曹麗 謝文剛 彭貴芬

（1深圳市中蘭環(huán)?？萍加邢薰?廣東深圳 518067 2中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院 湖北武漢 430010）

2004年我國建設(shè)部頒布的《生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)規(guī)范》（CJJ17-2004）（簡稱《原規(guī)范》），對(duì)我國的垃圾處理及填埋中起到了很大的作用。為了能夠更好地對(duì)生活垃圾進(jìn)行處理，將其運(yùn)營進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，讓其更加符合建設(shè)部頒布的原規(guī)定的要求，并且和我國已頒布和正在編制的相關(guān)填埋技術(shù)相符合，根據(jù)我國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《關(guān)于印發(fā)<2008年工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制訂、修訂計(jì)劃（第一批）>的通知》（建標(biāo)[2008]102號(hào)文）的要求，要求編輯人員在對(duì)新技術(shù)進(jìn)行發(fā)表之前必須要經(jīng)過具體而廣泛的調(diào)查，認(rèn)真的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)要借鑒發(fā)達(dá)國家的一些先進(jìn)的技術(shù)，還需要聽取廣大群主的一些意見和要求，從而編輯出了國家標(biāo)準(zhǔn)生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)規(guī)范》（GB50869-2013）（簡稱《新國標(biāo)》）。此次編輯工作有華中科技大學(xué)主持，并由深圳市中蘭環(huán)保科技有限公司作為主要參編單位參與編制。

2013年8月8日住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布關(guān)于發(fā)布《生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)規(guī)范》的公告。公告稱，現(xiàn)批準(zhǔn)《生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)規(guī)范》為國家標(biāo)準(zhǔn)，編號(hào)為GB50869-2013，自2014年3月1日起實(shí)施。其中，第3.0.3、4.0.2、8.1.1、10.1.1、11.1.1、11.6.1、11.6.3、11.6.4、15.0.5條為強(qiáng)制性條文，必須嚴(yán)格執(zhí)行。原行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)規(guī)范》CJJ17-2004同時(shí)廢止。

1 防滲系統(tǒng)條文編制

防滲系統(tǒng)就是要將垃圾進(jìn)行隔離，同時(shí)防止垃圾里面的液體進(jìn)入到地下水中，也防止地表的水滲透進(jìn)垃圾填埋場里面，防滲系統(tǒng)是垃圾填埋場建設(shè)的最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)?！对?guī)范》6.0.1條以強(qiáng)制性條文規(guī)定”垃圾填埋場必須要進(jìn)行防滲設(shè)置，以免造成地下水和地表水源的污染。并且也要防止地下水進(jìn)入到垃圾填埋場內(nèi)。所以從這些方便來看，建立一套完善的垃圾填埋場防滲透系統(tǒng)是非常有必要的。在我國的垃圾填埋場防滲透系統(tǒng)的建設(shè)中主要經(jīng)歷了3個(gè)不同的階段[1]。（1）自然防滲，（2）垂直防滲，（3）水平防滲。

1.1 防滲方式選擇

1.1.1 國外防滲方式要求

各國在生活垃圾處理中對(duì)防滲的要求都不一樣，但是在技術(shù)上都是運(yùn)用高分子材料做成土工膜為主，并以一些其他的防滲材料相結(jié)合。在垃圾填埋處理技術(shù)上，防滲系統(tǒng)都是各國需要重點(diǎn)考慮的一個(gè)問題，土工膜與復(fù)合土、鈉基膨潤土防水毯等一起作為復(fù)合防滲層使用。各國垃圾填埋場防滲方式如表3-1[2~4]。

表3 -1 各國垃圾填埋場防滲構(gòu)造方式

（1）美國

在美國的垃圾填埋場的防滲透系統(tǒng)建設(shè)中所采用的是復(fù)合襯層的防滲系統(tǒng)，防滲系統(tǒng)在保持襯層上的滲瀝水頭不能夠超過30cm。復(fù)合襯層是有合成人工膜襯層和壓實(shí)粘土襯層兩個(gè)部分組成的，人工膜厚度一定要大于0.75mm，用HDPE膜做的人工膜其厚度肯定大于1.5mm。粘土襯層的厚度一定要大于60mm，滲透系數(shù)一定要比1.0×10-7cm/s[5,6]要小。

在美國，雖然各個(gè)州所用的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，但是都是需要遵循《城市固體廢物填埋場標(biāo)準(zhǔn)》的。在美國的密歇根州的垃圾填埋場的防滲系統(tǒng)就是采用下面幾個(gè)部分構(gòu)成：一個(gè)是大于三米的厚的非人工粘土、在第二層采用的是0.9m厚的壓實(shí)粘土、第二層為人工膜襯層、主要滲透液體的收集層、以及0.6后的一層保護(hù)層。在防滲系統(tǒng)中，人工膜襯層的厚度不能夠小于1.5mm，但是壓實(shí)粘土的防滲系數(shù)值要保持在1.0×10-7cm/s[7,8]以內(nèi)。

（2）德國

德國也制定了相關(guān)的垃圾防滲系統(tǒng)管理?xiàng)l例。在德國的垃圾法第三管理?xiàng)l例中將城市垃圾處理方案分為兩個(gè)部分進(jìn)行，第一個(gè)部分就是建立城市垃圾填埋場，規(guī)定垃圾填埋場的防滲系統(tǒng)必須要由人工膜襯土層和復(fù)合防滲透系統(tǒng)兩個(gè)中方式相結(jié)合。在采取HDPE膜作為人工襯層的時(shí)候，其厚度一定要大于或者等于2.5mm；防滲系統(tǒng)的粘土層厚度一定要大于0.75m，并且其防滲系數(shù)需要符合K≤1.0×10-8cm/s[9,10]。

（3）日本

日本的城市垃圾填埋方案必須要符合《一般廢棄物最終處置場與產(chǎn)業(yè)廢棄物最終處置場技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，他們對(duì)城市垃圾填埋防滲透要求主要是一下幾個(gè)方面：第一，填埋厚度必須要大于50cm以上，并且粘土的防滲透系數(shù)必須要小于1×10-6cm/s；第二，厚度超過5cm以上，并且防滲透系數(shù)不超過1×10-7cm/s的瀝青和混凝土進(jìn)行填埋；第三，需要用其他材料設(shè)置一道雙面防水襯層。

在亞洲國家中，如本的城市垃圾填埋工作中，防滲透技術(shù)是做得最好的。日本的垃圾填埋場在首都東京，他們的防滲透系統(tǒng)采用兩層HDPE土工膜、一層厚度為50cm的復(fù)合土層、一層GCL、總共一起可以算作是四道保護(hù)。如果再HDPE層收到損壞，那么GCL層中的瀝青就會(huì)立刻的產(chǎn)生膨脹效果，這樣就能夠防止?jié)B透。并且在GCL下面還設(shè)置了一道HDPE和復(fù)合土，這樣的設(shè)置就非常保險(xiǎn)了。日本的填埋場的防滲透技術(shù)高，性能很不錯(cuò)，這樣讓周邊的居民感覺到很安全。

通過上面的分析，我們可以看出，在西方國家中的填埋技術(shù)主要是用土工膜和添加有膨潤土的復(fù)合土層兩個(gè)部分構(gòu)成的雙層復(fù)合防滲透層。土工膜層是由高分子組成，其防滲效果好，并且抗老化、強(qiáng)度大，但是容易被刺穿。如果加上復(fù)合土層就能夠很好的補(bǔ)充了它這個(gè)弱點(diǎn)，因?yàn)閺?fù)合土層的防滲系數(shù)比較小，而且不容易被刺穿，假如土工膜層不小心被損害之后，復(fù)合膜層就能夠很好的保護(hù)滲瀝液不被滲漏。

1.1.2 不同防滲方式比較選擇

我國的生活垃圾處理規(guī)定《原規(guī)范》是這樣規(guī)定的：天然粘土和人工粘土的防滲透系數(shù)必須要大于1×10-7cm/s，而且填埋場的四壁厚度必須大于2m；通過復(fù)合系統(tǒng)構(gòu)成人工合襯層的防滲系統(tǒng)，如果是在地下水比較少的地區(qū)就可以采用單層的襯層防滲系統(tǒng)，但是在一些地形比較復(fù)雜,對(duì)環(huán)境要求非常高的地區(qū)，如在庫底就應(yīng)該采用雙層的襯層防滲系統(tǒng)。

垃圾填埋場的防滲透方式的選擇一定要考慮到其滲漏的比例，而且必須要考慮到系統(tǒng)的抗老化性。在防滲系統(tǒng)中，產(chǎn)生的滲漏問題是因?yàn)榉罎B膜破損而造成的。在現(xiàn)在的技術(shù)條件和其他不確定因素的影響下，絕對(duì)不滲透的垃圾填埋場是難以保證的。但是我們可以通過分析滲透率，再加上一些先進(jìn)的技術(shù)為基礎(chǔ)，同時(shí)滿足最嚴(yán)格的防滲系統(tǒng)的要求要計(jì)算出滲漏率，用這種方式進(jìn)行比較最終選出的防滲系統(tǒng)防滲就應(yīng)該是最合適的。

滲瀝液通過土工膜穿過復(fù)合土襯層。滲瀝液從不破裂、無法刺穿、完美的土工膜被透過的主要原因是通過分子擴(kuò)散的原理進(jìn)行滲透的，但是分子擴(kuò)散又是在梯度比較集中的地方進(jìn)行的，這符合Fick第一定律；在復(fù)合土襯墊中，滲瀝液通過破損孔和縫隙處流過，在土層里面進(jìn)行滲透。但是通過經(jīng)驗(yàn)得知，滲瀝液在穿過土工膜的時(shí)候其擴(kuò)散速度比在復(fù)合土襯層中要低[13]。

在我國垃圾填埋場的防滲透方式一般是：單層襯里、復(fù)合襯里雙層襯里?，F(xiàn)在我們就來對(duì)比一下以下幾種的滲漏率。（1）壓實(shí)粘土襯墊；（2）土工膜襯墊，下面是高透水性土層；（3）土工膜襯墊，下面是低透水性土層；（4）土工膜襯墊，下面是鈉基膨潤土防水層。

我們先設(shè)置一個(gè)前提條件，在進(jìn)行垃圾填埋的建設(shè)中，控制好膜上的滲瀝液能夠有效的減少滲瀝液的滲漏，這樣就能夠很好的保證防滲系統(tǒng)的安全性。在美國，對(duì)防滲系統(tǒng)的要求是規(guī)定防滲層最大的滲瀝液水頭不能夠大于0.3m，現(xiàn)在我們將把這條規(guī)范寫入到新的規(guī)范中，并增加一項(xiàng)條文，必須要保證垃圾填埋場的滲瀝液進(jìn)行順利的導(dǎo)排，以便于將上層的滲瀝液水頭控制在0.3m以下。由于篇幅的限制，我們現(xiàn)在不能夠?qū)λ^的計(jì)算進(jìn)行說明。在接下來的篇幅中，滲漏率的比較最大的水頭都是用0.3m。

（1）壓實(shí)粘土襯墊

在對(duì)粘土襯墊的滲漏率進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，我們可以選擇用達(dá)西定律來進(jìn)行計(jì)算，達(dá)西定律是一種流體通過多孔介質(zhì)進(jìn)行換算的一個(gè)方程式，表達(dá)形式為：Q=ksiA（3-1）式中Q——通過襯墊的滲漏量cm3/s；ks——土體的滲透系數(shù)，cm/s；i——水力梯度；A——流體穿過的面積，cm2；水力梯度為：i=（h+D）/D（3-2）式中I——水力梯度；H——襯墊上方水頭；D——壓實(shí)粘土襯墊厚度；通過對(duì)不同的壓實(shí)粘土襯墊的滲漏率進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)不同的滲透系數(shù)是導(dǎo)致滲透率變化的原因。當(dāng)水頭值是0.3m的時(shí)候，按照我國垃圾填埋的《原規(guī)范》，在采用滲漏系數(shù)最低限度的時(shí)候，滲漏率為9.94×10-5m/d，而壓實(shí)粘土襯至少需要2m厚。

計(jì)算滲瀝液透過壓實(shí)的粘土層所需要的時(shí)間我們可以用以下方程進(jìn)行計(jì)算：T=D/ksi=D2/ks（h+D）（3-3）若D=2m，則T=20120天=55年，由此得出，在控制好水頭的情況下，將粘土的滲透性和厚度都控制在理想的范圍內(nèi)，那么滲瀝液透過防滲透系統(tǒng)的時(shí)間至少要55年，這是一個(gè)比較合理的時(shí)間。但是由于這需要對(duì)土質(zhì)的要求和厚度都保證較高的標(biāo)準(zhǔn)，所以將《新標(biāo)準(zhǔn)》和《原規(guī)范》進(jìn)行結(jié)合，發(fā)現(xiàn)需要采用的天然粘土和通過改良的粘土其滲透系數(shù)必須小于1×10-7cm/s，而且垃圾填埋場的厚度應(yīng)該大于等于2m。新規(guī)范將會(huì)采納這一觀點(diǎn)，但是這種防滲透的方式不是最好的防滲方式。

（2）土工膜襯墊，下方為高透水性土層

如果在土工膜襯墊中有許多小圓孔，一定要保證它們之間是分開的，不能相互連通。土工膜下方土體的透水性相當(dāng)高，對(duì)土工膜上小孔的滲漏沒有阻力。則可以用伯努利方程估算穿過土工膜上孔的滲漏率。伯努利方程：（3-4）式中Q——土工膜的滲透量，cm3/s；Cb——滲流系數(shù)，對(duì)圓孔大約值為0.6；a——土工膜中一個(gè)圓孔的面積，cm2；g——重力加速度，981cm/s2；h——襯墊上水頭，crn。表3-2為水頭為0.3m時(shí)，土工膜襯墊不同孔數(shù)，孔不同大小的情況下的土工膜滲漏率計(jì)算。

表3 -2 水頭為0.3m 的土工膜滲漏率計(jì)算

在垃圾填埋場的施工過程中，每四千平米出現(xiàn)一個(gè)1cm2的小孔，這就是屬于好的工程了，這種情況用3.7×10-3m3/（m2d）計(jì)算其滲漏時(shí)間，土工膜取2mm，可以看出滲漏的時(shí)間不在控制范圍內(nèi)，如果出現(xiàn)了這種情況，在土工膜出現(xiàn)損壞時(shí)，滲瀝液的滲漏量就會(huì)過大，其后果就會(huì)非常的嚴(yán)重，所以堅(jiān)決不能夠使用這種防滲方式，在施工的時(shí)候堅(jiān)決不能將高滲透性的土和其他一些滲透性比較高的土作為防滲材料。

（3）土工膜襯墊，下方為低透水性土層

復(fù)合襯層是通過將土工膜和壓實(shí)性的粘土混合而成的一層襯墊，這種復(fù)合襯墊滲漏水的原因是由于土工膜的損壞而出現(xiàn)的，復(fù)合襯墊的質(zhì)量可以通過襯墊滲漏率計(jì)算出來，而且它是滲漏的關(guān)鍵因素，因?yàn)樗苯記Q定了滲漏的嚴(yán)重性。

Giroud和Bonaparte提出了下面兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算穿過復(fù)合襯墊中土工膜上一個(gè)圓孔的滲漏量：接合較好的情況：Q=0.21a0.1h0.9ks0.74（3-5） 接合較差的情況；Q=1.15a0.1h0.9ks0.74（3-6）式中Q——土工膜上有一小圓孔的滲漏率，m3/s；a——土工膜上小圓孔的面積，m2；h——土工膜上水頭，m；ks——復(fù)合襯墊中低透水土層的滲透系數(shù)，m/s。

表3-3為在不同情況下的滲漏率，在結(jié)合比較好的情況下，滲漏率就是下面計(jì)算值的五分之一。如果復(fù)合襯墊每4047m2的土工膜出現(xiàn)一個(gè)cm2的小孔，它下層土系數(shù)就應(yīng)該是1×10-7cm/s，而水頭就是3cm。土工膜和土層之間的結(jié)合狀況也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，如果結(jié)合的質(zhì)量差，那么滲漏率就會(huì)是0.9×10-6m3/（m2·d），如接合較好，那么滲漏率則是1.8×10-7m3/（m2·d）。

表3 -3 水頭為0.3m 的復(fù)合襯墊滲漏率計(jì)算

以下層土的滲透系數(shù)1×10-7cm/s，每4000m2有30個(gè)1cm2的小孔的最不利情況來計(jì)算滲瀝液透過0.5m厚的下層土的時(shí)間：T=D/ksi=0.5×106/26.96=18546天=51a，這表明滲瀝液透過的時(shí)間是51年，這是一個(gè)比較合理的時(shí)間，控制在這個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)是比較安全的，在西方發(fā)到國家，他們的復(fù)合土層的厚度一般為50cm-100cm。通過我們的研究，取50cm厚的土工膜壓實(shí)粘土就能夠符合要求了。

（4）土工膜襯墊，下方為鈉基膨潤土防水層

此種防滲方式也可采用下面兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算穿過復(fù)合襯墊中土工膜上一個(gè)圓孔的滲漏量：

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《生活垃圾衛(wèi)生填埋場防滲系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》和國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《鈉基膨潤土防水毯》，滲透系數(shù)不得大于5×10-11m/s；如果用這個(gè)值計(jì)算出來的結(jié)果不理想的話，土工膜上的小孔的滲漏率，但是，如果是結(jié)合比較好的情況下，滲漏率應(yīng)該接近以下計(jì)算結(jié)構(gòu)的五分之一。如果在復(fù)合襯墊中，土工膜每四千平方米中就有一個(gè)1cm2的小孔，水頭是30cm，并且土工膜和土之間的結(jié)合狀況比較差，那么就應(yīng)該通過0.9×10-6m3/（m2·d）來計(jì)算它的滲漏率，但是如果結(jié)合狀況比較好的話就應(yīng)該1.8×10-7m3/（m2·d）來計(jì)算它的滲漏率。

目前對(duì)鈉基膨潤土的防水性能各方面的指標(biāo)都沒有一個(gè)比較權(quán)威的測量標(biāo)準(zhǔn)，所以在本文的分析中，我們只是對(duì)鈉基膨潤土進(jìn)行了大概的計(jì)算。根據(jù)《生活垃圾衛(wèi)生填埋場防滲系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》和《鈉基膨潤土防水毯》中的規(guī)定，我們我們可以知道在單位面積中的膨潤土其質(zhì)量必須要大于等于4500g/m2，膨潤土的膨脹體積必須要大于等于24mL/2g；由此我們可以得出，當(dāng)膨潤土遇到滲瀝液滲漏的時(shí)候，就應(yīng)該會(huì)產(chǎn)生54000mL/m2的體積，就是說厚度大概應(yīng)該是0.054m，那么我們就可以用每4000m2有30個(gè)1cm2的小孔的不利情況來對(duì)滲瀝液透過的時(shí)間進(jìn)行計(jì)算：

T=D/ksi=0.054×107/29.4=18367天=50a

如果滲瀝液的滲透時(shí)間控制在五十年以上，那么這是一個(gè)比較合理的時(shí)間范圍，所以，在垃圾填埋場的設(shè)計(jì)中可以采用這種方式，并且鈉基膨潤土防水毯具有它自己獨(dú)有的特點(diǎn)，并且在最近幾年中，它在防滲水系統(tǒng)中運(yùn)用得比較廣泛，而且被建議代替襯墊中的壓實(shí)粘土層。壓實(shí)粘土襯墊與膨潤土防水毯的區(qū)別如表3-5[13]：

表3 -5 壓實(shí)粘土襯墊與膨潤土防水毯的區(qū)別

下面我們把壓實(shí)粘土襯墊和膨潤土進(jìn)行一下比較分析，并總結(jié)一下它們各自的優(yōu)點(diǎn)：壓實(shí)粘土的優(yōu)勢就在于：第一，取材方便，如果在選址的附近有很多的粘土資源，那么我們選擇這種方式就比較合理；第二，由于壓實(shí)粘土襯墊的厚度比較大，所以一般情況下不會(huì)被刺穿；第三，由于壓實(shí)粘土層比較厚，而且是采用復(fù)合的施工方式，所以當(dāng)出現(xiàn)一些小的缺陷時(shí)，對(duì)整個(gè)工程影響不大；第四，使用時(shí)間比較長，并且對(duì)這種方式的經(jīng)驗(yàn)比較多。膨潤土防水毯所具有的優(yōu)勢：（1）由于它的厚度比較薄，所以可以節(jié)約空間；（2）操作簡單，方便施工；（3）其施工的方式可以多樣性，不需要考慮土源問題，可以從工廠直接運(yùn)往指定的地點(diǎn)；（4）其質(zhì)量比較輕巧，可以減少垃圾的沉降。

通過上面的分析我們可以對(duì)防滲系統(tǒng)中的復(fù)合襯層系統(tǒng)所使用的壓實(shí)粘土和鈉基膨潤土防水毯做一個(gè)對(duì)比分析：當(dāng)通過對(duì)垃圾填埋場的場址進(jìn)行勘查后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)赜写罅康姆系蜐B透系數(shù)要求的粘土，那么在進(jìn)行工程建設(shè)的時(shí)候，就可以選擇使用粘土作為防滲材料，如果不是這種情況，那么就應(yīng)該選擇鈉基膨潤土防水毯作為防滲材料就是最合適的。

現(xiàn)在的主流防滲技術(shù)是采用土工膜+鈉基膨潤土防水毯相結(jié)合的復(fù)合式防滲技術(shù)，但是在使用這種技術(shù)的時(shí)候我們還需要考慮到以下幾個(gè)方面的問題：

（1）施工時(shí)由于鋪設(shè)卵石導(dǎo)流層、填埋堆體沉降、對(duì)防滲材料的搭接問題、防滲層被地下水破壞之后還有可能破壞HDPE膜，并對(duì)GCL同時(shí)也造成影響，如果下面的土層滲透系數(shù)比較大，就會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的后果。

（2）地下水導(dǎo)排層不能夠直接跟GCL進(jìn)行接觸，因?yàn)镚CL的工作原理是當(dāng)GCL遇到透過土工膜的滲瀝液時(shí)迅速的發(fā)生膨脹，來方式滲透。如果GCL接觸到地下會(huì)之后，就會(huì)導(dǎo)致GCL產(chǎn)生膨脹，就不能夠達(dá)到防滲效果，使得整個(gè)防滲系統(tǒng)遭到破壞。

由于防止這些情況的發(fā)生，所以在新推出的規(guī)范中，對(duì)防滲透層的下面再加了一層粘土進(jìn)行加強(qiáng)防護(hù)，并且要求滲透系數(shù)必須要在1×10-7m/s以下，同時(shí)其厚度必須在30cm以上。

不管用任何方式，最重要的是保證垃圾填埋場的防滲透系統(tǒng)的安全性。

在《原規(guī)范》中，對(duì)一些特殊的地質(zhì)條件和環(huán)境下要求采用雙層防滲水系統(tǒng)，如庫區(qū)底部等。本次修訂決定采納，限于篇幅，本文不對(duì)雙層防滲系統(tǒng)展開討論。

1.2 防滲材料

在防滲透系統(tǒng)建筑過程中，其材料的選擇也是保證質(zhì)量的一個(gè)重要因素，一定要根據(jù)以下幾個(gè)要求對(duì)材料進(jìn)行選擇：（1）所選擇的材料必須是最低在最低滲透系數(shù)以內(nèi)；（2）強(qiáng)度要大，并具有延伸性；（3）施工方便；（4）抗腐蝕性和耐久性良好；（5）不受氣候影響；（6）經(jīng)濟(jì)實(shí)惠成本低。

1.2.1 土工膜選擇

土工膜是一種聚合物材料，它是由多種聚合物和一些其他材料進(jìn)行混合而成的，在防滲透建設(shè)中，一般所用到的人工合成材料主要有以下幾種：

（1）熱塑塑料，如聚氯乙烯（PVC）

（2）晶狀熱塑材料，如高密聚乙烯（HDPE）

（3）熱塑合成橡膠。如氯化聚乙烯（CPE）和氯磺化聚乙烯CCSPE）

表3-6為常用人工合成防滲膜優(yōu)缺點(diǎn)比較：這幾種防滲膜的具體性能對(duì)比見表3-7：

表3 -6 常用人工合成防滲膜優(yōu)缺點(diǎn)比較

表3 -7 人工合成防滲膜性能比較

進(jìn)行水穿透土工膜的測試，不同土工膜的測試結(jié)果見表3-8。

表3 -8 不同土工膜的滲漏率比較

從表中我們可以看出，HDPE的土工膜在防滲水性能上要比其他的土工膜更加具有優(yōu)勢。

在1982年的時(shí)候，在美國就已經(jīng)停止了用單純的粘土作為垃圾填埋場的防滲透系統(tǒng)的材料，如今，美國的防滲透材料都是選用HDPE膜。我國在上世紀(jì)九十年代初期也開始使用HDPT膜作為防滲透材料。在國內(nèi)，許多新建成的垃圾填埋場的防滲系統(tǒng)中，基本上都是使用的HDPE土工膜。并且在以后新建的或者是正在籌建的城市垃圾填埋場的防滲系統(tǒng)必須都要使用HDPE膜作為材料。所以，HDPE土工膜在城市生活垃圾的填埋場工程建設(shè)中具有廣泛的使用前景。

1.2.2 HDPE土工膜參數(shù)設(shè)計(jì)

在選擇防滲系統(tǒng)材料的時(shí)候，HDPE膜一定要復(fù)合國家的相關(guān)規(guī)定，對(duì)于HDPE膜還說主要是控制好它的強(qiáng)度和厚度就可以，現(xiàn)在我們來對(duì)它這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行一些分析。

（1）HDPE土工膜厚度設(shè)計(jì)

HDPE膜的厚度有多種尺寸，確定用那種厚度尺寸就必須要通過對(duì)土工膜的耐久性和受力狀況以及抗機(jī)損能力進(jìn)行判斷。

在對(duì)HDPE土工膜進(jìn)行水平和坡面鋪設(shè)時(shí)，其厚度設(shè)計(jì)采用薄膜理論公式[14]：

式中：T為單寬土工膜所受拉力，kN/m；

p為膜承受的垂直壓力，kPa；

b為預(yù)計(jì)膜下支持層可能產(chǎn)生的裂縫寬度，m；

ε 為膜的拉應(yīng)變，%。

對(duì)于HDPE膜來說，不同的厚度同樣也就承受不一樣的拉力，通過對(duì)拉力的計(jì)算我們可以很好的選擇它的厚度，根據(jù)規(guī)定，在建設(shè)土工膜時(shí)所選擇的HDPE膜厚度必須在1.5mm以上。

（2）HDPE土工膜強(qiáng)度設(shè)計(jì)

HDPE土工膜的強(qiáng)度設(shè)計(jì)需要滿足下式：

式中：Tf為土工膜的極限抗拉強(qiáng)度，kN/m；

T為土工膜實(shí)際所受拉力，kN/m

Fs為安全系數(shù)，在填埋場設(shè)計(jì)中建議Fs≥10。

1.2.3 鈉基膨潤土防水毯（GCL）材料選擇及參數(shù)設(shè)計(jì)

早在1986年的美國垃圾填埋防滲透系統(tǒng)中就應(yīng)用了膨潤土防水毯（GCL），得到了有效的控制，在我國現(xiàn)代的垃圾填埋場的施工建設(shè)中，也已經(jīng)廣泛的使用這種材料進(jìn)行防滲透保護(hù)。

鈉基膨潤土是膨潤土防水毯（GCL）防滲透的核心部分，是一種膨潤土。它的礦物學(xué)名稱叫蒙脫石是一種天然的納米材料，它是通過億萬年前的火山噴發(fā)在高溫高壓的情況下在經(jīng)過實(shí)踐的演變而形成的一種礦物質(zhì)。通過化學(xué)成分可以將天然的膨潤土劃分為鈉基和鈣基兩個(gè)類別。天然鈉基膨潤土是埋在地下100多米一下的地方，所以在開采的時(shí)候就比較困難，成本也比較大。但是天然鈣基膨潤土就是一種露天礦石，開采的時(shí)候比較方便，所以成本也相應(yīng)比較低[14]。

天然鈉基膨潤土在膨脹的時(shí)候，能夠產(chǎn)生比自身大15倍左右的體積，同時(shí)可以吸收比自身要重6倍的水，所以，這種材料能夠具有排斥水的性能，用這種材料建成的防滲系統(tǒng)能夠在遇到水的時(shí)候形成密實(shí)不透水的凝膠，將垃圾填埋場的防滲透系統(tǒng)形成一個(gè)整體，從而能夠防止?jié)B瀝液滲透。

人工制造的鈉基膨潤土是通過技術(shù)手段將鈣基膨潤土中加入堿進(jìn)行混合而成的一種合成材料，它的密實(shí)性和耐久性不及天然的，當(dāng)遇到水的時(shí)候，膨脹體積比原來體積大很多倍，但是它的使用壽命不夠長，容易流失，所以用它做防滲材料容易導(dǎo)致漏水現(xiàn)象，從而影響到整個(gè)防滲透系統(tǒng)的安全性。

天然鈉基膨潤土是通過漫長的地質(zhì)條件下形成的，物體性和化學(xué)性質(zhì)都比較穩(wěn)定，蒙脫石具有膨脹性和凝膠性性能的關(guān)鍵是應(yīng)該里面含有一種水化鈉離子的物質(zhì)，但是通過人工將鈉化膨潤土中添加純堿進(jìn)行配置的方法來替換，這種方式所制造出來的鈉基膨潤土蒙脫石的鈉離子不能夠進(jìn)入物質(zhì)里面，只能夠停留在表面上，同時(shí)被置換出來存在于膨潤土中形成的碳酸鈣也是具有活性，在某些情況下，這種電荷量比較大的鈣離子就能夠進(jìn)入蒙脫石里面，將鈉離子擠出來，使得鈉化失去了效果。那么它的膨脹和膠體的性能就會(huì)大大的降低。

正是由于天然鈉基膨潤土和人工鈉基膨潤土的這些差異，所以在國外的垃圾填埋場的防滲透系統(tǒng)中只采用天然的鈉基膨潤土進(jìn)行生產(chǎn)GCL和一些防水產(chǎn)品，而人工的鈉基膨潤土一般只作為一些輔助材料進(jìn)行配合，不能夠直接的用在防滲系統(tǒng)上。

而在價(jià)格上人工鈉基膨潤土就非常具有優(yōu)勢，是天然鈉基膨潤土價(jià)格的1/5～1/4，所以在國內(nèi)的一些垃圾填埋場的防滲透系統(tǒng)的施工建設(shè)中，為了能夠盡量的減少成本，導(dǎo)致人工鈉基膨潤土大量的使用，這種情況下就不能夠保證防滲透系統(tǒng)的持久安全性了。有的可能防滲能力可能有一到兩年，有的建成之后可能幾個(gè)月的時(shí)間就失效了，給垃圾填埋場的防滲系統(tǒng)工程造成了大量的安全隱患。

由于人工鈉基膨潤土的性能不穩(wěn)定，所以在一般情況下不能夠用來制作防水毯材料?！兜叵鹿こ谭浪夹g(shù)規(guī)范》GB50108-2008中已經(jīng)進(jìn)行了明文的規(guī)定，垃圾填埋場的防滲系統(tǒng)中在選擇鈉基膨潤土做原材料時(shí)，只能夠選擇天然鈉基膨潤土進(jìn)行施工。有關(guān)天然鈉基膨潤土的一些關(guān)于防滲性的參數(shù)我們?cè)谙挛闹性龠M(jìn)行一些相關(guān)的分析。

1.2.4 鈉基膨潤土參數(shù)設(shè)計(jì)

在垃圾填埋場的防滲系統(tǒng)中所選用的鈉基膨潤土的防滲一定要符合相關(guān)規(guī)定的要求，在對(duì)鈉基膨潤土進(jìn)行選擇的時(shí)候，其中有兩個(gè)要求是必須要進(jìn)行控制的：一個(gè)就是膨脹指數(shù)和一個(gè)就是吸藍(lán)量。膨潤土防滲透系數(shù)主要是受到膨脹指數(shù)的影響，而膨潤土的純度則收到吸藍(lán)量的控制。接下來，我們就對(duì)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析。

（1）膨脹指數(shù)

在對(duì)鈉基膨潤土進(jìn)行選擇的時(shí)候，一定要注意其膨脹指數(shù)不能夠大于等于24ml/2g，但是要保證≥15ml/2g。在我國使用的天然鈉基膨潤土的膨脹指數(shù)一般為15～20ml/2g，這個(gè)指數(shù)是在合理的范圍之內(nèi)，美國在垃圾填埋場的防滲系統(tǒng)建設(shè)中規(guī)定了鈉基膨潤土的膨脹指數(shù)必須要大于等于15ml/2g。在我國的垃圾填埋場的防滲系統(tǒng)建設(shè)中規(guī)定了鈉基膨潤土其膨脹指數(shù)必須在24ml/2g以上，但是由于普通的天然鈉基膨潤土是不能夠到達(dá)這個(gè)要求的，就必須要通過一些手段進(jìn)行加工，一般情況下是加一些膨脹劑，但是對(duì)于天然的鈉基膨潤土來說，如果添加了膨脹劑就會(huì)影響到它的耐用性能；但是通過人工制造的鈉化膨潤土通過加堿處理后很容易的就能夠達(dá)到這個(gè)要求，但是通過添加了堿的人工鈉化膨潤土其防滲透系數(shù)就不能夠達(dá)到垃圾填埋場的防滲透要求。所以，我們建議選擇防滲透系數(shù)在15ml/2g的天然鈉基膨潤土，這樣就非常有利于天然鈉基膨潤土的推廣和使用。

（2）吸藍(lán)量

建議使用吸藍(lán)量建議≥35g/100g的鈉基膨潤土，但是不能夠使用吸藍(lán)量≥30g/100g鈉基膨潤土。鈉基膨潤土對(duì)防滲起作用的主要是其中的蒙脫石，蒙脫石的含量直接代表著鈉基膨潤土的純度。

蒙脫石含量的計(jì)算方式是通過測定膨潤土吸收亞甲基藍(lán)來進(jìn)行判定的，蒙脫石含量計(jì)算公式為：

其中M——蒙脫石含量

B——蒙脫石吸收亞甲基藍(lán)量

K——換算系數(shù)，大致為0.44～0.48。

如取B=35g/100g，K取0.46，則蒙脫石含量計(jì)算為75%；

如取B=30g/100g，K取0.46，則蒙脫石含量計(jì)算為65%。

蒙脫石含量≥75%能滿足防滲要求，65%則安全系數(shù)稍低。因此，鈉基膨潤土的吸藍(lán)量建議≥35g/100g，不宜≥30g/100g。

2 結(jié)論與建議

2.1 結(jié)論

以上內(nèi)容我們對(duì)新國標(biāo)中的防滲系統(tǒng)的一些問題進(jìn)行了研究，考慮到在修訂《原規(guī)范》的時(shí)候一定要與國際接軌，從而提高我國垃圾填埋場的防滲系統(tǒng)的安全性。但是考慮到我國是個(gè)幅員遼闊的國家，各地區(qū)的氣候條件和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不同，修改的標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)該有針對(duì)性。推薦使用的滲透系統(tǒng)應(yīng)該是人工防滲的符合襯層防滲系統(tǒng)。復(fù)合襯層的防滲系統(tǒng)的構(gòu)建是通過使用鈉基膨潤土防水毯（GCL）+壓實(shí)粘土進(jìn)行防滲透的保護(hù)，同時(shí)也可以使用壓實(shí)的粘土作為單獨(dú)的保護(hù)層。通過研究表明，防滲系統(tǒng)的最新技術(shù)要點(diǎn)主要是一下幾個(gè)方面：1）在建設(shè)垃圾填埋場的防滲系統(tǒng)時(shí)，可以采用天然的防滲系統(tǒng)模式和人工的放生系統(tǒng)兩種不同的形式；2）天然的防滲系統(tǒng)是通過粘土和改良的粘土進(jìn)行壓實(shí)處理后作為防滲材料，它的防滲系數(shù)一定要小于1.0×10-7cm/s，并且垃圾場底部和四周的厚度不能夠小于2m；3）人工防滲系統(tǒng)就需要采用復(fù)合的上滲透方式，復(fù)合防滲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由HDPE膜和膜下防滲進(jìn)行保護(hù)；4）用高密度聚乙烯(HDPE)土工膜作為防滲襯里時(shí)，膜的厚度一定要大于1.5mm，同時(shí)還應(yīng)該按照國家所規(guī)定的垃圾填埋場材料性能要求進(jìn)行選擇；5）對(duì)膜下保護(hù)層進(jìn)行處理的時(shí)候一定要按照以下幾種方法進(jìn)行操作：（1）在建設(shè)膜下滲透層的時(shí)候，建議所用天然的鈉基膨潤土防水毯（GCL）+壓實(shí)粘土相結(jié)合的方式進(jìn)行保護(hù)。其中選擇的滲透系數(shù)小于5×10-11m/s的GCL，同時(shí)需要規(guī)格必須在4800g/m2以上；在選擇GCL時(shí)，要確定其采用的鈉基膨潤土膨脹系數(shù)應(yīng)該在15mL/2g以上，并且吸藍(lán)量應(yīng)該在35g/100g以上。GCL下的壓實(shí)粘土進(jìn)行防滲透保護(hù)，其防滲系數(shù)應(yīng)該小于1×10-5cm/s，其厚度也應(yīng)該大于等于300mm；（2）膜下的防護(hù)保護(hù)層應(yīng)該使用壓實(shí)的粘土作為防滲材料作為單獨(dú)的防滲透保護(hù)。其壓實(shí)粘土的防滲系統(tǒng)需要小于等于1×10-7cm/s，其厚度也需要大于等于500mm。6）在一些比較特殊的地區(qū)，或者是對(duì)環(huán)境要求比較高的區(qū)域里面，需要采取雙層襯里防滲系統(tǒng)進(jìn)行防滲透保護(hù)。

2.2 建議

（1）通過分析和研究，發(fā)現(xiàn)在我國的有關(guān)生活垃圾填埋處理的相關(guān)法規(guī)存在著一些缺陷和重復(fù)，有的地方甚至相互矛盾，所以在本規(guī)范的以后的編輯中一定要同相關(guān)部門進(jìn)行協(xié)商交流，以便于更好地將本標(biāo)準(zhǔn)編輯完成，并保證它的先進(jìn)性和權(quán)威性。

（2）新標(biāo)準(zhǔn)是我們通過了研究大量的資料，并針對(duì)國內(nèi)的垃圾填埋現(xiàn)狀和借鑒了一些國外的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)開始編輯的，在整個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)的編輯過程中，一定會(huì)將新的垃圾填埋場的建設(shè)同相關(guān)的管理部門進(jìn)行更多的交流和溝通，以便于獲取到更多的最新資料，使得本規(guī)范能夠更加的具有實(shí)踐意義和更加規(guī)范的指導(dǎo)效果。

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