南方山谷型生活垃圾卫生填埋场地下水控制设计要点

李瑞华，苏 峰，章 超，韦士珍，韩正平

(中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300074)

1 概述

生活垃圾卫生填埋场(以下简称“填埋场”)的地下水控制是保障其安全运行和降低环境污染的重要关键点之一。南方地区降雨量大且持续时间长，填埋场又多为山谷型，其区域及场址的地形和地质情况较复杂，库区底部的地下水补给源多、水量丰富、水位高，造成地下水有效控制非常困难。

目前，我国大部分填埋场水文地质勘察方法多为区域调查、钻孔试验，时间短、方法单一，不能准确反映连续暴雨时段的地下水水量和水位、岩土裂隙渗水及补给等情况。而地下水导排系统设计仅是在库底设置碎石层、盲沟和导排管，未充分考虑场址上游和四周边坡汇水补给的影响，也没有周全考虑场址下伏岩土层中细微渗水点或泉点的持续影响。这些造成填埋场地下水涌高，甚至顶托防渗系统，大大增加了地下水污染和扩散的环境风险。鉴于南方山谷型填埋场地下水控制受多因素关联制约，在工程实施中，掌握地下水导排系统设计要点，对填埋场的安全运行具有重要实际意义。

2 控制要求

填埋场建设和运维时的核心是防止对地下水、地表水污染，及阻止地下水进入填埋场[1]。填埋区基础层底部与地下水年最高水位距离不足1 m时，应建设地下水导排系统，应确保填埋场的运行期和后期维护与管理期内地下水水位维持在距离填埋场填埋区基础层底部1 m以下[2]。

3 水文地质评价

3.1 总体评价

填埋场其场址具备的良好水文地质条件是最重要的基础。在满足《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》GB50869和《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB16889的选址要求前提下，应重点考虑场址是否位于独立的水文地质单元，四周降雨汇水区和邻近地表水体[3]不同途径补给等区域影响，还有场址下伏天然基础层的厚度、饱和渗透系数[4]，泉点，地下潜水情况等。各影响因素评价标准详表1。对于选在基本合格地区的山谷型填埋场，建议在水文地质评价阶段增加地面物探技术，推荐电测探法[5]或核磁共振法[6]，可查明裂隙渗水点、泉点的分布、水量、水位及补给通道等，分析对场底地下水水位控制的影响。

3.2 各影响因素分析

独立水文地质单元是指与相邻水文地质单元不发生水力联系的水文地质结构，有独立的补给、径流和排泄条件。填埋场选在独立的水文地质单元，可有效控制污染扩散的区域[7]，也方便地下水导排量的计算。当填埋场建在相对独立的水文单元区域时，应查明与周边水文单元的联系、地下水补给情况等。对于填埋场所在的水文单元明显补给周边水文单元的，应引起重视，需从填埋高度、地下潜水位分析是否存在越岭污染的可能性。

铺设防渗后，四周降雨汇水区将是地下水重要补给来源，大面积的降雨入渗和裂隙渗水点的补给将对地下水导排系统有较大冲击影响。根据四川某垃圾填埋场的经验并采用降水入渗补给量法[8]验算，当四周降雨汇水面积大于100 ha，极端暴雨下导排系统出现了积水湍流，地下水涌高。有裂隙渗水较多的区域，一般地下水较丰富，且工程活动扰动后的边坡容易失稳[9-10]。裂隙的渗透系数越大、角度越小、深度越深对边坡的稳定性破坏越大[11-12]。裂隙渗水点埋深超过5.0 m后，一般的导、截水工程措施难以处理。

丰水期时，邻近地表水体将持续补给填埋场地下水，补给能力与两者之间的标高、距离及土体渗透系数有很大关系[13-14]。因此，《生活垃圾卫生填埋场处理技术规范》GB50869第4.0.2条规定填埋场不应设在50 m以内河流和湖泊地区，《生活垃圾填埋场污染控制标准》GB16889第4.3条规定填埋场选址的标高位于重现期不小于50 a一遇的洪水位之上。根据广西某垃圾填埋场的技术改造实践，在填埋场下游80 m有季节性河流，汛期洪水位高于地下水控制水位2.0 m时，地下水量增大了5～6倍，造成导排系统一段时间失控，水位超过了防渗层底部标高。

潜水层以上没有连续的隔水层，潜水面可自由升降，不承压或都局部承压，同时可直接得到降水，地表水通过包气带的下渗补给，容易受到当地气候影响而季节性变化，也容易受污染和污染物快速迁移[15]，应是填埋场水文地质评价关注重点。天然基础层具备连续的、一定厚度的、较小渗透系数的黏土层时，其防渗性能非常好，潜水贮存条件一般也较差。天然基础层岩土中的孔隙、裂隙及泉点是地下潜水埋藏的重要空间，且影响其渗透性能。

季节性的悬挂泉或浸蚀泉，一般位于边坡，为上层滞水和潜水含水层面补给，水量不大，后续填埋场建设和运行改变水文条件，可能逐渐消失，在四川、贵州、广西某些填埋场通过工程上的导或截堵的方法都得到了有效控制。

表1 场址水文地质条件性能评价标准参考

图1 环场有效截水示意图 图2 库底双层地下水导排盲沟

4 工程技术措施

对于选址在基本合格地区的填埋场，在研究场址地质条件的基础上，应采取四周截水、库区边坡和底部基础导水、帷幕隔水及降水的综合措施有效控制地下水补给量。考虑长期运行过程中淤堵和不可预见因素影响，结合多个项目的实践经验，建议控制后的地下水补给量不大于库底地下水导排能力的50%。

4.1 截水

截水主要包括截洪坝、截洪沟、集水池、穿坝管涵及四周边坡防护。在常规设计的前提下，注意细节有：(1)环场截洪沟需与终场锚固平台合并设计，一方面减少边坡平台开挖宽度，另一方面有效衔接实现截洪沟全面收水；(2)四周边坡防护建议采用径流系数大的浆砌片石和挂网喷浆等硬面护坡；(3)应注重截洪沟断面两侧坡面收水，以及与护坡坡脚、上方截水沟有效链接；详图1。上游冲沟汇水区设置的截洪坝处建议考虑帷幕隔水，穿坝管应混凝土全包或其他防水密闭处理措施，阻止渗流补给为填埋场地下水。在广西某填埋技改实践时取得了良好的效果。

4.2 导水

地下水导排是导出地下水最重要的通道，必须保障其长年通畅和淤塞后的能力还满足最大导水量要求。常规设计的地下水导排仅在场底设置300 mm碎石导流层、导排盲沟(含导排花管)有一定的局限性，应特别关注场底淤泥软土区[16]和边坡泉点、裂隙渗水点的深层导排处理。地下水导排设计要点：(1)场底200 g/m2土工滤网反滤层设置是非常必要的；(2)保证排水坡度的情况下，场底纵横导排盲沟可按不同深度双层设计，间距不小于1.0 m，采用土工滤网包裹；(3)边坡泉点、裂隙渗水点一定范围先用不锈钢的宾格碎石网深层固定回填，再用双通道的排水塑料盲沟导排场底；对于补给通道明确的，也可在上游通道处采取彻底的截和封堵的措施，但查明全部的补给通道一般比较困难，建议采用导和截堵相结合方式；(4)边坡、场底碎石上应铺设一层三维复核土工排水网，有效连接边坡和场底，并起到反滤作用；详图2。地下水导排应分区域分段计算，支导排管间距<20 m[3]，分段导排管能力应按最大排水量的2倍以上考虑，下游穿坝导排管最好设双管。

4.3 隔水与降水

对于邻近地表水体和上游冲沟汇水补给填埋场地下水，现有填埋场洪水期地下水水位涌高的下游区域，以及基岩裂隙区域的地下水控制，可借鉴建筑与市政工程地下水控制技术，采取周边隔水、内部降水的措施。填埋场地下水控制有其显著特点，水位在防渗层底部1m以下即可，但区域面积大，且要求长期有效，因此措施应有针对性又简单实用。

隔水应考虑垂直防渗帷幕，其渗透系数不应大于1×10-5cm/s[1]，可选用水泥-膨润土墙、塑性混凝土墙、注(灌)浆墙等[17-18]。垂直帷幕的位置和深度非常关键，应结合地形和岩土地质情况沿地下水补给通道垂直线布置，深度满足越位渗透补给量控制的临界深度要求即可，无需都嵌入隔水层1.0 m以上。

降水应根据控制区的位置、面积、地质条件、运行维护及工程环境保护等因素选用管井、渗井和辐射井等。管井简单，但其仅适应于渗透系数>1 m/d土质[19]，单独采用效果较差，可结合渗井设计成不同深度的群井。对于渗透系数<1 m/d的面状区域，可采用辐射井。降水过程应考虑地面沉降的影响。

5 结语

(1)南方山谷型填埋场地质条件复杂，应在水文地质评价阶段增加物探技术，查明裂隙渗水点、泉点的分布、水量及补给通道等，分析对场底地下水水位控制的影响。

(2)地下水导排是导出地下水最重要的通道，应分区域分段核算，增设防淤堵措施，导排能力应按不小于最大排水量的2倍考虑。

(3)复杂水文条件下的填埋场地下水控制，应结合项目地形地貌、水文地质、周边情况等采用“截、导、隔、降”的综合方法。