衛生填埋場水平防滲系統工程量優化計算探討

付強

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海　200092）

衛生填埋場水平防滲系統工程量優化計算探討

付強

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海200092）

以一種較為典型的“HDPE土工膜+GCL”復合防滲結構作為計算案例，探討了垃圾衛生填埋場水平防滲系統工程量中庫底防滲系統、邊坡防滲系統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生的損耗工程量的優化計算，提高了工程設計的準確性。

衛生填埋場；水平防滲；工程量

衛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施［1］。相比城市的快速發展，我國目前衛生填埋場的數量依然不能滿足要求，許多衛生填埋場正處于設計或者建設階段，將為城市或區域的固體廢物污染控制提供強有力的保障［2］。對于一座標準化衛生填埋場而言，水平防滲系統是防止填埋庫區和調節池內滲瀝液污染地下水和地表水的有效措施，是衛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大的比例。因此，在工程設計階段，準確計算水平防滲系統的工程量對于填埋場工程的投資控制有相當重要的意義。筆者在對填埋場水平防滲系統的工程量優化計算進行探討，旨在為工程設計提供指導和借鑒。

1　　水平防滲結構

水平防滲系統的結構應結合填埋場的類型、填埋對象、場地地質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”的復合防滲結構作為計算案例，其結構如圖1所示。

圖1 水平防滲結構

2　　工程量優化計算

2.1庫底防滲系統工程量優化計算

在進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量。但是填埋場在庫底構建時會設計一定的坡度，而且由于庫底斷面大致呈倒梯形，地下水導排層、膜下黏土保護層和滲瀝液導排層均有一定厚度，因此，位于上層的土工材料面積應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以一組數據探討邊坡坡度及結構層厚度對工程量測算的影響。

圖2　　庫底面積計算示意

表1　　庫底防滲結構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%，縱坡一般根據地形設計，若按10%試算，S’/S=1.005。因此，在通常情況下統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果影響很小。

2.1.2邊坡坡度和防滲結構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），而且地下水導排層、膜下黏土保護層和滲瀝液導排層均有一定厚度，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，根據圖1，庫底防滲結構層最頂部的200 g/m2有紡土工布反濾層與庫底基礎上的200 g/m2有紡土工布支撐層距離為 1.1 m（不考慮土工材料自身厚度）。此種情況下，庫底防滲結構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構層距離庫底的高度所引起各結構層實際面積的偏差。

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

2.1.3庫底防滲工程量計算中其它需注意的問題

根據CJJ 113—2007生活垃圾衛生填埋場防滲系統工程技術規范要求，防滲系統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。

若庫底設計了GCL輔助防滲層而邊坡未設計，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邊坡防滲系統工程量優化計算

基于邊坡穩定性及施工便捷性等因素，目前填埋庫區邊坡一般不設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為是邊坡表面積與錨固溝內表面積之和。

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換成邊坡實際斜面面積。設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：

設土工材料的搭接長度為c，搭接后材料內部長度為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。根據規范中各類材料的搭接寬度要求以及常規卷幅尺寸，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，故錨固溝內的防滲材料工程量僅計算豎直內壁的表面積即可。設邊坡錨固溝總長L，錨固溝深度h，錨固溝內每種土工材料的工程量為A，則A=2Lh。此外，庫區頂部錨固溝也可根據其與坡頂線的距離以及內部尺寸設計進行計算。

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果上統一考慮1.05～1.2的安全系數。實質上，土工材料的搭接損耗率可以根據搭接寬度和產品的尺寸（見圖4）進行計算。

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11.9%。在實際大面積施工中，無紡土工布一般采用熱粘連接方式，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處于暴露狀態，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。

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，而應根據不同的材料尺寸、搭接方式和搭接長度進行分項計算。

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.生活垃圾衛生填埋工程實用技術指南［M］.北京：中國建筑工業出版社，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計研究。

E-mail：fuqiang_tj@126.com。

2015-06-04