满足填埋要求,不致于影响正常的填埋
作业。如脱水后直接填埋,只能寻找洼地或于平地开凿实施窄沟
填埋,国内其他地区已有实践。也可与建筑渣土混合后填埋,实际效果需待检验。 填埋库容的计算 垃圾坝高度的确定
为了尽量节省投资和少占土地,需要为垃圾坝选取合理的高度,若垃圾坝高度过高,虽然可使填埋场的库容变大,但是所需的基建工程量大,投资较高;如果垃圾坝高度过低,则导致垃圾填埋场的库容降低很多,不利于远期效益,且垃圾坝具有稳定垃圾堆的作用。
根据A市填埋场的地形特点和分区需要,由于该市是平原地带,场址也是平原地区,所以垃圾坝所需土料主要来自填埋场向下挖出的土方量,不需要从其他地方取土。本设计垃圾坝的高度为设计为5m,宽度为6m。 填埋边坡的设计
根据国内外垃圾填埋场的运行经验,填埋边坡的实际作用是供碾压设备行走,如果高度差过大,容易导致机械车辆行车困难,尤其是在雨季,将导致机械车辆几乎无法通行;如果坡度太陡,也不利于设备的运行;且边坡太缓就会导致填埋库容变小,同时,填埋堆体边坡的设计还在于使填埋堆体在多雨季节,发生地震以及渗滤液导排系统堵塞造成填埋堆内渗滤液积累等情况下维持堆体的稳定性。一般来说,填埋堆体以10m为一个升层,边坡取1:3时可同时满足上述要求。
本工程对填埋边坡采用如下设计:当低于垃圾坝坝顶标高的库区垃圾堆满后,用碾压设备以1:3的坡度往上压实,每升高10m设置一道宽5m的坡面平台,作为行车道。然后用碾压车继续以1:3的边坡向上堆卖垃圾,最后直至填埋堆体标高到达设计边线标高。达到设计边线标高之后,填埋堆体再以5%的坡度向中央堆积,直至填埋堆体中心标高。最后,填埋场堆体从顶部以5%的坡度下斜至沿填埋堆体边线修筑的排水沟,以利于终场后表面雨水导排。 填埋场库容设计计算
根据该市地形判断选择地上地下填埋类型,下窄上宽的梯子型填埋区。设计高度15m,地上5m,地下10m,垃圾坝以上10m。
单个梯形台的计算公式为:
V1?(S1?S2?S1?S2)?H/3 (4-1)
式中 V1-梯形台体积,m3; S1-上截面面积,㎡; S2-下截面面积,㎡; H-垂直高度,m。
每个填埋区都有三个截面,最下面开挖的截面成为下截面,垃圾坝最上面的截面为中截面,填埋完成时最上面的截面为上截面。 一期工程设计计算
下截面设计为280*280m,中截面设计为340*340m,上截面设计为280*280m。 由公式(5-1)得:+= 万m3>万m3 二期工程设计计算
下截面设计为300*300m,中截面设计为350*350m,上截面设计为250*250m。 由公式(5-1)得:127+=万m3>万m3 三期工程设计计算
下截面设计为400*400m,中截面设计为450*450m,上截面设计为350*350m。 由公式(5-1)得:217+=万m3>万m3
总库容为:
++=万m3>万m3,因此符合要求。
按照《生活垃圾卫生填埋技术规范》和《生活垃圾卫生填埋》中的规定取内坡比为1:2,每个单元堆体设计高度取3m。
垃圾坝的结构
一期工程垃圾坝围绕在填埋场周边,利用填埋区开挖的土量建成。经计算确定其高度设计5m,宽6m,用运输垃圾的卡车进入库区,上下边坡1:3。 垃圾坝坝型
垃圾坝坝型需根据成本,材料和稳定性等因素进行选型。国外有很多垃圾坝种类,根据结构分为重力、支墩板式和板桩等类型;根据建筑原料可分为土石坝、混凝土与钢板桩坝等。从当地地质条件看,虽然混凝土坝和浆砌石坝体型小,但是对地质要求较高,土石坝虽然体积较大,所需筑坝材料多,但是对地质条件要求较低;而且从经济角度考虑,混凝土坝和浆砌石坝地基都需要工程处理,自身造价高,而土石坝的材料可以就地选取,造价低。近年来国内垃圾填埋场中,垃圾坝以土石作为主要原料。由于A市石料产量多,土料还可用填埋场挖方的表土,所以本工程选取碾压式土石坝。 垃圾坝防渗
卫生填埋场比普通工程对防渗要求更高。《碾压式土石坝设计规范》对防渗土壤规定:均匀土坝的渗透系数需小于 1×10-4 cm/s,粘土心墙的渗透系数需小于1×10-5cm/s。从相关的规定来看,用土作为防渗材料的土石坝根本不能满足垃圾处理场的防渗要求。因此,在设计垃圾卫生填埋场时,土石料筑坝只要满足“稳定”要求即可,防渗问题可通过用 HDPE 膜等人工防渗材料解决。
本工程决定在土石坝上游面设防渗层,由内到外分别是坝体土石、400mm 厚粘土垫层,5mm 厚 GCL,2mm HDPE 膜,600g/m2土工布,同时设置600mm的码放袋装土用来来保护土工膜,填埋场内防渗层与垃圾坝上坡面防渗层为一体。垃圾坝下游外边坡用干砌石为原料,其厚度为 ,在各个土石坝最低高程以上 左右位置铺设 HDPE 管,从而将场区内的渗滤液导入到调节池。 HDPE 土工膜的孔口四周与HDPE 排渗管需要焊接好以防变形导致渗滤液漏出。
填埋场使用年限和分区确定
根据A市人口规划、生活垃圾产量预测表3-1、填埋场容积预测表3-3和填埋场库容的设计计算,将填埋场分区为三块:一期库容万m3,使用四年;二期库容万m3,使用年限为四年;三期库容为万m3,使用年限为六年,总库容为万m3。
填埋场土方清理
基底构建是在分析场址地形的基础上,结合库底的覆土厚度以及地貌特点,确定库底的主轴线,并沿着此轴线做库底平整。所构建的基底应该满足场区库底横向和竖向的要求。横向平整的目的是促进场区渗滤液、地下水以及雨水的收集导排。竖向平整是考虑场区的防渗所需要建设的库底锚固沟位置,以加强膜的锚固。 (1)场地挖方规定:主要是将场区内的石头、杂草等全部清除,挖方的坡度需按照相关要求,不能超挖。
(2)土建构筑面的规定:构筑面应平坦无裂缝;坡面平稳,过渡平缓;基底外部没有积水、竖直高度26cm之内没有石块、杂草以及其他无关物质。
(3)回填规定:回填底部不能含有石块、杂草、淤泥等不利物质,填埋底部无积水,回填土质需与设计规定相符,回填需根据相关要求分层回填并压实,使压实密度90%以上。
库区在经过开挖和平整后,基底可能会出现风化泥岩碎块区、砾石区和泥岩石区。为了保证水平防渗系统安全,采取以下处理方式: 对库底区域采用粘土压平。
对边坡区域采用喷射C15水泥砂浆并抹平。 下面对一期工程的土方量进行计算说明: 开挖土量计算
开挖的是一个梯台,下截面为280*280m,上截面为318*318m,高度为7m。根据梯台体积公式可得,开挖土量为万m3。 (2)使用土量的计算
填埋场填埋过程中,每日覆盖用土为*8%=万m3;两个垃圾坝用土量为:下截面边长为11+6+4*3=29m,上截面边长为6m,高度为4m,所以根据梯台计算公式得万m3,*2=万m3;总共需要土方量为万m3,再加上其他地方没有计算的用土量,由于万m3远大于万m3,所以填埋场所需土量完全可以自行解决。
防渗工程设计
防渗设计是卫生填埋场设计的关键一步。防渗的一个作用是阻止渗滤液渗入地下水中污染水源,导致生态恶化和影响使用地下水的村民的健康;另一作用是阻止地下水进入垃圾里,增加渗滤液的产生,从而增加了填埋场的运行成本。
按照《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》相关规定,需要对没有防渗能力的填埋场采取防渗工程避免污染周边。具有天然防渗条件的卫生填埋场,其天然粘土类衬里系数不应大于10-7 cm/ s,库底和四周衬里的厚度应该大于2m,填埋场若不满足粘土衬里或其他土衬里防渗规定,应采用人工防渗技术。防渗效果好坏是判断填埋场设计好坏的重要标准。
填埋场的防渗举措主要包括水平防渗、垂直防渗、垂直和水平的三个类别组合,一般根据填埋场的位置和水质资料选取相应的防渗措施。由于本填埋场地形是平原地形,故不需要做垂直防渗系统。 水平防渗
水平防渗对垃圾场进行场底和边坡铺设,让填埋场成为封闭的系统,通过使用防渗材料阻碍渗滤液通过,水平防渗适用于库区底部没有不透水层以及需要较高防渗水平的填埋场。
水平防渗的结构模式,由一开始的粘土单层设计发展到透气的柔性膜和黏土复合层。防渗的天然材料包括粘土、膨润土、亚粘土,人工合成材料包括高密度聚乙烯(HDPE)、聚氯乙烯(PVC)、超低密度聚乙烯(VLDPE)等。如今一般卫生填埋场防渗材料以HDPE膜为主。
HDPE膜是一种人工合成的高分子材料,具有抗拉强度高、耐腐蚀、抗老化、使用寿命50年以上等优点。其防渗能力比最好的压实粘土高107 倍,断面抗形变能力强,在垃圾卫生填埋场填埋过程中因土壤运动导致的形变以内;方便了工程施工,有利于填埋运行。
按照现场分析情况,本设计选取三种防渗方案进行比对。
方案一: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4-1 双层膜+粘土符合垫示意图
方案二: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4-2单层膜+膨润土复合垫示意图
方案三: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4-3单层膜+粘土复合垫示意图 各方案技术经济对比如下: 对方案一的评价:
该方案优点是双层膜比单层膜更加保险,因此可以将渗透量控制到最少,也可以降低后面对渗滤液的处理。缺点是此方案造价较高,并要求较高的现场监管水平。
对方案二的评价:
该方案优点是总价最少,并且本方案还可减少单层膜的容易破裂的问题,防渗效果好,耐久性好,施工方便。 对方案三的评价
该方案是三个方案中比较经济的一个方案。然而其弊端是填埋工作时,填埋的第一层固体中如果有很尖锐的物体以及填放过程中压实效果不好,单层膜就有可能遭到损坏,最终导致填埋场不具有防渗能力,造成地下水污染。因此本方案要求更高的填埋的技术,但是膜被刺穿的风险仍很大。
考虑到该填埋场库容较大,是Ⅱ类Ⅰ级处理场规模,建设成本较高以及其他各方面因素,所以选择方案二单层膜+膨润土复合防渗衬垫。
按照《生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程规范》要求,单层防渗的结构设计必须与下面要求相符:
1)HDPE膜的厚度应至少;
2)HDPE膜上需选取非人工织造的土工布当做保护层,规格应至少600g/㎡;
3)GCL的渗透系数应小于5×10-11 m/ s,规格应大于5000g/㎡;
4)GCL底下需选取一定厚度的压实粘土作为保护层,压实粘土渗透系数应小于1×10-7 m/ s.
根据以上规定,本设计所选的HDPE膜规格为700g/㎡,厚度2mm。GCL土工布厚度为5mm,压实土壤2m厚,天然夯实地基1m;厚的700g/㎡的非人工制造土工布当做保护膜,并在此之上铺设700mm的砂砾排水层和160g/㎡的编织土工布。
防渗系统的锚固
为提高防渗系统的稳定性,当土工膜铺设结束后,每上升10m建造一个环状的锚固平台,其宽度根据坡度而定。一般锚固沟宽,深度为,距离垃圾坝边线。在没有达到该标高前,锚固沟可以当做临时截洪沟。
渗滤液收集和导排系统
垃圾在堆放过程中会因为生物降解和降水等作用生成一种高浓度有机废水,被称作渗滤液。渗滤液成分比较复杂,包含很多毒害物质。渗滤液中的CODcr和BOD5浓度有时估计能到数千甚至几万,所以卫生填埋场需设计相应的渗滤液收集和导排系统,将垃圾堆放过程生成的垃圾渗滤液先收集再进行处置,以防止其污染地下水和垃圾场周边的环境。
渗滤液收集和导排系统包括以下几部分:渗滤液反滤和排水层、渗滤液收集池、多孔收集管网、提升管、检修孔、清洗端口、渗滤液储存罐以及水泵。渗滤液收集和导排熊必须设计有足够的导排能力,能够在填埋场的长期运行中承担各种情况下的渗滤液导排任务。双层衬垫系统在设计的时候,必须建造相应的渗滤液防渗监测系统。
渗滤液的产量
由于许多因素的影响,如蒸发量、降雨量、地下渗入、不同垃圾的性质、场底排水设备的情况等,渗滤液的产量也会不同。按照国内卫生填埋场运营经验,渗滤液主要是由雨水和垃圾自身渗沥物组成的。 (1)垃圾自身渗出的水分
生活垃圾卫生填埋场设计
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