卫生填埋场水平防渗系统工程量优化计算探讨

付强

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海　200092）

卫生填埋场水平防渗系统工程量优化计算探讨

付强

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海200092）

以一种较为典型的“HDPE土工膜+GCL”复合防渗结构作为计算案例，探讨了垃圾卫生填埋场水平防渗系统工程量中库底防渗系统、边坡防渗系统和锚固平台中各类材料的工程量以及土工材料在库底坡脚处的连接工程量和相同材料自身搭接产生的损耗工程量的优化计算，提高了工程设计的准确性。

卫生填埋场；水平防渗；工程量

卫生填埋场是城市固体废物处理处置体系中必不可少的末端无害化处置设施［1］。相比城市的快速发展，我国目前卫生填埋场的数量依然不能满足要求，许多卫生填埋场正处于设计或者建设阶段，将为城市或区域的固体废物污染控制提供强有力的保障［2］。对于一座标准化卫生填埋场而言，水平防渗系统是防止填埋库区和调节池内渗沥液污染地下水和地表水的有效措施，是卫生填埋场的核心要素，其投资在整个工程费用中也占有相当大的比例。因此，在工程设计阶段，准确计算水平防渗系统的工程量对于填埋场工程的投资控制有相当重要的意义。笔者在对填埋场水平防渗系统的工程量优化计算进行探讨，旨在为工程设计提供指导和借鉴。

1　　水平防渗结构

水平防渗系统的结构应结合填埋场的类型、填埋对象、场地地质条件等因素综合考虑确定。笔者将以一种较为典型的“HDPE土工膜+GCL”的复合防渗结构作为计算案例，其结构如图1所示。

图1 水平防渗结构

2　　工程量优化计算

2.1库底防渗系统工程量优化计算

在进行库底各类防渗材料工程量测算时，通常会在CAD图形文件中测量出库底的水平面积，并以此作为库底各层防渗材料的工程数量。但是填埋场在库底构建时会设计一定的坡度，而且由于库底断面大致呈倒梯形，地下水导排层、膜下黏土保护层和渗沥液导排层均有一定厚度，因此，位于上层的土工材料面积应比下层土工材料的面积大。以下将探讨这2种因素对工程量测算的影响。

2.1.1库底坡度对工程量测算的影响

设库底的横坡为a%，纵坡为b%，见图2。

为简化计算，假定库底为矩形，两边分别为e和f，边坡坡比为1∶m，土工材料距库底的高度为h，则上部面积S’=（e+2 mh）（f+2 mh），下部面积S=ef。表1以一组数据探讨边坡坡度及结构层厚度对工程量测算的影响。

图2　　库底面积计算示意

表1　　库底防渗结构工程量与库底净面积对比

则上部（斜面）三角形的三边分别为：

令X=（L1+L2+L3）/2，则上部（斜面）三角形的面积为：

因此，库底实际面积S’与其水平投影面积S之比为：

对平原型填埋场，库底纵坡和横坡一般均设计为2%，即a=b=2，按上式可得S’/S为1.000 4。对山谷型填埋场，库底横坡2%，纵坡一般根据地形设计，若按10%试算，S’/S=1.005。因此，在通常情况下统计库底防渗材料面积时，可以用水平投影面积代替实际的坡面面积，库底坡度对工程量测算结果影响很小。

2.1.2边坡坡度和防渗结构层厚度对工程量测算的影响

由于库底断面大致呈下窄上宽的倒梯形（见图

3），而且地下水导排层、膜下黏土保护层和渗沥液导排层均有一定厚度，因此理论上上层土工材料的面积必定大于库底净面积。

图3　　库底断面计算示意

①中假定了库底是100 m×100 m的正方形库底四周边坡坡比为1∶3，根据图1，库底防渗结构层最顶部的200 g/m2有纺土工布反滤层与库底基础上的200 g/m2有纺土工布支撑层距离为 1.1 m（不考虑土工材料自身厚度）。此种情况下，库底防渗结构最顶层土工材料的面积比库底净面积增大了13.6%。

②中将库底的边长缩小为50 m×50 m，其他参数不变。与①相比可以看出，库底面积越小，上层土工材料实际面积与库底净面积的偏差越大。

③的意义在于模拟山谷型填埋场狭长形的库底形式。③与①库底净面积相同，但是长宽比不同对比可知，库底各层土工材料的实际面积受库底长宽比的影响非常大。

④和⑤则说明了边坡坡度和结构层距离库底的高度所引起各结构层实际面积的偏差。

虽然表1是对几种填埋场库底形式进行简单的模拟，但是通过对比可以看出，在进行库底工程量测算时，不能够简单地以库底基准面积替代上部各结构层的实际面积。在设计计算中，实际没有必要以上述参数建立数学公式或模型，而可以在CAD图形文件中根据边坡坡比及结构层厚度采用偏移坡脚线的方式进行逐层测量，即可保证设计工作的准确性。

2.1.3库底防渗工程量计算中其它需注意的问题

根据CJJ 113—2007生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范要求，防渗系统工程材料在坡度大于10%的坡面上和坡脚向场底方向1.5 m范围内不得有水平接缝。因此，库底主防渗层的光面HDPE土工膜只需计算至距离该层坡脚线1.5 m即可，但同时应将该部分工程量计入边坡毛面HDPE土工膜的工程量中。

若库底设计了GCL辅助防渗层而边坡未设计，则需要考虑库底GCL层向边坡方向超铺一定长度（图1中的超铺长度为1.5 m）。

2.2边坡防渗系统工程量优化计算

基于边坡稳定性及施工便捷性等因素，目前填埋库区边坡一般不设计具有一定厚度的碎石层和黏土层。因此，在忽略土工材料自身厚度的前提下，边坡防渗材料工程量可以认为是边坡表面积与锚固沟内表面积之和。

边坡表面防渗材料工程量测算的惟一重点，是将CAD图形文件中测得的边坡水平投影面积按边坡坡度转换成边坡实际斜面面积。设边坡水平投影面积为S，边坡平均坡比为1∶n，边坡实际斜面面积为S’，则：

设土工材料的搭接长度为c，搭接后材料内部长度为a，宽度为b，则搭接损耗的面积S1=2ac+2bc+4c2，搭接后外露的面积S2=ab。因前文计算出的库底和边坡防渗材料工程量实际为S2，故土工材料的损耗率可以由S1/S2表示。根据规范中各类材料的搭接宽度要求以及常规卷幅尺寸，可以计算不同材料的搭接损耗率，如表2所示。

表2　　各类土工材料搭接损耗率

边坡锚固沟通常设计为矩形，因此锚固沟底水平段的防渗材料面积可以计入边坡表面防渗材料的工程量中，故锚固沟内的防渗材料工程量仅计算竖直内壁的表面积即可。设边坡锚固沟总长L，锚固沟深度h，锚固沟内每种土工材料的工程量为A，则A=2Lh。此外，库区顶部锚固沟也可根据其与坡顶线的距离以及内部尺寸设计进行计算。

2.3防渗材料搭接损耗计算

在许多填埋场工程中，一般都不会特别计算防渗材料的搭接损耗，而是在各类材料的工程量计算结果上统一考虑1.05～1.2的安全系数。实质上，土工材料的搭接损耗率可以根据搭接宽度和产品的尺寸（见图4）进行计算。

从表2可以看出，材料卷幅尺寸、搭接方式以及搭接长度对材料的损耗率都有影响。由于GCL的单卷材料尺寸较小，且搭接长度较长，因此损耗率非常高，达11.9%。在实际大面积施工中，无纺土工布一般采用热粘连接方式，损耗率也比较高。此外，由于边坡上的HDPE土工膜可能在一段时期内处于暴露状态，因此为了避免热胀冷缩造成膜撕裂的情况，施工时会将边坡上的土工膜间隔处理成褶皱状。因此，在计算边坡HDPE毛面土工膜的工程量时，建议再额外考虑1.03～1.05的附加系数。

综上，在防渗材料工程量测算时，不同土工材料的损耗率不可一概而论，而应根据不同的材料尺寸、搭接方式和搭接长度进行分项计算。

图4　　土工材料搭接损耗计算示意

［1］ 何品晶，邵立明.固体废物管理［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［2］ 陈朱蕾，薛强.生活垃圾卫生填埋工程实用技术指南［M］.北京：中国建筑工业出版社，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

付强（1982—），硕士研究生、工程师，主要从事固体废物处置、水污染控制方面的设计研究。

E-mail：fuqiang_tj@126.com。

2015-06-04