垃圾填埋厂库区防渗土工膜工程
6.5.1 垃圾填埋场防渗工艺介绍
根据《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》（GB 50869-2013）和《生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范》（CJJ113-2007），填埋场必须进行防渗处理，防止对水体污染。防渗工程是垃圾卫生填埋场工程关键的核心部分，填埋场的防渗方式可分为地基防渗、人工防渗以及复合防渗三种，无论采用哪种方式，均必须达到上述规范规定。
(1)地基防渗：要求在填埋场底部和周边有至少厚度达到2m以上的连续均匀分布的高粘性土壤的压实土层，其渗透系数应不大于10-7cm/s，但这种条件的场地实际是很难找到的。本填埋场不能满足地基防渗要求。
(2)人工防渗：当填埋场地基不能满足低渗透性要求时，应采取人工防渗的方法。人工防渗的技术手段主要有以下几种：
①水平防渗
水平防渗，系指采用符合防渗标准的地基粘土层或其它人工衬垫材料，将库底包裹起来形成防渗层，以防止渗滤液外渗。
a.地基粘土防渗层
利用库区底部密实的地基粘土层作为自然防渗层，该土层的渗透系数K不大于10-7cm/s量，其层厚应不小于2m。
b.人工粘土防渗层
利用人工回填夯实粘土形成防渗层，其防渗标准同前者。
c.钠基膨润土板防渗层
钠基膨润土板是以钠基膨润土为原料，经深加工而制成的防水板材。膨润土遇水后即会膨胀，形成不透水的胶状物。将钠基膨润土板铺设于库底，可形成防渗性能良好的连续柔性防渗层，起到阻止渗滤液外渗的作用，它还可以自动封闭填补缝隙，防渗效果较为理想。目前生产的有两种规格：普通A型和特殊B型。A型板厚5mm，B型板厚15mm，两者的渗透系数均达到10-9cm/s，填埋场多采用B型，北京阿苏卫和厦门垃圾填埋场采用此种板材作防渗层，积累了经验。
此外，在有条件的情况下，也可以利用拌合压实机，将膨润土和粘土进行现场拌合压实，形成防渗层，北京北神树垃圾卫生填埋场即采用此种防渗工艺。
d.高密度聚乙烯（PE）土工膜防渗层
PE土工膜这是防渗材料。防渗性好，渗透系数K<10-12cm/s；它是二维整体，能承受拉力和伸长变形，适应地基不均匀沉降性能较好；具有较好的抗微生物侵蚀和抗化学腐蚀性能；对外界环境的温度、湿度及紫外线的影响力强，使用寿命长。目前，绝大多数垃圾填埋场中都采用这种土工膜作防渗层。
2垂直防渗
垂直防渗，是指不设置于平行库底的水平防渗层，而通过在垂直库底的方向上沿库底周边敷设于岩土中的防渗幕墙（防渗幕墙与库底以下的地基隔水层相接），使库区形成相对独立的封闭的水系，来阻止渗滤液外渗。其适应条件：要求填埋场库底地下承压水位之上必须有符合防渗标准的地基隔水层。垂直防渗幕墙可以通过帷幕墙灌浆工艺来实施。通过灌注压入浆液（水泥、粘土或其他化学浆液），使浆液填充岩石裂隙，胶结成符合防渗标准要求的地下幕墙。此法由于填埋场的地下水被防渗帷幕的阻拦，不能按原来的渗流路线排泄，地下水位升高到场底标高以上，地下水将和垃圾渗滤液混合，排入渗滤液调节池，会增加渗滤处理站的负荷。该方法对水文、地质条件要求较高，大部分地区用该法防渗可靠性不能保证，
(3)复合防渗：为了使填埋场的建设既符合标准又经济，填埋场可根据场址条件采取地基防渗和人工防渗相结合的方式。以下几种情况下可考虑采用复合防渗。
当填埋场的底部粘土满足防渗要求，而侧向基础达不到要求时，垂直方向采取地基防渗，水平方向采取人工防渗。
当填埋场的底部粘土都不能满足要求时，为了进保证衬层的安全性，采取以人工衬层为主、地基衬层为辅的复合层防渗系统。
当填埋场的底部和侧向粘土部分能满足防渗要求，而部分粘土不满足防渗要求时，可以按区域采取地基和人工相结合的复合防渗系统。
6.5.2 防渗方式的选择
通过上述防渗工艺的介绍可以总结出：防渗方案的选择与场区工程地质和水文地质条件密切相关。
据工程地质资料，库区地层只要由第四系全新统洪积层、第四系全新统残坡积粉质黏土层组成，结论中指出本场址土层不能满足规范《生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范》（CJJ113-2007）规定的自然防渗的相关要求，所以本工程必须采用人工防渗方式。结合本工程的设计情况，确定工程防渗设计采用人工水平防渗方式。
实用于填埋场防渗的有很多材料，目前从实践应用来看，用于垃圾卫生填埋场主要有三种土工合成材料，分别为土工膜，土工网格和土工织物。土工膜是相对较薄的柔性热塑或热固聚合材料，在填埋场的土工膜主要功能是作为水、气的隔离层。目前，在垃圾卫生填埋场应用成功的是高密度聚乙烯（PE）土工膜，与其他土工材料相比，它具有好的耐久性。PE 膜是高分子聚乙烯由平板机压制而成，从 80 年代就开始在垃圾填埋场防渗处理中使用土工膜作为衬层材料，逐步发展成为成熟的技术并得到越来越多的应用。通常采用 l～2mm 厚的高密度聚乙烯（PE）作为衬层材料，其渗透系数可达 10-12～10-13cm/s。目前，土工膜己形成了系列产品，并且制定了相应设计和施工标准。
使用的PE土工膜，其厚度有l.0mm 、1.25mm、 1.5mm、2.0mm、2.5mm 等几种，它具有以下特征和优点：
低渗透性：PE土工膜的渗透系数很低，远远低于规范所要求的标准，可以确保垃圾渗滤液不会渗透，从而保护地下水资源和周围生态环境不受污染。
化学稳定性：PE土工膜相对于其他土工膜来讲，它相对具有优良的化学稳定性，填埋库区所产生的垃圾渗滤液及其他物质不会对其构成腐蚀性破坏。
紫外线稳定性：PE土工膜具有要良好的抗紫外光抗老化特性。PE 土工膜中的炭黑加强了其抗紫外线，抗臭氧的能力。另外，在 PE 土工膜的生产过程中，由于没有采用增塑剂，所以它可以较长时间暴露在阳光下，可以在较高温度的环境下维持其原有的性能，其中的有机物质不会被分解。
技术成熟：目前，PE土工膜生产工艺己经成熟化，并且已经有了完善配套的焊接方法，技术成熟，便于施工，有许多成功的案例可以说明PE膜是卫生填埋场可以成功使用的防渗层主体材料。
经济性能强：PE土工膜的性能价格能够适应各地区的经济水平。
PE膜技术性能表 表6-1
|
序号 |
项目 |
单位 |
性能指标 |
测试方法 |
|
1 |
厚度 |
mm |
1.50（±5%） |
ASTM D5199 |
|
2 |
宽幅 |
m |
≥6.5 |
|
|
3 |
密度/比重 |
g/m3 |
0.94 |
ASTM D792/ASTM Dl505 |
|
4 |
碳黑含量 |
% |
2—3 |
ASTM D1603-94 |
|
5 |
碳黑分散度 |
Category |
l或2 |
ASTM D5596-44 |
|
6 |
熔融指数 |
g/10min |
≤1.0 |
ASTM D1238 |
|
7 |
抗撕裂强度 |
N |
200 |
ASTM D1004 |
|
8 |
抗穿刺强度 |
N |
480 |
ASTM D4833 |
|
9 |
屈服拉伸强度 |
N/mm |
26 |
ASTM D638 |
|
10 |
断裂拉伸强度 |
N/mm |
50 |
ASTM D638 |
|
11 |
屈服延展率 |
% |
l3 |
ASTM D638 |
|
12 |
断裂延展率 |
% |
750 |
ASTM D638 |
|
l3 |
尺寸稳定性 |
% |
≤2 |
ASTM D1204 |
|
l4 |
氧化诱导时间 |
min |
≥100 |
ASTM D3895 |
|
l5 |
-70℃低温冲击性能 |
|
通过 |
ASTM D746-98 |
6.5.3 防渗材料选择
(l) 材料厚度选择
根据《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》（GB 50869-2013）规定，采用人工防渗防渗，PE土工膜厚度为1.5mm。
(2) 幅宽选择
有关研究表明，渗漏现象的发生，l0%是由于材料的性质以及被尖物刺穿、顶破作用，90%是由于土工膜焊接处的渗漏，而土工膜焊接量的多少与材料的幅宽密切相关，以5m和6.8m宽的不同材料对比，前者需要 X/5-1个焊缝，后者需要X/6.8-1个焊缝，前者的焊缝数量至少比后者多36%，意味着渗漏可能性要高36%。因此宜选用宽幅PE土工膜。
(3) 摩擦性能选择
本工程设计时采用多段锚固，场底PE土工膜发生滑动的可能性较小，可选择光面的PE土工膜。对于坡面，则需要考虑到不同材料之间的相对滑动对防渗系统造成的破坏，根据有关经验数据，光面膜与土工布的摩擦角只有11°，与细纱的摩擦角也只有18°，而粗糙的摩擦角可达到30°，从安全性的角度出发，在坡面上采用糙面PE膜比较好，所以本工程防渗主体结构全部采用1.5mm厚的双糙面PE膜。
综上所述：本工程主防渗层采用1.5厚，幅宽为6.0m的双糙面PE土工膜。
6.5.4 防渗结构
根据本工程选址场址的地质条件，不满足《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》（GB 50869-2013）和《生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范》（CJJ113-2007）中地基防渗要求，因此本可研采用人工防渗方式，复合衬里结构，防渗结构如下：
场底防渗结构从下到上依次为：750mm的压实土壤保护层（渗透系数1.0×10-7 m/s）、4800g/m2 GCL、1.5mm 厚 PE土工膜、600g/m2 长丝无纺土工布1层、300mm 厚卵石导流层、反滤层（土工滤网200g/m2）、上面是垃圾层。
边坡防渗结构从下到上依次为：750mm的压实土壤保护层（渗透系数1.0×10-7m/s）、4800g/m2 GCL、1.5mm厚 PE 土工膜、600g/m2 长丝无纺土工布1层、200mm护坡土袋。
