2l 世纪初期城市生活垃圾卫生填埋场在我国得到了快速发展我国开始将高密度聚乙烯(HDPE)土工膜运用于城市生活垃圾卫生填埋场大大提高了我国城市生活垃圾卫生填埋处理技术水平。有关建设标准及设计规范相继出台如《城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准》和《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》2001 年颁布执行为城市生活垃圾卫生填埋场设计指明方向。
1.1HDPE 土工膜特性
土工膜是垃圾填埋场工程常用的三种主要土工合成材料(另有土工网和土工织物)之一其防渗性能是衡量垃圾卫生填埋场是否达到环保要求的主要指标。土工膜通常由连续的聚合物薄层制成并不是绝对不透水气只是相对土工织物或填土甚至粘土而言是不透水气的。其水气渗透试验测得的数据在 0.5×10-100.5×10-13cms 之间。因此垃圾卫生填埋场其土工膜主要功能是用来隔断渗滤液和填埋场气体的外泄防止有害物质污染周围环境。HDPE 土工膜是垃圾卫生填埋场防渗工程中运用最广泛的材料其运用的部位主要有填埋场底部衬垫、填埋场封场覆盖、渗滤液调节池衬垫等。以前我国垃圾卫生填埋场中常用的 HDPE土工膜皆从国外引进如美国、德国、韩国等近几年随着国内化工产业蓬勃发展HDPE 土工膜大部分实现了国产化其厚度主要有 1.0mm1.5mm2.0mm3.0mm3.5mm。 HDPE 土工膜的结构型式有光面的和加糙的适用于不同的场地要求。
HDPE 土工膜的主要特征和优点有
a.强度较高。屈服抗拉强度可达 18MPa断裂抗拉强度可达 35MPa剥离强度
31kNm剪切强度 33kNm延展性良好。屈服延伸率为 l316断裂
延伸率为 700800有较好的地表适从性、耐候性其真正破坏时应变
大约高达 1000。
b.防渗能力好。防渗系数小于 1×10-13cms可以确保渗滤液不因衬垫而泄漏、
污染土地雨水不会透过封场的覆盖层增加渗滤液量填埋气体不会透过衬垫
而泄出。
c.化学稳定性好。因填埋体的最高温度可达 50℃化学稳定性是填埋场设计过
程中最关键的因素。HDPE 土工膜是所有土工膜材料中化学稳定性最好的材料
城市生活垃圾卫生填埋场的渗滤液化学成分对 HDPE 衬垫不构成威胁HDPE
土工膜具有良好的防腐蚀性。
HDPE 土工膜软化点约 121℃冷脆化点约为-120℃。其对无机酸、有机酸、无
机盐、酒精类、醛类、胺类、酯类、油脂有较强抵抗力能防止这些化学物的直
接腐蚀也能防止因吸收和膨胀而导致性能衰退对某些碳氧化合物(如苯、苯
乙醛、已烷和甲醛)也有一定的抵抗力仅对卤族碳氧化合物(如氯化苯醛、含溴
苯)的抵抗力较差。
国外的室外风化试验结果表明 HDPE 材料的性能始终良好。跨大西洋的通讯
电缆是 20 世纪 40 年代铺设的至今没有损坏埋在土中和水下 HDPE 衬垫的
耐久性可达 50 年以上。
d.具有良好的抗紫外光老化性。HDPE 土工膜中的炭黑加强了其抗紫外光的能
力。其中不用增塑剂因而没有暴露在紫外光下被分解的问题。
e.抗啮齿动物和微生物侵袭。各种试验证明动物和微生物只侵袭那种含有增塑
剂的聚合物并以其为食物HDPE 土工膜不受这种影响。
f.施工方便施工技术成熟焊接质量高。焊缝强度高于母体材料强度焊缝的
形式有单轨、双轨焊缝双轨焊缝便于检测。
国外常用土工膜还有超低密聚乙烯(VLDPE)土工膜、复合土工膜(如 HDPE 土工
膜和膨润土复合VLDPE 和 HDPE 复合)等。VLDPE 土工膜适应变形能力较强
可用于柔韧性要求较高的填埋场。复合土工膜除具有复合用材的优点之外另外
还有增强抗渗透能力的优点。
HDPE 土工膜施工要求
a.须配合整个工程进度彻底清除场地草皮、树根和一切尖角硬物下垫层平整
不可有凸起褶皱以防损伤土工膜。
b.对于松软部位应进行挖除回填夯实。场内任何足以毁损 HDPE 土工膜之物品
如铁钉、木材、突出物等在 HDPE 土工膜铺设前应全部清除。为了防止人为
损伤土工膜禁止施工人员穿硬底鞋或带钉鞋禁止往土工膜上扔杂物。
c.在平整场地完成后依据工程师核准的铺膜施工图铺设并根据场地地形加设工
作平台及锚固沟(1000mm×1000mm)锚固沟的开挖回填均应满足土工膜安全稳
固的要求。
d.土工膜和土工布铺设完成后在填埋场库底覆盖 50cm 的粘土和 40cm 的小粒
径碎石层边坡部分自坡趾线垂直距离 1.5m 内覆盖 50cm 厚的压实粘土保护
HDPE 土工膜免遭损坏。
e.现场搭接前须先彻底清除搭接部分的异物如泥土、砂石等搭接的接缝必须
错开排列搭接方法应采用挤出成型焊接法下雨天或有雾、风沙太大时不得
进行搭接施工。铺设土工膜时可在膜上放置砂包压重以防大风吹卷土工膜且
能保护土工膜不被损伤。
f.为保证土工膜的焊接质量要将土工膜的焊缝面清理干净。根据气温和风向、
风力随时调整焊接温度和行焊速度经常清除焊机胶轮表面及热楔表面粘附的
土工膜材料的残余物保持其表面清洁施焊时基底一定要平整坚硬拼缝搭接
面一定要平整防止焊缝褶皱不平。
g.在铺设土工膜上垫层、保护层面层及用粘土填锚固端时不可损伤复合土工膜。
h.每道工序完成后必须经现场监理工程师的验收认可方能进行下一道工序施
工。
2 应用实例
2.1 丰润区无害化垃圾填埋场概况
唐山市丰润区无害化垃圾填埋场受纳物为城市生活垃圾是我国较早采用通用卫
生填埋技术处理城市生活垃圾的大型现代化填埋场于 2006 年 12 月被国家建
设部、中国城市环境卫生协会列入全国Ⅱ级无害化处理场名单。整个工程规划分
二期建设一期填埋区库容 30 万 m3服务年限 10a二期填埋区库容约 50
万 m3服务年限 10a。
总填埋库容为 80 万 m3目前日均处理规模为 120t属Ⅱ级规模填埋场。固体
废弃物填埋场采用人工水平防渗技术有效地实现了场区清、浊、污分流建有
完善独立的地下水收集系统、渗滤液收集系统、填埋场气体收集系统、环境监测
系统、自动称重系统、闭路电视监控和电脑网络系统。自投产运行以来认真执
行卫生填埋技术规范采用先进的辗压设备达到了卫生填埋压实覆盖的技术标
准要求。
2.2HDPE 土工膜应用
下坪固体废弃物填埋场最大的垃圾堆积高度达 120 余 m根据计算采用表面
加糙 HDPE 土工膜厚 2mm其物理力学性能见表 2。垃圾容重按 10kNm3
考虑。经计算HDPE 土工膜的强度安全系数为 50。
在单层 HDPE 土工膜上有保护层(土工布、粘土层)膜下有支持层(粘土层)。在
主渗滤液收集系统之下增加了一层土工复合膜(膨润土厚 6mm)增加其抗渗能
力。
若 HDPE 土工膜与下层土接合良好复合衬垫中 HDPE 土工膜每 4000m2 有一
个 0.1cm2 小孔复合衬垫中土层的渗透系数为 1×10-7ms土工膜上水头
0.3m则复合衬垫渗漏率为 3.206×10-6m3(m2•d)。
HDPE 土工膜防渗结构边坡稳定计算采用极限平衡法其边坡抗滑稳定安全系数
达到 1.3。
3 结语
根据国内外成功实例的经验采取以 HDPE 土工膜为核心的层状防渗结构层
在填埋场的底部和周边形成隔离层防止渗滤液污染地下水减少渗滤液产生量
并实现渗滤液和地表水、地下水的分流排放能有效达到防渗环保目的。目前土
工膜已在我国城市生活垃圾填埋场中广泛运用土工膜的设计(厚度、强度、渗
漏量、边坡稳定等)、施工技术已逐渐被我国的工程技术人员掌握。土工膜施工
保护措施是非常重要的施工单位需有完善的施工组织设计确保土工膜不因石、
锐器、人为等因素损伤而发生渗漏现象。丰润区无害化垃圾填埋场 5 年多运行和
地下水的监测表明城市生活垃圾填埋场采用土工膜复合结构防渗系统是科学合
理、安全可靠的。
