衛(wèi)生填埋場水平防滲系統(tǒng)工程量優(yōu)化計算探討

付強

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團(tuán)）有限公司，上海　200092）

衛(wèi)生填埋場水平防滲系統(tǒng)工程量優(yōu)化計算探討

付強

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團(tuán)）有限公司，上海200092）

以一種較為典型的“HDPE土工膜+GCL”復(fù)合防滲結(jié)構(gòu)作為計算案例，探討了垃圾衛(wèi)生填埋場水平防滲系統(tǒng)工程量中庫底防滲系統(tǒng)、邊坡防滲系統(tǒng)和錨固平臺中各類材料的工程量以及土工材料在庫底坡腳處的連接工程量和相同材料自身搭接產(chǎn)生的損耗工程量的優(yōu)化計算，提高了工程設(shè)計的準(zhǔn)確性。

衛(wèi)生填埋場；水平防滲；工程量

衛(wèi)生填埋場是城市固體廢物處理處置體系中必不可少的末端無害化處置設(shè)施［1］。相比城市的快速發(fā)展，我國目前衛(wèi)生填埋場的數(shù)量依然不能滿足要求，許多衛(wèi)生填埋場正處于設(shè)計或者建設(shè)階段，將為城市或區(qū)域的固體廢物污染控制提供強有力的保障［2］。對于一座標(biāo)準(zhǔn)化衛(wèi)生填埋場而言，水平防滲系統(tǒng)是防止填埋庫區(qū)和調(diào)節(jié)池內(nèi)滲瀝液污染地下水和地表水的有效措施，是衛(wèi)生填埋場的核心要素，其投資在整個工程費用中也占有相當(dāng)大的比例。因此，在工程設(shè)計階段，準(zhǔn)確計算水平防滲系統(tǒng)的工程量對于填埋場工程的投資控制有相當(dāng)重要的意義。筆者在對填埋場水平防滲系統(tǒng)的工程量優(yōu)化計算進(jìn)行探討，旨在為工程設(shè)計提供指導(dǎo)和借鑒。

1　　水平防滲結(jié)構(gòu)

水平防滲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合填埋場的類型、填埋對象、場地地質(zhì)條件等因素綜合考慮確定。筆者將以一種較為典型的“HDPE土工膜+GCL”的復(fù)合防滲結(jié)構(gòu)作為計算案例，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 水平防滲結(jié)構(gòu)

2　　工程量優(yōu)化計算

2.1庫底防滲系統(tǒng)工程量優(yōu)化計算

在進(jìn)行庫底各類防滲材料工程量測算時，通常會在CAD圖形文件中測量出庫底的水平面積，并以此作為庫底各層防滲材料的工程數(shù)量。但是填埋場在庫底構(gòu)建時會設(shè)計一定的坡度，而且由于庫底斷面大致呈倒梯形，地下水導(dǎo)排層、膜下黏土保護(hù)層和滲瀝液導(dǎo)排層均有一定厚度，因此，位于上層的土工材料面積應(yīng)比下層土工材料的面積大。以下將探討這2種因素對工程量測算的影響。

2.1.1庫底坡度對工程量測算的影響

設(shè)庫底的橫坡為a%，縱坡為b%，見圖2。

為簡化計算，假定庫底為矩形，兩邊分別為e和f，邊坡坡比為1∶m，土工材料距庫底的高度為h，則上部面積S’=（e+2 mh）（f+2 mh），下部面積S=ef。表1以一組數(shù)據(jù)探討邊坡坡度及結(jié)構(gòu)層厚度對工程量測算的影響。

圖2　　庫底面積計算示意

表1　　庫底防滲結(jié)構(gòu)工程量與庫底凈面積對比

則上部（斜面）三角形的三邊分別為：

令X=（L1+L2+L3）/2，則上部（斜面）三角形的面積為：

因此，庫底實際面積S’與其水平投影面積S之比為：

對平原型填埋場，庫底縱坡和橫坡一般均設(shè)計為2%，即a=b=2，按上式可得S’/S為1.000 4。對山谷型填埋場，庫底橫坡2%，縱坡一般根據(jù)地形設(shè)計，若按10%試算，S’/S=1.005。因此，在通常情況下統(tǒng)計庫底防滲材料面積時，可以用水平投影面積代替實際的坡面面積，庫底坡度對工程量測算結(jié)果影響很小。

2.1.2邊坡坡度和防滲結(jié)構(gòu)層厚度對工程量測算的影響

由于庫底斷面大致呈下窄上寬的倒梯形（見圖

3），而且地下水導(dǎo)排層、膜下黏土保護(hù)層和滲瀝液導(dǎo)排層均有一定厚度，因此理論上上層土工材料的面積必定大于庫底凈面積。

圖3　　庫底斷面計算示意

①中假定了庫底是100 m×100 m的正方形庫底四周邊坡坡比為1∶3，根據(jù)圖1，庫底防滲結(jié)構(gòu)層最頂部的200 g/m2有紡?fù)凉げ挤礊V層與庫底基礎(chǔ)上的200 g/m2有紡?fù)凉げ贾螌泳嚯x為 1.1 m（不考慮土工材料自身厚度）。此種情況下，庫底防滲結(jié)構(gòu)最頂層土工材料的面積比庫底凈面積增大了13.6%。

②中將庫底的邊長縮小為50 m×50 m，其他參數(shù)不變。與①相比可以看出，庫底面積越小，上層土工材料實際面積與庫底凈面積的偏差越大。

③的意義在于模擬山谷型填埋場狹長形的庫底形式。③與①庫底凈面積相同，但是長寬比不同對比可知，庫底各層土工材料的實際面積受庫底長寬比的影響非常大。

④和⑤則說明了邊坡坡度和結(jié)構(gòu)層距離庫底的高度所引起各結(jié)構(gòu)層實際面積的偏差。

雖然表1是對幾種填埋場庫底形式進(jìn)行簡單的模擬，但是通過對比可以看出，在進(jìn)行庫底工程量測算時，不能夠簡單地以庫底基準(zhǔn)面積替代上部各結(jié)構(gòu)層的實際面積。在設(shè)計計算中，實際沒有必要以上述參數(shù)建立數(shù)學(xué)公式或模型，而可以在CAD圖形文件中根據(jù)邊坡坡比及結(jié)構(gòu)層厚度采用偏移坡腳線的方式進(jìn)行逐層測量，即可保證設(shè)計工作的準(zhǔn)確性。

2.1.3庫底防滲工程量計算中其它需注意的問題

根據(jù)CJJ 113—2007生活垃圾衛(wèi)生填埋場防滲系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范要求，防滲系統(tǒng)工程材料在坡度大于10%的坡面上和坡腳向場底方向1.5 m范圍內(nèi)不得有水平接縫。因此，庫底主防滲層的光面HDPE土工膜只需計算至距離該層坡腳線1.5 m即可，但同時應(yīng)將該部分工程量計入邊坡毛面HDPE土工膜的工程量中。

若庫底設(shè)計了GCL輔助防滲層而邊坡未設(shè)計，則需要考慮庫底GCL層向邊坡方向超鋪一定長度（圖1中的超鋪長度為1.5 m）。

2.2邊坡防滲系統(tǒng)工程量優(yōu)化計算

基于邊坡穩(wěn)定性及施工便捷性等因素，目前填埋庫區(qū)邊坡一般不設(shè)計具有一定厚度的碎石層和黏土層。因此，在忽略土工材料自身厚度的前提下，邊坡防滲材料工程量可以認(rèn)為是邊坡表面積與錨固溝內(nèi)表面積之和。

邊坡表面防滲材料工程量測算的惟一重點，是將CAD圖形文件中測得的邊坡水平投影面積按邊坡坡度轉(zhuǎn)換成邊坡實際斜面面積。設(shè)邊坡水平投影面積為S，邊坡平均坡比為1∶n，邊坡實際斜面面積為S’，則：

設(shè)土工材料的搭接長度為c，搭接后材料內(nèi)部長度為a，寬度為b，則搭接損耗的面積S1=2ac+2bc+4c2，搭接后外露的面積S2=ab。因前文計算出的庫底和邊坡防滲材料工程量實際為S2，故土工材料的損耗率可以由S1/S2表示。根據(jù)規(guī)范中各類材料的搭接寬度要求以及常規(guī)卷幅尺寸，可以計算不同材料的搭接損耗率，如表2所示。

表2　　各類土工材料搭接損耗率

邊坡錨固溝通常設(shè)計為矩形，因此錨固溝底水平段的防滲材料面積可以計入邊坡表面防滲材料的工程量中，故錨固溝內(nèi)的防滲材料工程量僅計算豎直內(nèi)壁的表面積即可。設(shè)邊坡錨固溝總長L，錨固溝深度h，錨固溝內(nèi)每種土工材料的工程量為A，則A=2Lh。此外，庫區(qū)頂部錨固溝也可根據(jù)其與坡頂線的距離以及內(nèi)部尺寸設(shè)計進(jìn)行計算。

2.3防滲材料搭接損耗計算

在許多填埋場工程中，一般都不會特別計算防滲材料的搭接損耗，而是在各類材料的工程量計算結(jié)果上統(tǒng)一考慮1.05～1.2的安全系數(shù)。實質(zhì)上，土工材料的搭接損耗率可以根據(jù)搭接寬度和產(chǎn)品的尺寸（見圖4）進(jìn)行計算。

從表2可以看出，材料卷幅尺寸、搭接方式以及搭接長度對材料的損耗率都有影響。由于GCL的單卷材料尺寸較小，且搭接長度較長，因此損耗率非常高，達(dá)11.9%。在實際大面積施工中，無紡?fù)凉げ家话悴捎脽嵴尺B接方式，損耗率也比較高。此外，由于邊坡上的HDPE土工膜可能在一段時期內(nèi)處于暴露狀態(tài)，因此為了避免熱脹冷縮造成膜撕裂的情況，施工時會將邊坡上的土工膜間隔處理成褶皺狀。因此，在計算邊坡HDPE毛面土工膜的工程量時，建議再額外考慮1.03～1.05的附加系數(shù)。

綜上，在防滲材料工程量測算時，不同土工材料的損耗率不可一概而論，而應(yīng)根據(jù)不同的材料尺寸、搭接方式和搭接長度進(jìn)行分項計算。

圖4　　土工材料搭接損耗計算示意

［1］ 何品晶，邵立明.固體廢物管理［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［2］ 陳朱蕾，薛強.生活垃圾衛(wèi)生填埋工程實用技術(shù)指南［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

Optimized Calculation of Horizontal Lining System Quantities in Waste Sanitary Landfill Sites

Fu Qiang
（Tongji Architectural Design（Group）Co.Ltd.，Shanghai200092）

Taking a typical complex impervious structure based on HDPE geomembrane and GCL as the example，the optimized calculation of quantities for horizontal lining system in waste sanitary landfill site was discussed，including all kinds of materials used in reservoir bottom impervious system，slope impervious systems and anchoring platform，geotextile materials used in the connection of reservoir bottom and slope foot，and material loss when lapping.The optimized calculation could improve the accuracy ofproject design.

waste sanitary landfill site；horizontal lining system；quantities

X799.3

B

1005-8206（2016）01-0030-03

付強（1982—），碩士研究生、工程師，主要從事固體廢物處置、水污染控制方面的設(shè)計研究。

E-mail：fuqiang_tj@126.com。

2015-06-04