上海地区生活垃圾卫生填埋场防渗结构方案
综观国内外垃圾处理发展过程，由于垃圾填埋具有处理成本较低、操作管理方便，在大部分国家仍处于主导地位。建设垃圾填埋场主要包括：①场地防渗处理；②铺平、压实、覆盖填埋作业工艺及设备；③清污分流与渗沥液收集；④渗沥液治理；⑤填埋气控制与收集；⑥其它项目如灭蝇、除臭、防治鸟类等。其中，防渗工程是卫生填埋场建设的关键。
上海地区陆地为冲积平原，地势低、水位高，为确保充分利用有限的土地资源、延长填埋场使用年限，通常采用开挖填坑与堆高填埋相结合工艺，地基土层大多处于高度积水状态。土层分布自上而下大致为：人工填土（或耕植土）、褐黄色黏性土、灰色淤泥质粉质黏土、灰色淤泥质黏土、灰色黏性土、暗绿或草黄色黏性土、草黄色砂质粉土、灰色粉细砂、灰色粉质黏土夹粉砂、灰色砂土、兰灰或绿灰色黏性土等。地区场底土壤的防渗系数达不到国家规定的天然黏土类衬里的防渗要求，需要采用完善的人工防渗措施，将地下水污染控制在最小程度。
1 总体方案
我国CJJ17-2001城市生活垃圾卫生填埋技术规范规定：“黏土类衬里（自然防渗）的填埋场，天然黏土类衬里的渗透系数不应大于1.0×10-7 cm/s，场底及四壁衬里厚度不应小于2m；改良土衬里的防渗性能应达到黏土类防渗性能。当填埋场不具备黏土类衬里或改良土衬里防渗要求时，宜采取自然和人工结合的防渗技术措施。”
目前，国内已建成的填埋场中采用垂直防渗的较典型的填埋场有杭州天子岭填埋场、苏州七子山填埋场、上海浦东黎明应急填埋场等，目前均正常运行，但是由于垂直防渗墙体均采用水泥灌浆形式，其防渗系数均为10-6cm/s，并未达到国家标准中要求的10-7cm/s，因此或多或少地有渗沥液外渗量超标的情况发生。
从我国卫生填埋技术规范看，在人工防渗中，仅对水平防渗系统作了要求。从国内其它地区已有的工程经验和新建的卫生填埋场实例来看，由于防渗墙的渗透系数不能满足卫生填埋技术标准的要求，新建的卫生填埋场基本上都采用水平防渗措施，因此，对四期工程新建填埋区，在现行标准下，从技术可靠性出发，推荐采用铺设人工防渗膜的方案。结合填埋区的场内取土以满足土方平衡的需要，采用在填埋区周围打防渗墙的措施作为辅助防渗手段。
2 水平防渗方案
2.1概述
水平防渗的衬层系统通常从垃圾底部向下可依次包括过滤层、排水层（包括渗沥液收集系统）、保护层和防渗层等。
水平防渗的衬层系统可以分为单层衬层系统、复合衬层系统、双层衬层系统、多层衬层系统：
单层衬层系统只有一个防渗层，防渗膜上面是保护层和排水层，有时也在下面设下垫层和地下水收集系统。
复合衬层系统是用两种防渗材料贴在一起构成防渗层，常用的是柔性膜与黏土合在一起，其它层的设置与单层衬层系统相同。
双层衬层系统包含两层防渗层，两层之间是排水层，以导排两层防渗层之间的液体和气体，此外，上层防渗膜上面是保护层和排水层，下层防渗膜的下面可以设置地下水收集系统。
2.2构造方式选择
对单层土工膜衬层防渗性能分析如下：
按国家标准要求的2m厚、渗透系数为1×10-7cm/s的黏土，在假设水头为0.3m的条件下，底面标准渗透率用达西定律计算为9.94×10-5m3／（m2•d）。
假设人工防渗采用单层土工膜衬垫，当土工膜材料和施工质量“一般”时，其破损情况参照有关资料可以用每4047m2有1个1cm2的小孔来衡量，则其渗透率用伯努利方程计算为3.11×10-4m3／（m2•d）。
为保证土工膜达到较好的防渗效果，有以下3种方式供选择：
方案一：采用单层土工膜衬垫，要求土工膜材料和施工质量都较好，破损情况更加小。其破损情况以达到每4047m2有1个0.1cm2的小孔计，则其渗透率为3.11×10-5m3／（m2•d）。
方案二：采用双层防渗系统，少量通过主防渗层的渗沥液被次防渗层收集、导出，大大减少系统发生渗漏的可能性。
方案三：采用复合防渗系统，土工膜下紧贴膨润土，由于破损处的渗沥液是点扩散而不是面扩散，同样质量的土工膜的渗透量大大降低。而且膜下膨润土的防渗系数达到10-11m/s，可进一步阻挡渗沥液的下渗。
下垫膨润土按防渗系数5×10-11m/s计，考虑膨润土垫层的两侧有土工复合土工膜按结合情况较差计算，
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折合到4047m2为1.81×10-7m3／（m2•d），远小于国家规定的标准。
随着工程技术的发展，用于生活垃圾卫生填埋场的衬层系统也在不断改进，从单层黏土衬层，到单层土工膜衬层、双层土工膜衬层、单层复合衬层、双层复合衬层，防渗性能越来越好。
上述分析表明：
方案一采用单层土工膜衬垫，要符合国家卫生填埋标准，需要采用较好的土工膜，当膜本身质量不是十分完美、或者施工及作业过程中出现差错，都会导致防渗系统失效。因此，上海地区生活垃圾填埋场宜采用更高等级的防渗系统。
方案二的双层衬层系统和方案三的单层复合衬层系统各有特点：双层衬层系统的最大特点是主、次防渗膜之间的收集系统可以起到主防渗膜检漏作用，但当正常情况下极少量渗沥液穿过HDPE膜，或HDPE膜发生局部破损而渗漏时，对双层衬层系统而言，渗漏的渗沥液将流动而分布在整个面上，过水面积大，继续渗漏量大，而对于复合衬层系统，由于膜与黏土表面紧密连接，具有一定的密封作用，渗沥液在黏土层上的分布面积很小，因而继续渗漏量很小，优于双层衬层系统。复合衬层两部分之间接触的紧密程度是控制复合衬层渗漏量的关键因素，所以一般不在两层之间设置土工织物。
从技术上看，单层复合衬层系统的防渗性能优于双层衬层系统；从经济上看，对于双层衬层系统，与单层复合衬层系统相比，省去了土工织物膨润土毯（GCL），增加了主防渗膜下垫土工布、渗漏液收集层、次防渗膜和次防渗膜上下土工布，单位面积投资增加约70元／m2。
综合技术和经济分析，推荐在上海地区采用“单层复合衬层”作为填埋场的水平防渗系统（主防渗系统）。
2.3防渗材料种类选择
2.3.1主防渗膜材料
柔性膜有多种材料，目前最广泛使用的填埋场防渗材料是高密度聚乙烯（HDPE）材料，其厚度有1.0mm、1.25mm、1.5mm、2.0mm、 2.5mm等几种，它具有如下特点：①HDPE膜具有很强的防渗性能，渗透系数达到10-12cm/s；②化学稳定性好，具有较强的抗腐蚀性能，耐酸、碱及抗老化能力，一般来说，抗化学腐蚀能力是衬垫设计中最需要注意的，而HDPE是所有土工膜中抗化学能力最强的一种，生活垃圾渗沥液不会对HDPE组成的衬垫造成腐蚀，此外，HDPE膜的抗紫外线老化能力强，添加的碳黑可增强对紫外线的防护，而且由于在HDPE土工膜中不允许添加增塑剂，因此不必担心由于紫外线照射而引起增塑剂的挥发；③机械强度高，具有较强的弹性，其屈服伸长率为13%，当伸长率达到700%以上时发生断裂；④已经开发了配套的施工焊接方法，技术成熟，便于施工；⑤气候适应性强，耐低温；⑥与黏土具有很强的互补性，共同构成防渗结构层，可增加防渗性能；⑦性能价格比较合理。因此，可采用 HDPE膜作为防渗材料。根据我国现行标准，高密度聚乙烯土工膜厚度不应小于1.5mm。
2.3.2次防渗材料选择
拟采用土工织物膨润土毯（GCL）作为次防渗材料，它不仅防渗性能良好，相当于60cm厚、10-7cm/s的黏土层，而且可以与HDPE紧密接触而形成复合防渗结构，渗透量比单层HDPE小2个数量级，防渗效果大大提高。更重要的是，万一主防渗膜破损漏水，GCL将起到自动修复的功能。
3 垂直防渗
垂直防渗是指在区域边界处地面以下设计建造一定深度和标准的不透水结构，即防渗漏结构。对垃圾填埋场而言采用垂直防渗必须利用库区底部的天然相对不透水层作为底部防渗层，垂直防渗结构底部深入天然相对不透水层一定深度，以此控制库区内地下水的自然排泄和流入，从而使库区形成一个完整的相对独立的水文地质单元。
由于上海地区地下水位较高，平均地下水位标高3.0m，平均地面标高3.3m，经清库处理后，填埋场底平均标高均在地下水位以下，因此地下水势必对库底的土工膜产生一定的浮托力。膜上的黏土保护层和碎石导流层的质量尚不能完全抵消浮托力，而且当雨季到来时，场内地下水位将升高，浮托力将增大，此时土工膜上的垫层结构将被破坏。为此，必须考虑机械排除地下水，降低地下水位，减小土工膜所受的浮托力。在库区底部地下水排除的同时，场外地下水将源源不断地补充进来，如果不采取辅助措施，机械排水的量将是巨大且持续的，势必造成运行成本大幅增加，也给填埋作业管理带来难度。因此，上海地区生活垃圾卫生填埋场应采用垂直防渗作为辅助防渗手段，达到以下效果：大大减少外界地下水的补给；为给场内取土提供了可能，满足土方平衡；加强填埋库区的渗沥液防渗漏系统。
垃圾填埋场垂直防渗结构可以有多种方案，一般可考虑如下几种：①连续的水泥搅拌桩；②连续的水泥膨润土混合料搅拌桩；③垂直开槽埋设HDPE膜；④水泥灌浆帷幕。几种垂直防渗结构比较见表1。
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由于垂直防渗结构主要用于截断地下水，同时考虑到场地地基的稳定性，因此可采用连续水泥搅拌桩进行垂直防渗：不仅可以达到国家有关标准要求的防渗等级要求，还能对基础进行加固，有利于填埋库区隔堤的施工。
4 结论
4.1上海地区地势低、水位高，场底土壤的防渗系数达不到国家规定的防渗要求，为将地下水污染控制在最小程度，在上海地区生活垃圾卫生填埋场同时实施完善的水平防渗和垂直防渗是十分必要的。
4.2综合技术、经济因素，上海地区可采用“单层复合衬层”作为填埋场的水平防渗系统，其中，主防渗材料采用高密度聚乙烯土工膜、厚度不小于1.5mm，次防渗材料采用土工织物膨润土毯（GCL）。
4.3从截断地下水角度，考虑地基稳定性，上海地区可采用“连续水泥搅拌桩”作为填埋场的垂直防渗系统。
5 参考文献
[1]聂永丰.三废处理工程技术手册-固体废物卷[M].北京：化学工业出版社，2000
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