岩土工程技术在废弃物填埋场中的应用研究

丁相军，朱强伟

（1.青岛地质工程勘察院，山东 青岛 266100;2.青岛地矿岩土工程有限公司，山东 青岛 266100）

1 废弃物填埋场的概述

1.1 废弃物填埋场的含义

废弃物填埋场是利用卫生填埋的方式处理垃圾，处理方式为覆土分层填埋，堆积一层垃圾后再覆盖一层土壤，从而隔绝垃圾与环境的接触，降低其对环境的污染。

1.2 废弃物填埋场选址原则、程序

废弃物填埋场选址应遵从安全、经济的原则，同时要远离河流、湖泊、地下水源的源头或泄洪道，避免在居民区、机场等人流密集的区域建立。

废弃物填埋场的选址需遵循以下程序：首先，根据城市的规划、地形地貌和水文条件等资料初步拟定多个候选场址。然后，实地踏勘填埋场及其周围的地质条件、气象条件、交通条件及居民情况等内容，并择优选出预选场地。接着提出初步的选址方案，完成场址可行性研究报告。最后经过审核确定最终场址，并进行岩土工程勘察工作。

选址需要考虑的地质条件主要包括：一是评估天然弱透水层的基本情况如厚度、水平向连续性、透水性等；二是填埋场及其周围地下水及渗透情况；三是天然或人工边坡的稳定情况；四是地基土的承载力和变形特性；五是土壤的防渗性和地基不均匀沉降情况；六是土壤结构可能发生断层、塌陷、地震等自然灾害的情况。

2 岩土工程技术在废弃物处理场中的应用

2.1 在填埋场稳定性方面的应用

按照地质条件的不同，废弃物填埋场大致可分为山谷型、平地型、坡地型、滩涂型和坑埋型五种类型，其中类型不同的填埋场所面临的安全稳定性具有一定的差异，笔者以常见的山谷型填埋场为例，主要介绍岩土工程技术在其稳定性中的应用。

山谷型废弃物填埋场的稳定性主要表现在边坡稳定性和垃圾坝稳定性两个方面。第一，场边坡稳定性。包括短期、长期稳定性两个方面。短期稳定性不足的出现在填埋场建设初期，这个阶段有大量的挖掘工作，若场体的边坡较陡，则挖掘极有可能会导致场体内部应力状态改变，发生失稳的状况。长期稳定的问题主要指当潜在不稳定区的变形达到临界极限时，会出现明显的负超孔隙应力。负超孔隙应力虽然在一定程度上暂时增加了潜在不稳定区的稳定强度，但负超孔隙应力的消散会直接导致边坡突然破坏[1]。第二，垃圾坝稳定性。垃圾坝是山谷型填埋场常见的基础设施，它通常设立在山谷出口，目的是使填埋场与外界隔绝，形成一个相对独立的区域，垃圾坝的建立有利于增加填埋场的容量，防止废弃物被雨水冲出场外，是维持填埋场稳定的重要手段。垃圾坝一般就地取材，设计成土石坝等各种形式。其中影响垃圾坝稳定性的主要因素包括坝体自重、填埋体土压力、渗透压力等作用力。

2.2 在填埋场防渗工程中的应用

污染物泄漏问题是填埋场设计中需要考虑的重点问题，防护不当会引起严重的环境污染，因此，填埋场要利用岩土工程技术建立防渗工程，以此预防污染物的外渗，同时为场体抵御外水内渗提供保障。防渗工程包括底层防渗层和各级覆盖层，主要工作内容是合理选用防渗性能良好的材料，并做相应的技术处理，以使防渗层达到最好的效能。

目前我国的防渗技术主要包括：水平防渗和垂直防渗两种。垂直防渗的主要技术为帷幕灌浆垂直防渗，该技术多适用于山谷型填埋场，原理是在地质条件较好的基岩上设置截污坝及帷幕灌浆垂直防渗措施。水平防渗的主要技术为铺设水平防渗衬层。依据填埋场的相关建设标准，天然防渗层标准是场体底部和周围的黏土层厚度大于2m，渗透系数小于10-7cm/s；人工防渗层标准是渗透系数小于10-7cm/s时，抗压强度必须大于0.6MPa，能适应骤冷骤热的温度刺激，具有抗填埋、碾压、刺划的能力等。

2.3 在填埋场排水、排气系统中的应用

2.3.1 排水系统

废弃物填埋场排水系统的主要功能为控制地表径流，防止地下水浸入。排水系统包括场外径流与场内雨水分流系统、作业区域与非作业区域雨水分流系统以及封场雨水排出系统三大部分。第一，场外径流与场内雨水分流系统。该系统的主要排水设施为截洪沟。截洪沟应该设立在填埋场内部道路的两侧和填埋场外部四周，截洪沟的高度要不同，旨在分别拦截不同区域的雨水。当填埋区的截洪沟达到某一高度时，就将其与场内的渗滤液导排系统相连，变截洪为排洪。第二，作业区域和非作业区域的雨水分流系统。目前，我国主要是在作业区域建立渗滤液的分流系统，非作业区则不建立排水设施，依靠自然排水。这样做的目的是为了将作业区的污水与非作业区的净水分离，实现清污分流。第三，封场雨水排出系统。废弃物在填埋场需要经过倾倒、填埋、封场等环节，我国填埋场的相关规范规定废弃物封项的坡度要大于4%。封场雨水排出系统常位于垃圾坝上，主要作用为利用排水渠将封场后的雨水径流汇集、排出。

2.3.2 排气系统

填埋场释放出的气体是废弃物中的有机物在水分、温度和应力等因素的作用下分解生成的，其成分主要为甲烷和二氧化碳，还有少量的氧气、一氧化碳、硫化氢和一些具有挥发性质的有机污染物。这些气体在填埋场内累积，如果不及时处理排气，则压强极易高于大气压，存在爆炸和环境污染的风险。

填埋场的排气系统有被动式和主动式两种。被动式排气系统的原理是利用填埋场内的气压带动气体运移。该系统包括减压排气孔、周边截流槽、周边隔气槽和填埋场中隔气层等部分[2]。主动式排气系统的原理为利用人工抽气，控制气体的流动。常见的主动排气系统有周边控制系统和抽气井系统两类。

第一，在填埋场渗滤液处理中的应用。渗滤液指的是在垃圾层和覆土层的覆盖下，由废弃物本身含有的水分、填埋场中的雨雪水及其他水分结合形成的一种高浓度废水。其成分相当复杂，含有高浓度有机物、重金属盐等物质，渗滤液的泄露对于土壤、地表水源、地下水都是不小的危害。常见的渗滤液处理技术有：生物塘法、厌氧生物处理法、生物膜法、活性污泥法、渗滤液回灌法、物化处理法等。第二，渗滤液处理技术的主要目的为计算废弃物中水量和污染物的比例得出蒸发量，并得到准确的渗滤液处理量。该技术现已成为污水处理领域和环境工程领域的热门研究内容，该技术的应用和完善对于填埋场的后期施工与维护工作具有重要的指导价值。

在渗滤液处理技术的实际应用中，废弃物渗滤液的处理效果主要取决于废弃物的种类、溶出速度、降雨状况、填埋场场龄以及填埋场结构等因素，其中填埋场场龄对渗滤液处理效果影响最大。

3 结语

总而言之，卫生填埋具有成本低、卫生程度好的特点，是我国城市处理生活垃圾的主要手段。废弃物填埋场作为垃圾集中堆放的场所，其建设和实际运行中涉及岩土工程的各项内容。岩土工程技术在废弃物填埋场的安全稳定性问题、防渗问题、排水排气问题以及渗滤液处理问题中的得到了有效应用，对于保证垃圾场安全选址、建设和运行起着至关重要的作用。因此，相关机构和技术人员应加强岩土工程技术在垃圾填埋场中的开发和应用，从而促进废弃物填埋场的健康发展，建立绿色、生态型现代城市。