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灘涂垃圾填埋場防滲施工中,怎樣控制hdpe防滲膜預留量?

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1 引


  隨著我國城鎮的快速發展,城鎮居民對生活環境質量也提出了更高的要求,城鎮生活垃圾處理問題作為當前城鎮化進程中的熱點問題,越來越受到人們的關注,針對城鎮垃圾處理的研究也越來越多。浙江的環衛基礎設施建設一直居全國前列,但2008年以前尤其是2000年前,由于技術和資金的缺乏,以及制定垃圾填 埋場建設和運行管理方面標準和規范的延遲,造成了很多填埋場選址不當、作業不規范、無有效或根本沒有防滲系統、填埋氣體和滲濾液導排處理系統,運行管理混亂,對周邊環境帶來嚴重污染,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,對存在問題的垃圾填埋場要及時進行治理,使垃圾處置能真正達到無害化的目標。

2 灘涂型垃圾填埋場的特點


  受自然地理條件限制,浙江省內沿海地區(臺州、溫州等地的垃圾填埋場部分坐落在灘涂上,下部多為性質較差的淤泥質軟土,具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高、滲透性小等特點。淤泥質軟土的承載力基本在40kPa~60kPa,若不對填埋場地基進行有效的加固處理,垃圾回填超過3m-4m即有可能引起下部軟土的 剪切破壞,并產生較大的沉降,導致庫區底部埋設的滲濾液導排管和地下水導排管沉降、錯位、斷裂、堵塞,失去導排和收集功能,同時致使底部鋪設的防滲層產生過大的拉伸從而破壞開裂,最終帶來填埋場底部的防滲系統和導排收集系統全部失效,污染地下水,嚴重影響周邊環境,庫區水位升高,垃圾壩下部基礎土體沉降破壞,垃圾壩滑移倒塌的風險大大增加,整個填埋庫區面臨徹底破壞的危險。

3 HDPE防滲膜的特性


HDPE膜也被稱為高密度聚乙烯膜,是由HDPE構成的塑料卷材,是垃圾填埋場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是否達到環保要求的主要指標,具有抗拉伸能力強、化學穩定性高、抗老化性強等特點。


HDPE膜屬彈塑性材料,光面HDPE膜(膜厚在0.75m3mm之間)的屈服強度在llN/fnm~44N/fnm之間,斷裂強度在20N/fnm ~88N/fnm之間,屈服伸長率為12% ,斷裂伸長率為700%;糙面HDPE膜(膜厚在1mm~3mm之間)的屈服強度在15N/fnm~44N/fnm之間,斷裂強度在10N/fnm~32N/fnm之間,屈服伸長率為12%,斷裂伸長率為100%。

考慮到使用的耐久性和防滲結構的安全性,在填埋場工程實際應用中應采用HDPE膜的屈服強度和屈服伸長率作為控制指標,若超出該限值,則會產生部分不可恢復的塑性變形,從而縮短膜的使用壽命,影響垃圾填埋場的正常運行。在受條件限制的情況下,在設計和施工階段要充分考慮HDPE膜可能會產生的拉伸變形以及變形量的大小,并采取相應的工程措施,避免由于膜的過大變形給填埋場運行帶來的危害。


4 浙江臺州地區某填埋場治理工程實例


4.1 工程概況


項目位于浙江臺州某地海涂,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,庫區東西長約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,現狀庫區是環庫做垃圾壩隔擋之后形成的庫區,一期壩頂設計標高6.6m,二期垃圾壩加高尚未實施。由于下部軟土層沉降,近期實測壩頂標高5.5m~5.7m。目前填埋作業在現狀垃圾壩內進行,庫區底部標高為2.5m ~3.5m,已填埋垃圾標高為6.0m~13.0m之間,即垃圾堆體高度在3m~10m之間。庫區采用單層HDPE膜人工防滲,庫底原已鋪設滲濾液收集導排系統。由于一期庫區建設時受建設資金限制,庫區內庫底部分未做地基處理,隨著垃圾堆體加高,地基荷載加大,導致庫底部分產生不均勻沉降,致使一期庫底滲濾液導排管斷裂、堵塞,防滲膜拉裂變形破壞,再加上填埋作業施工時中間覆蓋和臨時覆蓋做得不到位,使得滲濾液徑流雨水不能及時有效的排出庫區,在庫區形成了多處淤積,給填埋場的運行帶來極大的隱患和危害。


4.2 治理技術要點


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節池內,在靠近垃圾壩處一定范圍內清理出庫底,沿垃圾壩內側新鋪設導排盲溝,將滲濾液引出庫區,并通過新增的提升泵井導入調節池。


4.2.2 臨時覆蓋及雨污分流:采用1.0mm厚HDPE防滲膜對庫區在填埋作業時進行臨時封場覆蓋,并在臨時覆蓋膜鋪設過程中形成臨時排水溝,將堆體表面雨水徑流有序排出場外,從而減少惡臭氣體的散發和垃圾滲濾液的產生量。


4.2.3 規范化作業:將垃圾填埋作業為三個大區域,依次進行填埋作業,每個大作業區內分為若干不大于2000m2的填埋作業面,使用的填埋作業面進行作業時其他未作業區域保持用1.0mm厚HDPE防滲膜臨時覆蓋。

4.3 HDPE防滲膜鋪設預留量的控制要點


4.3.1 HDPE膜在本工程中的作用


通過前面的技術分析,在治理該填埋場的技術要點中,HDPE膜至關重要,為達到臨時覆蓋、雨污分流、規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系到該工程治理效果的成敗。


4.3.2HDPE膜需考慮預留量的原因分析


(1)下部軟弱地基的沉降固結未完成


地質報告顯示庫區場地下部分布有淤泥質粉質粘土和淤泥質粘土層,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,屬性質較差的軟土。 由于庫區建設時未對地基進行加^處理,再加上軟土滲透性低, 固結速度慢,工程竣工至今僅有7-8年時間,遠未達到完全固結,在上部附加荷載作用下還會繼續緩慢沉降,并且庫區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,靠近庫區中心處的垃圾堆體高度高,再加上分區作業,致使作用在庫區底部地基上的附加荷載不相同,從而產生不均勻沉降,會使防滲膜產生一定的拉伸變形。


(2)已填埋垃圾堆體的壓實度未達到要求現狀


已回填垃圾高度在3m ~ 10m之間,由于以前分層攤鋪、碾壓作業不到位,已回填的垃圾比較松軟,在現狀垃圾表面繼續向上進行填埋作業時,由于機械和后回填垃圾的作用,會對下部已回 填的較為松軟的垃圾產生一定的壓縮作用,引起垃圾堆體自身的沉降,從而對鋪設在堆體表面的防滲膜產生一定的拉伸變形。


(3)垃圾堆體的承載力未達到要求


隨著時間的推移,庫區下部的軟土地基隨著固結的逐步進行,孔隙率和含水量會逐漸降低,承載力會逐漸增加,只要填埋工序得當,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該能夠滿足堆體繼續填埋的要求。但已回填垃圾由于比較松軟,在繼續上部作業時承載面極易產生坍塌,從而導致防滲膜產 生一定的拉伸變形。


4.3.3 HDPE膜預留量的確定


上述三個原因的共同作用會加大HDPE防滲膜的拉伸變形量,加快HDPE防滲膜拉裂現象的出現。因此,需對鋪設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引起臨時覆蓋層不平整,一方面容易起鼓,影響填埋的正常作業,且不利于雨水的有序疏導,另一方面也會使氣體聚集,帶來安全隱患,因此,在確定HDPE膜的預留量時,要充分考慮填埋場運營期下部軟土的變形趨勢、垃圾最終堆高、HDPE防滲膜的屈服拉伸強度等各個因素,結合工程的實際情況,確定防滲膜的預留量。


取防滲膜單卷長度100m作為計算基數,以溫差引起的變形量為基準,乘以一定的安全系數,即可得出單卷膜的預留量。


防滲膜預留量計算公式


本工程安全系數暫取1.5,即預留系數在3.58% ~4.23%之間,統一取4%。


本工程單卷防滲膜的預留量為100x4%=4m。


5 結語


在灘涂型不規范垃圾填埋場的治理過程中,要充分考慮下部軟土地基的固結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,在防滲膜的鋪設過程中適當預留一定長度是非常有效的工程措施,但在預留系數的計算和選取上,要理論結合實際,根據工程的具體情況選擇合理的參數,必要時輔以建模計算,同時在填埋作業過程中和填埋作業完成后一定時期內加強觀測,若不均勻沉降量超出了防滲膜的預留量,應及時采取有關措施,防止出現工程危害。

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