层
《生活垃圾填埋场封场技术规范》要求排水层坡顶应采用粗粒或土工排水材料，边坡应采用土工复合排水网，粗粒材料厚度不应小于30cm，渗透系数应大于1×10－2cm/s。
使用粗粒排水层和土工排水材料两者的造价相差不大，但是粗粒材料一般是鹅卵石，如果使用鹅卵石，就需要在鹅卵石层与土工膜之间设置一层500g/m2规格以上的土工布作为土工膜保护层、在鹅卵石层与上部的覆盖土层之间设置一层250g/m2规格的土工布作为反滤层，不但施工程序多、工期长，而且易造成土工膜的人为损坏，所以设计推荐采用5mm厚单面复合土工排水网作为排水层。
（3）防渗层
《生活垃圾填埋场封场技术规范》要求防渗层可由土工膜和压实粘土或者土工聚合粘土衬垫（GCL）组成复合防渗层，也可单独使用压实粘性土层。
下面对常用的三种封场防渗层结构进行比选。
表4－1防渗层方案比选表
方案
方案一
方案二
方案三
土工膜＋粘土层
土工膜＋GCL
单独粘土层
主要
性能
土工膜厚度不小于1mm，
粘土厚度不小于20cm、
渗透系数小于1×10－5cm/s
土工膜厚度不小于1mm，
GCL厚度大于5mm、
渗透系数小于1×10－9cm/s
粘土层厚度大于30cm，
渗透系数小于1×10－7cm/s
沉降
适应性
好
一般
好
施工
较方便
方便快捷
需要添加膨润土粉末拌和，施工工期长
单位
造价
约30元/m2
约50元/m2
约25～50元/m2
方案三单独使用压实粘土层防渗，则其渗透系数要求小于1×10－7cm/s，而在附近缺乏优质粘土（一般天然粘土的渗透系数很难达到1×10－7cm/s级别），所以需要添加膨润土粉末与普通粘性土进行机械拌和，而且添加量需要现场试验确定，程序很麻烦，这是方案三的最大弊端。
方案二造价太高；所以设计推荐方案一，即土工膜＋粘土防渗层。
对于土工膜通常又有两种选择LLDPE膜和HDPE膜，两者在工程造价上差别不大，LLDPE膜略贵，HDPE膜的强度性能略优，LLDPE膜的断裂延展率大于1000％，优于HDPE膜的700％，考虑到*县的经济条件，所以，设计最终确定采用1mmHDPE膜。
（4）排气层
《生活垃圾填埋场封场技术规范》要求排气层应采用粒径为25～50mm、导排性能好、抗腐蚀的粗粒多孔材料，渗透系数应大于1×10－2cm/s，厚度不应小于30cm。
设计采用鹅卵石作为排气材料，厚度为32cm。
2、封场设计
通过上面的比选，最终确定的封场结构层由上至下依次为：
●种植草皮＋灌木；
●20cm厚营养土层；
●46cm厚覆盖土层；
●复合土工排水网；
●1.0mmHDPE防渗土工膜；
●30cm厚压实粘土层；
●250g/m2有纺土工布
●32cm厚鹅卵石排气层；
●修整后的垃圾堆体。
3、防渗膜的铺设
1）防渗膜的搭接
HDPE膜的搭接一般采用热熔焊方式，由加热喷头插在搭接缝中向前移动，边压紧边焊接，通常应遵循下列原则：
使接缝数量最少，并且主缝应平行于拉应力大的方向（即垂直等高线）；
接缝应避免在坡面和底面的结合部，及地下水集排水管的正上方等处；
应避免“+”形接缝，宜采用错缝搭接。
2）防渗膜的锚固
防渗膜按低位向高位延伸的原则铺设，在顶部、中间5米平台、底部分别锚固固定。
五、封场填埋气体导排方案
1、气体产生量
封场气体导排设计的目的：
一是有效地密封填埋场四周，减少场内生物气渗出和空气漏入；二是有组织地疏导填埋体内的生物气，借压力差将气体从导出管中导出，并视气体组分或直接排放或燃烧处理或收集利用发电。
为了更准确掌握本项目气体产生量及产出规律，设计通过收集进场垃圾量的运行数据，通过计算、分析，估算了长岭岗垃圾场的产气量。
表4－2填埋场产气量估算表
年序
年垃圾量
万t/a
累计垃圾量
万m3
年产沼气量
万m3
平均产气量
m3/h
1998
1.8
2.10
微量
微量
1999
1.9
4.40
45.60
52
2000
2
7.20
137.30
157
2001
2.1
9.40
216.00
247
2002
2.2
12.20
270.00
308
2003
2.3
15.20
301.00
344
2004
2.4
18.10
317.40
362
2005
2.5
21.00
335.20
383
2006
2.6
24.60
351.80
402
2007
2.7
27.80
377.30
431
2008
2.8
31.20
401.50
458
2009
3.1
35.70
423.90
484
2010
3.2
39.00
447.00
510
2011
3.4
43.50
465.30
531
2012
3.61
48
508.20
580
2013
484.30
553
2014
360.40
411
2015
215.40
246
2016
114.30
131
2017
60.70
69
2018
40.00
46
2019
12.01
14
微量
微量
2、气体收集系统
本填埋场原来没有设置沼气导排设施，但是考虑到本垃圾填埋场的填埋深度不大，平均约18m左右，最深处估计约22m，所以设计不考虑在垃圾体中重新钻井导气收集，而是采用水平导气收集系统，即直接在垃圾体表面设置32cm
厚鹅卵石导气层，同时鹅卵石导气层内间距布置一些沼气导出管
本项目根据需要安装沼气导排垂直石笼井12座，每座间距30m，交错排列。
石笼直径1.5m，其高度随垃圾填埋作业面的升高而升高。
石笼起到将垃圾场内产生的沼气放散的作用。
3、恶臭控制
生活垃圾填埋场由于厌氧微生物的作用，会产生浓度较高、数量可观的填埋气体。
填埋气体是易爆、可燃并有窒息作用的混合气体。
化学成分为：
CH4、CO2、CO、H2、O2、和NH3,其中CH4和CO2是填埋场所气体的主要成分，产生成分稳定时的CH4浓度可高达50-60%，CO2浓度为30%左右。
CH4是易燃气体，是一种清洁能源，当其中空气中的体积浓度为5-15%时就有发生爆炸事故的可能性。
由于对填埋气体没有采取有效控制措施，国内外都发生过爆炸事故，如湖南省岳阳一简易垃圾场曾发生沼气爆炸，造成数人伤亡，并摧毁了40m以外的一座堤坝。
同时，填埋气体具有恶臭性，严重污染环境，为确保填埋场封场后的安全以及保护环境，必须对填埋气体采取有效的控制、处理措施，进而控制恶臭。
填埋气体通过上面的估算可以看出，本填埋场在2012年的产气量最大，达到508.2万m3，平均产气量为580m3/h，封场后的2013年平均产气量为553m3/h，之后逐年递减，在封场6、7年后趋近于不产气，所以本填埋场的这个气量没有单独利用价值，设计拟采用燃烧处理。
收集的气体采用燃烧处理，填埋气体燃烧处理系统可分为两种：
一是集中燃烧处理，即采用主动抽气系统连接各导气井，将气体抽排至燃烧火炬，这种火炬的燃烧火焰被屏蔽，燃烧彻底，不宜断火，安全可靠，但是造价较高；二是分散燃烧处理，在每个沼气导排井上安装沼气燃烧器，这种燃烧器结构简单，造价低，可自行拆卸、组装，一般需要人工点火，运行时要避免出现断火。
考虑本工程为封场工程，沼气量不大且逐年减少，选用分散燃烧处理更节省投资；另外，由于本项目场址内现状无供电设施，专门为封场管理去申请供电也不经济，所以设计推荐采用分散燃烧处理的方案。
设计按照封场后7年内的平均产气量来选型，选用5个沼气燃烧器，规格为50m3/h。
这种燃烧器选择性的安装在新填垃圾区域的沼气管上。
六、渗沥液污染控制及处理
1、封场后渗沥液渗出量的预测
填埋场
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