付強(qiáng)

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上?！?00092）

衛(wèi)生填埋場(chǎng)水平防滲系統(tǒng)工程量?jī)?yōu)化計(jì)算探討

付強(qiáng)

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)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(jì)算案例，探討了垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)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(tái)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(jì)算，提高了工程設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

衛(wèi)生填埋場(chǎng)；水平防滲；工程量

衛(wèi)生填埋場(chǎng)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(guó)目前衛(wèi)生填埋場(chǎng)的數(shù)量依然不能滿足要求，許多衛(wèi)生填埋場(chǎng)正處于設(shè)計(jì)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(qiáng)有力的保障［2］。對(duì)于一座標(biāo)準(zhǔn)化衛(wèi)生填埋場(chǎng)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(chǎng)的核心要素，其投資在整個(gè)工程費(fèi)用中也占有相當(dāng)大的比例。因此，在工程設(shè)計(jì)階段，準(zhǔn)確計(jì)算水平防滲系統(tǒng)的工程量對(duì)于填埋場(chǎng)工程的投資控制有相當(dāng)重要的意義。筆者在對(duì)填埋場(chǎng)水平防滲系統(tǒng)的工程量?jī)?yōu)化計(jì)算進(jìn)行探討，旨在為工程設(shè)計(jì)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(chǎng)的類型、填埋對(duì)象、場(chǎng)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(jì)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?jī)?yōu)化計(jì)算

2.1庫底防滲系統(tǒng)工程量?jī)?yōu)化計(jì)算

在進(jìn)行庫底各類防滲材料工程量測(cè)算時(shí)，通常會(huì)在CAD圖形文件中測(cè)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(chǎng)在庫底構(gòu)建時(shí)會(huì)設(shè)計(jì)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(duì)工程量測(cè)算的影響。

2.1.1庫底坡度對(duì)工程量測(cè)算的影響

設(shè)庫底的橫坡為a%，縱坡為b%，見圖2。

為簡(jiǎn)化計(jì)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(duì)工程量測(cè)算的影響。

圖2　　庫底面積計(jì)算示意

表1　　庫底防滲結(jié)構(gòu)工程量與庫底凈面積對(duì)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(shí)際面積S’與其水平投影面積S之比為：

對(duì)平原型填埋場(chǎng)，庫底縱坡和橫坡一般均設(shè)計(jì)為2%，即a=b=2，按上式可得S’/S為1.000 4。對(duì)山谷型填埋場(chǎng)，庫底橫坡2%，縱坡一般根據(jù)地形設(shè)計(jì)，若按10%試算，S’/S=1.005。因此，在通常情況下統(tǒng)計(jì)庫底防滲材料面積時(shí)，可以用水平投影面積代替實(shí)際的坡面面積，庫底坡度對(duì)工程量測(cè)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(duì)工程量測(cè)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(jì)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(zhǎng)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(shí)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(chǎng)狹長(zhǎng)形的庫底形式。③與①庫底凈面積相同，但是長(zhǎng)寬比不同對(duì)比可知，庫底各層土工材料的實(shí)際面積受庫底長(zhǎng)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(shí)際面積的偏差。

雖然表1是對(duì)幾種填埋場(chǎng)庫底形式進(jìn)行簡(jiǎn)單的模擬，但是通過對(duì)比可以看出，在進(jìn)行庫底工程量測(cè)算時(shí)，不能夠簡(jiǎn)單地以庫底基準(zhǔn)面積替代上部各結(jié)構(gòu)層的實(shí)際面積。在設(shè)計(jì)計(jì)算中，實(shí)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(cè)量，即可保證設(shè)計(jì)工作的準(zhǔn)確性。

2.1.3庫底防滲工程量計(jì)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(chǎng)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(chǎng)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(jì)算至距離該層坡腳線1.5 m即可，但同時(shí)應(yīng)將該部分工程量計(jì)入邊坡毛面HDPE土工膜的工程量中。

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

2.2邊坡防滲系統(tǒng)工程量?jī)?yōu)化計(jì)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(jì)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(cè)算的惟一重點(diǎn)，是將CAD圖形文件中測(cè)得的邊坡水平投影面積按邊坡坡度轉(zhuǎn)換成邊坡實(shí)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(shí)際斜面面積為S’，則：

設(shè)土工材料的搭接長(zhǎng)度為c，搭接后材料內(nèi)部長(zhǎng)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(jì)算出的庫底和邊坡防滲材料工程量實(shí)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(jì)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(jì)為矩形，因此錨固溝底水平段的防滲材料面積可以計(jì)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?jī)H計(jì)算豎直內(nèi)壁的表面積即可。設(shè)邊坡錨固溝總長(zhǎng)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(jì)進(jìn)行計(jì)算。

2.3防滲材料搭接損耗計(jì)算

在許多填埋場(chǎng)工程中，一般都不會(huì)特別計(jì)算防滲材料的搭接損耗，而是在各類材料的工程量計(jì)算結(jié)果上統(tǒng)一考慮1.05～1.2的安全系數(shù)。實(shí)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(jì)算。

從表2可以看出，材料卷幅尺寸、搭接方式以及搭接長(zhǎng)度對(duì)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(zhǎng)度較長(zhǎng)，因此損耗率非常高，達(dá)11.9%。在實(shí)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(shí)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(shí)會(huì)將邊坡上的土工膜間隔處理成褶皺狀。因此，在計(jì)算邊坡HDPE毛面土工膜的工程量時(shí)，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(cè)算時(shí)，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(zhǎng)度進(jìn)行分項(xiàng)計(jì)算。

圖4　　土工材料搭接損耗計(jì)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(qiáng).生活垃圾衛(wèi)生填埋工程實(shí)用技術(shù)指南［M］.北京：中國(guó)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(qiáng)（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(jì)研究。

E-mail：fuqiang_tj@126.com。

2015-06-04