生活垃圾填埋场封场后不均匀沉降分析与预测

生活垃圾填埋场在封场前, 随着垃圾的不断填埋, 垃圾堆体产生的不均匀沉降并不明显, 一般情况下不会对堆体造成负面的影响。当生活垃圾填埋场按相关标准进行封场后, 堆体的不均匀沉降将变得明显, 幅度较大的不均匀沉降, 将可能造成封场覆盖防渗膜受拉而撕裂, 使其防渗效果失效。因此对填埋场进行封场设计时, 必须充分考虑垃圾堆体的不均匀沉降。

1 填埋场概况

填埋场面积约2 0万平方米, 最大填埋深度8 0米, 使用年限为1 2年。封埋场封场前, 日填埋垃圾量3 0 0 0吨, 于2 0 0 4年满容, 2 0 0 5年完成封场覆绿工程。

填埋场西南侧约1.7万平方米的区域, 在填埋场运营其间一直为渗沥液回灌区, 封场前还作为渗沥液的临时储存池。封场工程垃圾堆体整形完成后, 该区域垃圾层度为57米。封场后该区域发生了幅度较大的沉降, 至2007年底, 即封场后3年, 该区域最大沉降幅度为4.62米, 形成沉陷区, 而周边区域的沉降量为1~3米 (平均按2米计算) 。两区域存在较大的沉降差, 垃圾堆体出现了幅度较大的不均匀沉降。

2 不均匀沉降成因

2.1 影响生活垃圾填埋场沉降的因素

影响生活垃圾填埋场沉降量的因素很多, 而且各因素之间相互作用, 相互影响, 这些因素包括:填埋后垃圾层的密度;垃圾中可降解物的含量;填埋高度;覆盖层的压力;垃圾层内渗沥液的水位;影响垃圾中有机物分解的环境因素。

2.2 沉陷区沉降成因分析

分析填埋场的使用情况, 造成局部区域沉陷的原因有三点:

沉陷区域在封场前是垃圾渗沥液回灌区, 该处垃圾层的含水率较大, 而有机物含水率越高, 降解速度会越快, 从而导致沉降量会越大。

沉陷区因原含水率较高, 封场后随着渗沥液从堆体中排出, 沉陷区最高水位下降幅度要比周边区域大。因此该区域较周边区域容易产生更大的沉降。

由于沉陷区是原渗沥液回灌区, 其垃圾体内含水率高, 整个区域相当于一个软弱地基层, 施工机械难以进入, 在封场堆体整形时, 该区域的垃圾是直接堆填至设计标高, 而无法对其按照正常的设计要求进行压实填埋。该区域的松软回填层在外部堆填荷载 (封场覆盖土层) 作用下, 相对周边区域的压实回填层, 会发生较大的沉降。

3 垃圾堆体沉降量计算

3.1 垃圾堆体沉降的类型

目前, 国内对于生活垃圾填埋场的沉降的有关研究较少, 缺少对生活垃圾填埋场沉降计算理论研究。根据美国多名学者长期对生活垃圾填埋场沉降的研究, Holtz and Kovacs (1981年) 总结出经典的土力学压缩理论也适用于生活垃圾填埋场的沉降计算。

垃圾堆体沉降主要由三个分量组成:

垃圾填埋后, 垃圾层瞬时沉降量Zi和固结沉降量Zc在短时间内发生, 此两部分沉降量称为主固结沉降量, 生活垃圾在填埋压实后主沉降随即发生, 并在较短时间内完成。而在填埋场封场后造成垃圾堆体发生不均匀沉降的是长期作用的次沉降Zs, 因为垃圾堆体次沉降过程中包含有复杂的物化和生化分解作用, 随着有机物的不断降解和含水率的不断降低, 次沉降作用将持续至封场后很长的一段时间, 称长历时次固结沉降。

3.2 前提条件的假定

填埋场封场前日填埋垃圾量为3 0 0 0吨, 填埋量较大, 作业面积较大, 在进行沉降分析时, 可做以下三个假定:

假定填埋场沉陷区域和周边区域填埋垃圾的成分和理化特性相似。

由于区域相近, 假定两区域的填埋高度相同。

由于垃圾成分相似, 假定两区域的主固结沉降同时发生, 并且量值相等。

3.3 封场后垃圾堆体沉降量计算

由于已假定两个区域的主固结沉降同时发生, 其随时间变化而发生的变化相似, 因此对于两个区域来说, 沉降差主要是因垃圾堆体的长历时次固结沉降引起的。在下面的分析中, 将忽略垃圾堆体的主固结沉降量, 主要分析和计算垃圾堆体的长历时次固结沉降和受封场覆盖层压力作用下产生的主结固结沉降。

3.3.1 封场后垃圾堆体的主固结沉降△Hc

封场后, 填埋堆体除发生因自重发生的主沉降外, 还将因封场覆盖土层荷载引起垃圾堆体发生主沉降。应用下列公式可计算垃圾堆体因竖向增填或其他外加荷载引起的沉降。

式中:△Hc为主固结沉降, m;

H0为已填垃圾层的初始厚度, m;

为修正的主固结压缩指数, =0.17-0.36;

为作用于垃圾层中点的上覆压力, kPa;

△σ为竖向增填或其他外加荷载引起的压力增量, kPa。

由于填埋封场工程中堆体修整过程垃圾填埋作业的施工工艺是相同的, 而且相邻区域垃圾层厚度相同。另外, 由于两区域封场覆盖土层的厚度、施工时间、工艺均相同, 即可以为封场后因覆盖土层引起的△σ是相同的。

考虑到垃圾已填埋多年, 垃圾堆体修正的主固结压缩指数取。封场覆盖土层总厚1.2米, 计算得。完成垃圾堆体修整后, 作用于垃堆体中层的压力。

计算得因封场覆土引起垃圾堆体的主固结沉降量。两区域因封场覆土层引起的是相同的。

同理, 两区域封场覆土层自身的沉降量也是相同的, 而且沉降量较小, 可忽略不计。

3.3.2 封场后垃圾堆体的长历时次固结沉降△Hσ|

填埋场垃圾已填埋多年, 封场后垃圾堆体的沉降差主要是在长历时次固结沉降引起。其理论计算公式如下:

式中:为次固结沉降量, m;

H0为次固结沉降开始前垃圾层的初始厚度, m;

为修正的次固结压缩指数, ;

t1为次固结沉降开始时间;

t2为次固结沉降结束时间。

垃圾堆体在2005~2007年期间沉陷区垃圾堆体的长历时次固结沉降量约4.33米, 沉陷区周边区域长历时次固结沉降量约1.7 1米。

根据两区域实际的长历时次固结沉降量, 可分别计算得封场后3年内两区域的修正次固结压缩指数。计算得, 沉陷区, 周边区域。

正由于两区域的修正长历时次固结压缩指数不相同, 相差0.0 9, 便造成沉陷区与周边区域出现沉差降。

4 填埋场不均匀沉降预测

4.1 填埋场沉降特点

生活垃圾填埋场的沉降普遍存在以下特性:大部份的沉降在垃圾填埋后1~3年内迅速发生;压实密度高、含水率较少的填埋堆体沉降量相对较低;填埋堆体沉降量随着年限的增加而减小。

4.2 填埋场不均匀沉降预测

根据国外经验, 填埋场修正的次固结压缩指数。对于国内的填埋场, 由于填埋垃圾中易降解的有机物含量较多, 而且垃圾层较为疏松, 压实密度较低, 因此, 国内填埋场封场后的长历时次沉降量高于国外填埋场, 且持续时间也相对较长。

摘要：分析了我国南方某填埋场封场后垃圾堆体的不均匀沉降的成因, 预测封场后10年内垃圾堆体的不均匀沉降量, 为生活垃圾填埋场封场设计提供参考。

关键词：生活垃圾填埋场,封场,不均匀沉降

参考文献

[1] 钱学德, 郭志平, 施建勇, 卢廷浩.现代卫生填埋场的设计与施工.2001.