王志高 謝金亮 郝建青 侯矗岳

(中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038)

0 前言

在我國，垃圾填埋場主要分為正規(guī)垃圾填埋場和非正規(guī)垃圾填埋場兩種類型。正規(guī)垃圾填埋場，即垃圾衛(wèi)生填埋場，是按照國家相關標準規(guī)范建設和運營的垃圾填埋場；非正規(guī)垃圾填埋場一般是利用自然條件堆填，未按照相關標準規(guī)范進行設計和建設的生活垃圾填埋場所[1]。非正規(guī)垃圾填埋場的主要特征是基本上沒有設置任何環(huán)境保護措施，也無建設和使用標準，對環(huán)境的污染危害程度較高[2]。

截止2008年底，北京市垃圾填埋量在200 t以上的非正規(guī)垃圾填埋場共有1 011處，這些垃圾填埋場主要以生活垃圾和建筑渣土為主，垃圾總量約8 000萬t[3]。據不完全統(tǒng)計，截至2013年底，國內21個省計劃共治理非正規(guī)填埋場1 236座，垃圾總量約3.212 6億t。非正規(guī)垃圾填埋場極大地危害了生態(tài)環(huán)境，必須盡快對其進行修復治理。

1 非正規(guī)垃圾填埋場的治理

1.1 非正規(guī)垃圾填埋場的危害

非正規(guī)垃圾填埋場都沒有采取防滲系統(tǒng)、導氣系統(tǒng)和封場覆蓋系統(tǒng)等環(huán)境保護措施，對填埋場周邊的大氣、水、土壤環(huán)境和社會環(huán)境等產生了較大的污染和影響，主要危害如下：

1)填埋垃圾發(fā)酵降解會產生大量的惡臭氣體和可燃氣體，造成了大氣污染和安全隱患，如填埋垃圾產生的甲烷與空氣混合比達到5%～15%時，極易引發(fā)爆炸和火災事故。

2)填埋垃圾在發(fā)酵降解作用、降水淋濾作用、或地表水和地下水浸瀝作用下，將產生出高濃度的滲濾液，滲濾液將會對地下水體產生長期的污染危害。

3)填埋垃圾中含有大量污染物質和有害微生物，它們會對土壤環(huán)境和農作物生長構成嚴重威脅[4]。

4)非正規(guī)垃圾填埋場大多是自發(fā)填埋建設的，隨意性較大，在很大程度上占用了更多的土地資源，造成了土地資源的浪費。

5)非正規(guī)垃圾填埋場大都無法進行規(guī)范的運營和維護，填埋區(qū)垃圾大量暴露、填埋場周邊臭味彌漫、蚊蠅滋生，對城鎮(zhèn)的形象產生了不利影響[5]。

1.2 非正規(guī)垃圾填埋場的治理技術

目前，非正規(guī)垃圾填埋場的治理技術主要有搬遷減量技術、好氧穩(wěn)定化技術、原位封場治理技術等。治理技術的選擇，應根據垃圾填埋場的危害風險等級、垃圾污染源控制、垃圾污染途徑阻斷、填埋場土地利用、經濟效益和社會效益等不同要求進行確定。

1.2.1 搬遷減量技術

根據對垃圾填埋物是否進行處理利用，搬遷減量技術分為整體搬遷減量技術和處理后搬遷減量技術。搬遷減量技術的優(yōu)點是對垃圾填埋物污染危害的治理較為徹底。

1)整體搬遷減量技術。不考慮填埋垃圾的成分和利用等因素，將已經填埋的垃圾全部開挖，然后搬運至正規(guī)垃圾填埋場或垃圾焚燒發(fā)電廠進行規(guī)范化處置。此技術沒有考慮垃圾的綜合利用、浪費了部分有用資源，治理和處置成本也較高。

2)處理后搬遷減量技術。根據垃圾的成分情況采用相應的處理措施，對其中的輕質可燃篩上物、篩下腐殖土、無機骨料等進行綜合利用，對無利用價值部分運送至正規(guī)垃圾填埋場進行填埋處置。此技術實現了垃圾資源的回收利用，但治理工程量較大、投資額高，綜合利用過程中也會對環(huán)境產生不利影響。

1.2.2 好氧穩(wěn)定化技術

好氧穩(wěn)定化技術是通過在垃圾堆體中設置注氣井、注液井及抽氣井，向垃圾堆體內注入空氣，并將收集的滲濾液和其他液體回注至垃圾堆體內，使堆體中有機物在適宜的含氧量、溫度、濕度條件下，經好氧微生物作用快速降解，縮短垃圾分解時間，從而使垃圾堆體最快達到穩(wěn)定化[6-7]。

1)好氧穩(wěn)定化技術優(yōu)點：垃圾降解速度快，使填埋場盡早進入穩(wěn)定化狀態(tài)；垃圾中有機物好氧處理的產物是CO2、H2O等，減少甲烷氣體和惡臭氣體的產量，有利于降低氣體爆炸風險，減少惡臭；滲濾液在垃圾堆體內循環(huán)，可減少滲濾液產量和滲濾液中的污染物含量，降低處理難度和處理費用，也有助于垃圾降解。

2)好氧穩(wěn)定化技術缺點：垃圾堆體達到穩(wěn)定化程度的時間較長，一般需要3～4年，甚至更久；污染治理不徹底，穩(wěn)定化后的垃圾堆體中仍有少量的有機質、滲濾液和填埋氣體等；治理工程費用較高。

1.2.3 原位封場治理技術

原位封場治理技術是通過對垃圾堆體進行邊坡整形，修建坡面平臺、馬道、截水溝、排水溝，并建設滲濾液定向收集導排系統(tǒng)、填埋氣體收集處理系統(tǒng)，然后對垃圾堆體進行封場覆蓋及植被恢復，最終達到消除垃圾堆體安全隱患及產生的臭味，減少滲濾液產生量，控制填埋氣體及滲濾液對周邊環(huán)境的污染，改善場區(qū)景觀，恢復生態(tài)的目的[8-9]。

原位封場治理技術的優(yōu)點是施工工期短、見效快、費用低，操作比較容易，建成后可減少對周圍環(huán)境造成的污染，土地資源可得到開發(fā)利用；其缺點是滲濾液污染雖然可以得到有效控制，但短期內還會有少量滲瀝液滲入地下和橫向遷移。

2 垃圾填埋場中的隔水帷幕技術

隔水帷幕是用于阻截或減少基坑側壁及基坑地下水流入基坑而采用的連續(xù)隔水體[10]。實際上，隔水帷幕相當于垃圾填埋場中的垂直防滲帷幕。

2.1 應用隔水帷幕技術的優(yōu)勢

隔水帷幕技術在非正規(guī)垃圾填埋場治理中可以有較多的應用。

1)在搬遷減量技術中，如果垃圾填埋場所在區(qū)域地下水貯存較為豐富，且垃圾填埋土已經侵入到地下含水層中時，最好采用隔水措施。隔水帷幕可有效阻止垃圾填埋場與周邊地層之間的水力聯(lián)系，減少垃圾填埋場內滲濾液污染的擴散。在治理時的開挖篩分施工中，大大減少了地下水和滲濾液的抽出量，降低環(huán)境治理費用。

2)在好氧穩(wěn)定化技術和原位封場治理技術中，隔水帷幕可以阻止垃圾填埋土、滲濾液與填埋場周邊土層和地下水的聯(lián)系。一方面可有效減少垃圾填埋場的污染范圍；另一方面也為垃圾填埋場提供一個更加獨立封閉的穩(wěn)定化空間，加速填埋場的穩(wěn)定化速度。

2.2 隔水帷幕技術的適用范圍

1)垃圾填埋土種類。如果垃圾填埋場不是以生活垃圾為主，沒有必要進行隔水帷幕處理；只有存在大量垃圾滲濾液產生的填埋場，才適合采用垂直防滲帷幕技術。

2)地層類型。當垃圾場底部土層是由散體顆粒狀的砂、礫、卵石、碎石等組成的透水性較強的砂質地基透水層時，不適合采用隔水帷幕的方式處理；垃圾底部如果位于裂隙發(fā)育區(qū)或灰?guī)r區(qū)，也不適合采用隔水帷幕的方式處理；如果垃圾場底部是防滲效果較好的黏土層，則可以考慮采用隔水帷幕的方式處理。

3)土層厚度。如果垃圾場底部土層是黏性土層，則可視土層厚度而定；如果黏性土層上部土層超過40 m時，則不建議采用帷幕防滲的方式，因其造價昂貴，施工質量難以控制，不利于工程實施。

2.3 隔水帷幕的分類

巖土工程中的隔水帷幕大致可分為三類：利用圍護結構本身形成隔水帷幕，如地下連續(xù)墻、SMW墻和重力式擋墻；獨立設置隔水帷幕，如注漿帷幕、攪拌樁帷幕以及冷凍墻帷幕；圍護結構和結構間隔水帷幕聯(lián)合形成隔水帷幕，如灌注樁+旋噴樁、灌注樁+攪拌樁、鉆孔咬合樁等[10]。

非正規(guī)垃圾填埋場多位于城市的郊區(qū)及城鎮(zhèn)邊緣處，周邊環(huán)境簡單，無重要的建筑物等。因此，非正規(guī)垃圾填埋場治理中的隔水帷幕多采用注漿帷幕、攪拌樁帷幕等獨立設置隔水帷幕。隔水帷幕又分為懸掛式帷幕和落底式帷幕。為了減少垃圾填埋土和滲濾液的污染范圍，非正規(guī)垃圾填埋場治理中的隔水帷幕多采用落底式帷幕。

2.4 落底式帷幕插入深度和墻體厚度的計算

1)落底式豎向隔水帷幕應插入垃圾填埋場下臥不透水層中，其插入深度宜按式(1)計算，且不宜小于1.50 m[11]：

l≥0.2Δhw-0.5D

(1)

式中：l——帷幕進入隔水層的深度，m；

Δhw——基坑內外的水頭差值，m；

D——帷幕的墻體厚度，m。

2)隔水帷幕墻體厚度D可按式(2)計算，并應結合施工要求綜合分析確定[12]：

(2)

式中：ΔH——上下游水頭差，m；

J允——墻體材料的允許比降。

非正規(guī)垃圾填埋場周邊地層一般受擾動較大，導致隔水帷幕的施工區(qū)域分布有深厚的填土，甚至局部區(qū)域還會有生活垃圾和建筑垃圾等，這些會大大影響隔水帷幕的施工質量和工程成本。因此，如何解決填埋場的深厚填土問題，也是隔水帷幕技術應用中的一個關鍵環(huán)節(jié)。

3 隔水帷幕技術的工程應用

3.1 工程概況

1)某非正規(guī)垃圾填埋場位于北京市大興區(qū)，所在區(qū)域位于永定河沖積扇中下部，場地內地勢較為平坦。自然地面以下40 m深度范圍內地層巖性以粉土、黏性土和砂土為主，主要分布2層地下水，含水層巖性以中細砂為主；填埋場東側緊鄰一公路，周邊其他區(qū)域為耕地、土路和小型建筑物；場地中部分布有一積水坑塘。該非正規(guī)垃圾填埋場原為采砂坑，停止采砂后于2002年左右開始填埋垃圾，垃圾成分主要為生活垃圾和建筑渣土，填埋方式為混合填埋。

2)該非正規(guī)垃圾填埋場在勘查時共劃分為5個區(qū)，即生活垃圾土填埋區(qū)(A區(qū))、混合垃圾土填埋區(qū)(B區(qū))、混合垃圾土浸泡區(qū)(C區(qū))、建筑渣土填埋區(qū)(D區(qū))和其他填埋土填埋區(qū)(E區(qū))，具體劃分情況如圖1所示。本垃圾填埋場擬采用處理后搬遷減量治理技術，即開挖篩分治理技術。治理范圍為A區(qū)、B區(qū)和C區(qū)，面積為90 815 m2，占勘查區(qū)總面積的21%。

3)場地自然地面平均標高為26.40 m，垃圾土埋深1.80～15.00 m，垃圾土底板標高為11.81～24.62 m。垃圾土周邊的地層巖性以粉土、黏性土和中細砂為主，垃圾土底板下臥層為2.60～9.00 m的黏性土層。垃圾土與周邊地層的關系如圖2所示。

圖1 非正規(guī)垃圾填埋場的勘查分區(qū)圖

圖2 垃圾土與周邊地層的關系

4)積水坑塘水面標高為22.97 m，滲濾液水位埋深在4.00～7.00 m之間，水位標高在19.32～21.51 m之間(靠近積水坑塘的個別區(qū)域滲濾液水位標高為22.62 m)。填埋場周邊地層共分布2層地下水，第1層地下水為潛水，埋深為5.53～7.81 m，標高為18.83～19.64 m，3～5年最高水位標高為22.00 m；第2層地下水為承壓水，水位埋深為7.40～9.80 m，水位標高16.91～18.56 m。

3.2 隔水帷幕的設置

3.2.1 采用隔水帷幕技術的必要性

坑塘積水與填埋區(qū)垃圾土及周邊土層主要通過垃圾或砂類土直接接觸，其間存在較密切的水力聯(lián)系，且坑塘積水補給滲濾液和地下水。垃圾填埋土已侵入到第1層含水層中，產生了大量的滲濾液，并污染到填埋場周邊的地下水。

當垃圾填埋場采用開挖篩分治理技術時，若不采取止水措施，將大大增加地下水的抽出量，同時也加劇了垃圾土和滲濾液污染的擴散?；诃h(huán)境保護要求，抽出水均需處理達標后排放，由此將增大填埋場治理經濟成本。綜合考慮，該垃圾填埋場治理采取隔水帷幕技術。

3.2.2 隔水帷幕的設置情況

本填埋場內分2個區(qū)段設置隔水帷幕，Ⅰ-Ⅰ區(qū)段隔水帷幕深度為15.50 m，Ⅱ-Ⅱ區(qū)段隔水帷幕深度為18.00 m；隔水帷幕中心線布置如圖1示。隔水帷幕選用高壓旋噴樁，設置兩排，樁徑800 mm，樁間咬合250 mm，兩排樁間相互咬合250 mm，墻體厚度為1.057 m，樁身進入填埋土之下的相對隔水的黏土層中，且不小于1.50 m。

為了避免高壓旋噴樁在垃圾土和填埋土中成樁，影響隔水帷幕的效果，填埋區(qū)先進行一級邊坡開挖，再進行高壓旋噴樁的施工，樁頂標高為22.00 m，成樁范圍內均為自然土層。隔水帷幕樁的地層概化圖如圖3所示。隔水帷幕樁施工完成后，進行垃圾土填埋區(qū)內的降水施工；然后進行二級邊坡開挖，至填埋土底板標高。

圖3 隔水帷幕樁地層概化圖

4 結術語

非正規(guī)垃圾填埋場的治理技術一般包括搬遷減量技術、好氧穩(wěn)定化技術、原位封場治理技術等。搬遷減量技術屬于異位修復技術，好氧穩(wěn)定化技術和原位封場治理技術屬于原位修復技術。異位修復技術對污染的治理較為徹底，但成本較高，同時又在受納處增加了新的污染源；原位修復技術相對易于操作，成本適當，但污染治理不徹底。

通過工程應用詳述了隔水帷幕技術在垃圾填埋場搬遷減量治理中的適用性，有效阻止垃圾填埋場與周邊地層之間的水力聯(lián)系，減少垃圾填埋場內垃圾土和滲濾液對周邊地層污染的擴散，也可為垃圾填埋場提供一個更加獨立封閉的穩(wěn)定化空間，加速填埋場的穩(wěn)定化速度等。隔水帷幕技術在非正規(guī)垃圾填埋場治理中有著較多的應用，但隔水帷幕技術也有其適宜性，隔水帷幕應用的基本條件是垃圾填埋場底部要有合適的防滲性較好的黏性土層。