喀斯特地区桑植县仙娥存量垃圾填埋场治理方案探析

曾　炜

（湖南省建筑设计院市政工程研究设计院，湖南长沙410011）

喀斯特地区桑植县仙娥存量垃圾填埋场治理方案探析

曾炜

（湖南省建筑设计院市政工程研究设计院，湖南长沙410011）

针对湖南省桑植县仙娥存量垃圾填埋场喀斯特地区的特殊地质条件，结合项目区位、社会经济水平、基础设施条件等因素，探析位于喀斯特地区的存量垃圾填埋场的技术路线，提出工程实施建议方案。

喀斯特地区；存量垃圾填埋场；异地转场

1　仙娥存量垃圾填埋场概况

2001年，桑植县启用仙娥存量垃圾填埋场，该场位于湖南省4大水系之一澧水河畔，与其直线距离约0.4 km，距桑植县城区直线距离约2.0 km，距九天洞赤溪河风景区直线距离约6.0 km。该场未建设任何防渗工程或渗沥液收集系统，也未设置填埋导气处理或利用设施，导致生活垃圾堆放场渗沥液无组织排放、鼠蝇为患、臭味难闻，二次污染严重。

2013年，桑植县大田湾生活垃圾卫生填埋场（总库容1.74×106m）3建成投产后，仙娥存量垃圾填埋场停用。前后总计堆放垃圾约2.7×105t，约3.4×105m3。堆放区域面积约4.2×104m2。

2　仙娥存量垃圾填埋场周围环境因素分析

2.1区位

仙娥填埋场位于桑植县西南方向，距离大田湾生活垃圾卫生填埋场的运输距离约7.0 km。根据总体规划，县城发展以西南向和东向为主要方向。而该填埋场处于规划发展的2个主要方向之一，毗邻规划发展区，位于规划的定三公路南侧，对规划发展区存在较大的环境风险。

2.2地形地势

该填埋场被山体环绕，处于西北侧、东北侧和东南侧三道冲沟的交叉口位置，即3个冲沟延伸至此的地势最低区域，局部最低点位于场区西北侧。

2.3地质分析

2.3.1岩土结构及特征

场区岩土层包括人工填土层（生活垃圾层）、粉质黏土层及灰岩层。整个场地均有分布，且连续稳定，主要出露在场地北部及西北部，溶洞形式为干溶洞、溶蚀裂隙和竖井溶洞。

2.3.2区域水文地质

场区南面为桑植县西界大山脚，主要为灰岩岩溶地层，自场地东4～6 km处黄金塔村向西至场地所在仙娥村均有地下溶洞，呈群洞分支，主要有干溶洞及溶蚀裂隙、竖井溶洞等。地下溶洞及岩层裂隙走向基本为自东向西一直延伸至澧水河岸，场地外露竖井溶洞属于该溶洞群。

2.3.3不良地质作用

场地基岩属可溶性岩石，加上大量含丰富侵蚀性CO2的地下水，就形成现在场地岩溶发育的地质背景条件。场地浅部岩溶发育相对比深部发育更显著，岩溶发育方向基本自东向西。现状堆放垃圾堆体的西北侧约40 m处，即为竖井溶洞。

2.3.4地表水、地下水流向

地表水和地下水的来源主要为天然降水。由于浅层石灰岩和溶洞等分布广泛，连通性较强，地下水全部通过石灰岩层下渗至深层含水层，地表水从最高的南侧和较高的西侧向地势最低的西北角流动，最终汇入位于场地西北方向的溶蚀竖井溶洞，然后进入深层地下水，进而与周边水系连通。

3　仙娥存量垃圾填埋场技术路线比选

目前国内存量垃圾填埋场治理主流技术有原位封场处理、异地转场处理、筛分异地处理等，如表1所示。

表1　国内存量垃圾填埋场治理主流技术路线

若采用原位封场治理技术路线，一方面，该填埋场所处区域属于溶岩发育区，透水性极强，且位于地表径流和地下水流向的下游，区域内大部分地表水和地下水汇入竖井溶洞前必然经过该场；另一方面，由于无法在垃圾堆体底部设置防渗措施，即使在周边通过帷幕灌浆等垂直防渗手段形成围护结构，也难以彻底杜绝地下水通过底部浸入垃圾堆体而形成污染［1］。考虑该填埋场位置，环境风险较大。

若采用异地转场处理技术路线，考虑到该填埋场垃圾总量相对较小（约3.4×105m3），而桑植县已建成标准的生活垃圾卫生填埋场库容达1.74×106m3，加之运输距离仅7.0 km，选择异地转场处理具备可操作性。

针对筛分异地处理技术路线，一方面当地经济水平一般，较高回收价值垃圾成分比例较低；另一方面若为本项目新建筛分处理生产线，今后重复利用该套生产线的可能性较小，势必造成投资浪费，因此不做深入探讨。

结合当地现状对原位封场治理和异地转场处理2种技术路线进行比较，如表2所示。

表2　技术路线比较

异地转场处理技术在工程投资、地质条件限制、施工难度等方面占优势；尤其在地质条件限制性方面，本工程进行封场处理存在风险。综合比较，推荐采用异地转场处理技术。

4　工程方案

4.1开挖方式

存量垃圾在堆放过程中未进行分层和压实，垃圾堆体整体稳固性较差。在开挖过程中，局部开挖活动可能会破坏周边堆体单元的结构完整性，从而引起不均匀的沉降或塌方。

通常垃圾堆体开挖方式主要有分层开挖、中心开挖和边缘开挖3种。根据国内专家、学者借助模拟实验得出的研究结论，利用强度折减有限元法对上述3种开挖方式的安全系数进行评估［2］。强度系数折减法的基本原理是利用1个安全系数Fs对所选取的土的粘聚力c以及摩擦角φ进行不断的折减，反复分析土坡，直到土坡破坏。得出的折减系数Ft即为土坡的安全系数。

依据式（1）、（2）对边坡进行安全性分析计算，结果如表3所示，分层开挖安全系数最大，故推荐采用分层开挖方式。

表3　3种工况对比

4.2转运方式

转运方式有直接转运和压缩转运。根据大田湾生活垃圾填埋场的意见，该场每天8 h接收最多600 t垃圾，处理费40元/t。

1）直接转运。开挖后垃圾堆积密度0.4t/m3，则单车（载质量12t，容积约15m3）可装载垃圾量为6t，转运距离往返约15 km，按车辆平均速度40 km/h计算，路途耗时22.5 min，填埋场停留时间取7.5 min，装车时间取15 min，则运输6 t垃圾所需时间为45 min。日工作8 h，每天600 t垃圾需要10台运输车，运输车随挖机进入堆放场，大型挖机斗容积3.0 m3，每趟装车15 min，日工作8 h，配套3台大型挖机。

2）压缩转运。压实垃圾密度0.8t/m3，单车（载质量12t，容积约15 m3）可装载垃圾量为12 t（3块4 t垃圾块），转运距离往返约15 km，按车辆平均速度40 km/h计算，路途耗时22.5 min，填埋场停留时间取7.5min，装车时间取15min，则运输12t垃圾所需时间为45 min。日工作8 h，每天600 t垃圾需要5台运输车。压缩运输方式日工作8 h，需配套6套12t/h的小型压缩设备。挖机需将垃圾送入压缩设备，且现场作业面较小，故只能配套小型挖机（斗容积1.0 m3）。按每输送1 m3垃圾到压缩设备需4 min计算，需配小型挖机10台。

直接转运方式，现场仅需配备3台大型挖机，配套的10台车辆将不断错开运行，同时停留在施工现场的机械设备较少，施工组织较为便利，可随时进场。

压缩转运方式，一方面受场地和投资造价限制，配套8套小型压缩设备、8台挖机和6台运输车，对于现场场地而言非常拥挤，且现场路况较差，交通组织困难，施工难度较大，实际转运效率可能更低，成本还将更高；同时现场需完成配套供电设施、建设简易工棚、安装调试压缩设备等一系列工作方可开始转运。

综合考虑推荐采用直接转运方式。

4.3填埋气体

该填埋场未对垃圾进行中间覆盖和压实，垃圾处于疏松状态，填埋气体直接进入大气，并不断稀释、扩散，故表层垃圾中填埋气体大量积聚可能性较小。但考虑较深垃圾层中填埋气体潜在风险，采用挖掘机进行分层作业，挖松后的垃圾立即清运，防止空气渗入到挖松后的垃圾层中和甲烷形成含氧混合气体。同时施工现场应配备气体检测设备，具有自动报警功能，并严禁明火。

4.4施工后现场处理

该填埋场表层黏土层、植被层均已污染，污染层均统一开挖、运走，并在全场铺设50 cm植被层，选用有利于植被生长的土壤。一方面防止水土流失，保证现场的地形稳定性，另一方面彻底改变现场的现状，营造良好环境。

4.5工程投资

工程投资包括直接转运费用约1 550万元，填埋费用约1 200万元（包括约2.7×105t垃圾和约2.0×104t污染表层土），其他费用约450万元，总投资约3 200万元。

5　结论

1）仙娥存量生活垃圾填埋场为简易的存量垃圾堆放场，二次污染严重，对现状周边区域及规划发展区域存在较大的潜在风险。

2）本填埋场所处区域溶洞、地下河强烈发育，场区西北侧约40 m处即为竖井溶洞，区域地下水全部通过石灰岩层下渗，地表水经冲沟汇集后均进入竖井溶洞下渗，而该场处于大部分汇水路线的必经节点。

3）综合考虑推荐采用异地转场治理工艺，工程方案推荐采用分层开挖方式，将存量垃圾开挖后直接通过运输车辆运送至桑植县大田湾生活垃圾无害化处理场，运输距离约7.0 km。

4）工程总投资约3 200万元，清理的垃圾总量约2.7×105t，污染土壤约2.0×104t，单位垃圾治理成本约118元/t。

［1］钱春健.太仓市生活垃圾填埋场封场工程的建设管理［J］.环境卫生工程，2015，23（4）：75-77.

［2］潘磊，徐飞.某垃圾场开挖实例模拟分析［J］.山西建筑，2012，38（27）：86-88.

Treatment Plan for Xian'e Aged Waste Landfill of Sangzhi Country in Karst Area

Zeng Wei
（Municipal Engineering Research&Design Institute，Hunan Provincial Architectural Design Institute，ChangshaHunan 410011）

In view of the special geological condition of karst area of Xian'e Aged Waste Landfill in Sangzhi country of Hunan，combined with the location，social economic level，infrastructure ofthe project and other factors，we explored and analyzed the technology roadmap to recover the aged waste landfill in karst area，and then offered the suggested plan for the project execution.

karst area；aged waste landfill；relocated transfer

X705

B

1005-8206（2016）03-0019-03

曾炜（1984—），注册环保工程师，主要从事生活垃圾填埋场、存量垃圾填埋场、生活垃圾焚烧厂、生活垃圾综合处理厂等项目咨询、设计工作。

2015-12-12