卫生填埋库区工程设计方案

卫生填埋库区工程设计方案1.1填埋库容及使用年限1）库容本处理厂属于山谷型填埋场，填埋库区占地面积为94.7亩。为了形成初始填埋库容，在库区下游设置一座垃圾坝，垃圾吧内边坡按1:3进行设计，填埋库区边坡按1:3进行设计，场地坡度修正为2%。在计算填埋场容积时，分为两部分进行计算，其中一部分为垃圾坝坝顶标高以下部分，另一部分容积式当填埋的垃圾堆体逐渐向空中发展时，这时，为了保证整个堆体的稳定性，在堆体表面将要形成一定的坡度，垃圾堆体外坡设计为1:3,共设置3个马道平台，马道平台宽2m，它一方面可以缓冲坡面被雨水冲刷，另一方面在运行过程中，在该马道平台上可以设置临时终场排水沟，汇水面积内的雨水可以通过此排水沟汇入环场截洪沟，以尽量减少垃圾渗滤液的处理量，另外还便于对坡面进行检查、维修，有利于垃圾填埋库区的生态恢复。当堆体达到设计标高时进行封场，封场坡度为5%。根据上述参数计算，本填埋库区的原始库容为85万m³，填埋场标高、面积、容积计算见下表。填埋库区库容计算表库容类别填埋高度（m）面积（万m³）库容（万m³）覆土量（万m³）有效库容（万m³）平台一53.056111.42491.971014.4539平台二54.290821.43352.572018.8615平台三35.453313.28211.593911.6882平台四34.480011.09931.33209.7673平台五33.59659.09411.09138.0028平台六32.80347.26640.87201.3944平台七32.10035.61450.67374.9408平台八31.48784.13560.49633.6393合计2879.4136按照生活垃圾处理率100%考虑，从2010年到2023年处理城市生活垃圾的总容量为74.4957万吨，需要库容78.4165万m³。其中填埋垃圾需要库容68.8114万m³（垃圾填埋初始压实密度按0.8t/m³计算，最终沉降容重按0.95t/m³计算），覆土需要库容10.6022万m³（覆盖用土量按初始压实体积的13%计算），与本工程库容79.4136万m³一致，可以满足需求。1.2防渗工程根据填埋场防渗设施(或材料)铺设方向的不同，可将填埋场防渗分为垂直防渗和水平防渗，根据所用防渗材料的来源不同又可将水平防渗进一步分为自然防渗和人工防渗两种。1.2.1水平防渗技术方法：防渗是卫生填埋处理技术的主要标志，它能防止垃圾在填埋过程中产生的渗滤液、填埋气体对填埋场的水体和土壤污染，减少渗滤液的产生量，并为以后对填埋气体有序、可控制地手机和利用创造空间。防渗的技术关键是防渗层的构造，其结构形式直接决定了防渗效果和工程建设投资。水平防渗层的构造形式，经历了最初的不加限制到早期的粘土单层设计，直至进气的柔性膜与粘土复合层的发展历程。用于填埋场防渗层的天然材料主要有粘土、亚粘土、膨润土，人工合成材料主要有聚氯乙烯（PVC）、高密度聚乙烯（HDPE），条状低密度聚乙烯（LLDPE）、超低密度聚乙烯（VLDPE）、氯化聚乙烯（CPE）和氯磺化聚乙烯（CSPE）。高密度聚乙烯（HDPE）膜作为一种高分子合成材料，有其抗拉性好、抗腐蚀性强、抗老化性能高等优良的物性、化学性能，使用寿命50年以上。比如防渗功能比最好的压实粘土高107倍（压实粘土的渗透系数级数为10-7级，而HDPE防膜的渗透系数级数为10-14级）；其断裂延伸率高达600%以上，完全满足垃圾填埋运行过程中由蠕变运动所产生的变形；其它有利于施工、填埋运行。根据地质勘查情况，为达到既保证安全又经济可行的目的，本设计作出三种防渗方案进行技术经济比较，以便确定最合适的防渗结构体系。方案一：单层HDPE膜＋粘土复合衬垫1）竖向结构其竖向结构构造自上而下分别入图所示图2单层膜＋粘土复合垫2）工程造价：HDPE膜选用进口产品，土工网格、土工布选用国内产品，其余按当地市场价格，单位工程造价大概为142.5元/m3。方案二：双层HDPE膜复合防渗衬垫1）竖向结构其竖向结构构造自上而下分别如图所示：图3双层膜＋粘土复合垫2）工程造价：HDPE膜选用进口产品，土工网格、土工布选用国内产品，其余按当地市场价格，单位工程造价大概为173.1元/m2。方案三：单层HDPE＋膨润土复合防渗衬垫1）竖向结构其竖向结构构造自上而下分别如图所示：图4单层膜＋膨润土复合垫2）工程造价：HDPE膜、含膨润土交织土工布选用进口产品，土工布选用国内产品，其余按当地市场价格，单位工程造价大概为161.1元/m2。各方案技术经济对比1）对方案一的评价A）次方案是三个方案中较经济的一个方案B）适用性：若在填埋作业是，第一层所填垃圾很有尖锐物或在填埋过程中压实机械操作不当，使单层膜被刺穿，则防渗系统基本失效，造成水体污染。故本方案对填埋作业是的技术要求较高，且发生膜刺穿时造成的危害较大。2）对方案二的评价A）次方案造价较贵，并要求较高的监管水平B）适用性：双层膜具有双保险的作用。若第一层被刺穿，还有下层膜及土工布可阻挡渗滤液进一步向下渗透，因此可将经过上层膜孔洞的渗漏量减至最少，从而可大大减少通过防渗衬垫的渗漏量。3）对方案三的评价A）次方案造价在三个方案中相对经济B）适用性：单层膜＋膨润土的复合防渗衬垫最为经济实用。既可解决单层摸的穿刺问题，又可减少造价，不仅防渗效果良好，可靠性、耐久性也好，且施工方便，膨润土能够对局部渗漏点起到补漏的作用。因此，本设计采用方案三的方案。施工工艺：（1）特点和要求HDPE膜是高密度聚乙烯合成材料，具有较强的延展性和良好的防渗性能，但遇尖锐物易破裂。因此，HDPE膜的垫层、铺衬、覆盖及其他相关作业等在施工过程中均应十分严格地加以保护，这是保证垃圾填埋场防渗系统质量的关键。（2）坡面可分为土质坡面和石质坡面，根据设计规定，坡面放破系数不得德育1:1.25。土质坡面经机械开挖后，用人工整平夯实，彻底清除树根、砾石等尖锐杂物，然后铺垫一层土工布（400g/m2）、铺衬HDPE膜，再在膜上铺垫一层土工布；石质坡面应与周围土质坡面厚度一致，经修凿的石质坡面上用水泥砂浆抹平，然后铺衬HDPE膜，上覆一层土工布。沟谷一般由数条支沟和1条主干沟组成。支沟上设渗滤液收集沟（下设地下水收集盲沟）和鱼刺状渗滤液收集支沟；主干沟上设汇集渗滤液收集沟的渗滤液主盲沟（下设地下水主干沟）。场底为垃圾堆填区，场底基础为土方层填筑，机械碾压平整。场底土层（30cm厚）应由人工彻底清除树根、石块等杂物，然后铺筑40cm粗砂层，粗砂层中不得含有粒径>2.5cm的角砾或其他尖锐物。在粗砂层表面铺垫一层土工布，然后铺衬HDPE膜，上覆50cm过筛的优质粘土保护层，再铺筑40cm粗砂过滤层，才能用于垃圾堆填。图5水平防渗结构图（3）在坡面进行HDPE膜铺衬时，坡面上端应进行锚固，锚固采用锚固沟法，即在坡面上端距破口100cm处开挖宽、深各100cm的矩形沟槽，将HDPE膜和下层土工布沿沟槽底部及边缘铺设，然后用粘土分层回填夯实。石质坡面的锚固方法与土质基本相同，但锚固沟的尺寸可适当缩小，沟内采用低强度等级素混凝土回填。HDPE膜的拼接接口采用专用机械熔焊，局部破损也可采用焊接法修补。由于HDPE膜是进口产品，铺衬和焊接施工时应有专家现场指导。1.2.2垂直防渗填埋场的垂直防渗系统是根据填埋场的工程、水文地质特征，利用填埋场基础下方存在的独立水文地质单元、不透水或弱透水层等，在填埋场一边或周边设置垂直的防渗工程(如防渗墙、防渗板、注浆帷幕等)，将垃圾沥出液封闭于填埋场中进行有控制地导出，防止沥出液向周围渗透污染地下水和填埋场气体无控制释放，同时也有阻止周围地下水流入填埋场的功能。垂直防渗系统在山谷型填埋场中应用较多，在平原区填埋场中也有应用。垂直防渗系统广泛用于新建填埋场的防渗工程和已有填埋场的污染治理工程，尤其对于已有填埋场的污染治理，因目前对其基底防渗尚无办法，因此周边垂直防渗就特别重要。根据施工方法的不同，可用于垂直防渗墙工程施工的方法有地基土改性法、打入法和开挖法等。防渗墙的施工有以下方法：1地基土改性法施工防渗墙地基土改性方法施工防渗墙是通过充填、压密地基土等方法使原土渗透性降低而形成的防渗墙。在填埋场垂直防渗墙施工中主要有注浆法、喷射法和原土就地混合法3种。(1)注浆法施工防渗墙注浆法即注浆帷幕的一种方法，按一定的间距设计钻孔，采用一定的注浆方法和压力把防渗材料通过钻孔注入地层，使其充填地层孔隙，达到防渗的目的。该方法在我国的垃圾填埋场防渗中应用较广泛。(2)喷射法施工防渗墙喷射法施工是指通过高压旋喷或摆喷方法使浆液与地基土搅拌混合，凝固后成为具有特殊结构、渗透性低、有一定固结强度的固结体。该方法可使防渗墙的渗透系数达到10-7cm/s，固结体强度可达到10-20MPa。浆液可使用膨润土—水泥浆液或者化学浆液，如中科院研制的中化-798注浆材料。(3)原土就地混合法施工防渗墙原土就地混合法施工方法是将欲形成防渗墙位置的原状土用吊铲等工具挖出，并使其与水泥或其他充填材料就地混合后重新回填到截槽中。为了保证切槽的连续施工，采用膨润土浆液护壁。该方法在美国应用较多。这种方法适用于深度较浅的防渗墙。2打入法施工防渗墙打入法施工防渗墙是利用夯击或振动的方法将预制好的防渗墙体构件打入土体成墙,或者利用夯击或振动方法成槽后灌浆成墙的一种方法。用这种方法施工的防渗墙有板桩墙、复合窄壁墙及挤压灌注防渗墙等。(1)板桩墙板桩墙的施工是将已预制好的板桩构件垂直夯入地层中。常用的板桩有钢板桩和外包铁皮的木板桩，板桩之间要用板桩锁连接,两板桩之间要有重叠，间隙要保持闭合或进行密封，防止渗漏。板桩墙还要有耐腐蚀性。板桩墙比较适宜在软弱土层中使用，对于硬塑性土层则由于打夯困难而受到限制。(2)复合窄壁墙复合窄壁墙施工是：首先通过夯击或振动将土体向周围排挤形成防渗墙空间，把防渗板放入已形成的防渗墙空间，然后注浆充填缝隙形成防渗墙体复合窄壁墙的施工有梯段夯入法和振动冲压法等。梯段夯入法是先夯入厚的夯入件，最后分梯段夯入最薄的夯入件达到预计深度。打夯结束后，把含有膨润土和水泥的浆液注入形成的槽内，硬化后便形成了防渗墙体。振动冲压法是用振动器把板桩垂直打入土体里，直至进入填埋场基础下方的粘土层里，板桩以外的空隙注浆充填。施工时还要求振动板之间的排列和搭接闭合成一体，两板的间隙要保证闭合和封闭板桩墙通常是耐腐蚀的。(3)挤压灌注防渗墙利用冲击锤或振动器将夯入件打入到所要求的深度，夯入件在土体中排挤出一个槽段空间，一般5—6个夯入件循环使用,当第3个和第4个夯入件打入后，前2个打入件可起出，向槽段灌注防渗浆材成墙。灌注浆材料可使用由骨料(砂和粒级为0—8mm的砾石)、水泥、膨润土和石灰粉加水混合而成土状混凝土。土状混凝土各成分配比要根据对防渗墙体要求的渗透性、强度和可施工性等指标而定防渗墙体材料应满足制成防渗墙体的渗透系数(k≤10-7cm/s),并满足抗腐蚀性、能用泵抽吸、具有流动性、便于填充等要求。3开挖法施工防渗墙开挖方法施工防渗墙是通过挖掘地下土形成沟槽，槽壁的稳定由灌入的泥浆维护，然后在沟槽中灌注墙体材料并将泥浆排挤出而形成的防渗墙。1.3渗沥液收集导排系统垃圾处理场渗沥液的收集和排出系统，是垃圾处理场能否正常运行的重要设施。如果渗沥液收集和排出系统不能正常工作，将会使渗沥液大量蓄积于处理场内，从而导致以下问题：由于渗沥液的积蓄，使处理场底部的防渗层上的水压增大，从而使渗沥液的渗漏导致地下水及下游水体和土地受到污染。由于渗沥液的积蓄，使填埋的垃圾在水中浸泡，从而使大量污染物浸出，导致渗沥液污染物浓度增加。本项目垃圾处理场渗沥液的收集导排系统主要由设于底部防渗层上的渗沥液导流层、导流盲沟、竖向石笼组成。导流层实际上是在场地底水平防渗层之上铺设的300mm厚的卵石，粒径为16~50mm。施工时，卵石要求从上至下，粒径逐渐加大，这样既能截细小颗粒，又能确保排水通畅。导流盲沟布置在库底，盲沟内铺设HDPE花管并填满级配卵石，盲沟内HDPE花管直径为315mm。石笼：在整个填埋库区内按40m间距设置竖向导气石笼，石笼由直径1200m的铁丝网填以级配碎石形成，石笼内设置直径200mm的HDPE穿孔花管。渗沥液收集导排系统的工作机理是：各垃圾层的渗沥液进入附近的石笼或流到坡面上，再经石笼或坡面流入导流层进入盲沟，最后经渗沥液收集管排入渗沥液调节池中。1.4填埋气体收集导排及利用1、填埋场必须设置有效的填埋气体导排设施，严防填埋气体自然聚集、迁移引起的火灾和爆炸。填埋场不具备填埋气体利用条件时，应主动导出并采用火炬法集中燃烧处理。未达到安全稳定的旧填埋场应设置有效的填埋气体导排和处理设施。2、填埋气体导排设施应符合下列规定：1填埋气体导排设施宜采用竖井（管），也可采用横管（沟）或横竖相连的导排设施。2竖井可采用穿孔管居中的石笼，石笼宜用级配石料等粒状物填充。竖井宜按填埋作业层的升高分段设置和连接；竖井设置的水平间距不应大于50m；管口应高出场地1m以上。应考虑垃圾分解和沉降过程中堆体的变化对气体导排设施的影响，防止设施阻塞、断裂而失去导排功能。3填埋深度大于20m采用主动导气时，宜设置横管。4有条件进行填埋气体回收利用时，宜设置填埋气体利用设施。3、填埋库区除应按生产的火灾危险性分类中戊类防火区采取防火措施外，还应在填埋场设消防贮水池，配备洒水车，储备灭火干粉剂和灭火沙土。应配置填埋气体监测及安全报警仪器。4、填埋库区防火隔离带应符合本规范5.0.9条的要求。5、填埋场达到稳定安全期前的填埋库区及防火隔离带范围内严禁设置封闭式建（构）筑物，严禁堆放易燃、易爆物品，严禁将火种带入填埋库区。6、填埋场上方甲烷气体含量必须小于5%；建（构）筑物内，甲烷气体含量严禁超过1.25%。7、进入填埋作业区的车辆、设备应保持良好的机械性能，应避免产生火花。8、填埋场应防止填埋气体在局部聚集。填埋库区底部及边坡的土层10m深范围内的裂隙、溶洞及其他腔性结构均应予以充填密实。填埋体中不均匀沉降造成的裂隙应及时予以充填密实。9、对填埋物中的可能造成腔型结构的大件物品应进行破碎。1.5防洪系统防洪工程的设计是由场地周围的回水面积、降雨量、地表径流等因素确定的。通过计算相应的暴雨强度，再求出水量，便可设计截洪沟的尺寸。暴雨强度式中：q—暴雨强度，L/s·hm2P—设计重现期，a，取20年；t—降雨历时，min，取10min。（2）汇水量式中F—汇水面积，hm2；φ—径流系数，0.1～0.3，本设计中取0.2；=0.1692m3/s（3）截洪沟尺寸截洪沟断面为等腰梯形，上底b=0.5m，高h=0.4m，腰的坡度m=1，则面积湿周为水力半径由于山地的土质一般为粘土或非粘土的土壤，查《给水排水设计手册（第7册）城市防洪》得，其容许的不冲刷流速都很小，大部分都小于1m/s，抗冲刷能力很差，所以必须进行防护处理。本设计采用的是混凝土护面进行防护，其抗冲刷能力很强。查《给水排水设计手册（第7册）城市防洪》得，混凝土护面的边坡系数为=1.0，混凝土护面（无抹灰的混凝土）的糙率为n=0.013。流速计算公式为：其中：R——水力半径，m；i——沟底纵坡，其值不小于0.2%，本次设计可取2%；C——流速系数，其值与水力半径R和护面的糙率n有关。式中n—护面的糙率，混凝土取0.02。截洪沟中的流速为1.6监测井由于场区深层地下水大于30m，监测井检测深层地下水投资很大，因此在本项目中，依据《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889）设置地下水监测井，以检测地表水的水质。监测井包括地下水本底监测井、污染扩散监测井、污染监测井等，并根据地表水依山势的流向设置，本底井一眼设置在填埋场地表水流向上游50m处；污染扩散经两眼，设置在填埋场两旁各50m处；污染监测井两眼，设置在填埋场地表水流下游30m处和50m处。1.7填埋工艺城市垃圾由环卫部分的垃圾运输车运至垃圾处理厂，经垃圾填埋入口的地磅称重记录后驶入垃圾填埋库区，在现场人员的指挥下按填埋作业顺序进行倾倒、摊铺、压实、洒药和覆土，拉简单元分层填埋。1.8填埋作业设备选择科学、合理的汽配垃圾填埋作业所需的机械设备，是保证处理厂正常运行的关键。设备配备是根据处理厂实际工作量和作业机械的能力而设置，并考虑一定的使用率和完好率。根据本工程所用的填埋工艺要求，填埋作业应配置装载、推土摊铺、压实、挖掘、取土、运输等作业设备。1、推土摊铺设备的选择天买的垃圾及其覆盖土在填埋作业面倾倒后，为有利于下一步的压实作业，需进行推土摊铺作业。由于城市生活垃圾堆体成分复杂、密度不均匀以及含水率高等特点，选择推土摊铺设备必须具有接地压力适当、功率强劲，技能在相对较短的距离内将卸下的垃圾从一处推至另一处，又能在不平坦的表面甚至斜坡上移动等性能，为此本工程选用湿式履带式推土机用作摊铺设备。2、压实设备的选择为了节省垃圾填买的库容、增加垃圾填卖场的服务年限、减少垃圾填埋场的不均匀沉降、最大限度地发挥填埋场的投资效益，填埋垃圾在倾斜和摊铺后，必须分层压实处理，按照《生活垃圾卫生填埋技术规范》（CJJ17-2007）的规定，垃圾压实密度应大于600kg/m³，为此垃圾填埋场需配置压实设备。垃圾填埋场专用压实机，配有专门设计的带齿压实钢轮，具有功率大、爬坡和作业能力强等特点，配有专门设计的带齿压实钢轮，具有功率大、爬坡和作业能力强等特点。采用专用垃圾压实机可以大大提高垃圾的压实密度，经压实后的垃圾可获得900-1000kg/m³最佳压实密度，可明显增加填埋场的服务年限。通过经过专用垃圾压实机压实后的垃圾堆体不易发生不均匀沉降，有利于运输车辆的通行和排渗导气系统的稳定。因此新建垃圾填埋场，通常首选专用垃圾压实机。根据本工程设计规模，同时从经济上考虑，本工程拟选用国产压实机1台和履带式推土机1台、3、取土设备的选择为了减小填埋场对周围环境的污染，填埋场每一单短作业完成后，应进行覆盖，对于本工程采用黏土覆盖，因此填埋畅需配备挖土、装图和运土设备和车辆，主要包括装载机和自卸汽车等，在这些设备同时兼做填埋畅厂区道路的维护和填埋库区场地的平整等。4、喷药和洒水设备的原则填埋场还应有灭蝇、灭虫、灭鼠、防尘和除臭措施，为此垃圾填埋畅需配备洒水、喷药两用车，定期对填埋畅机器周边地区进行喷药和洒水，一所好灭蝇、灭虫、灭鼠、防尘和除臭工作、5、其他设备的选择为了防止填埋畅垃圾中的纸张、塑料袋等轻质垃圾在填埋过程中的随风飞扬，本工程在垃圾填埋场周边设置防飞散网。填埋工程主要设备配置见下表：序号设