生活垃圾填埋场新型土质覆盖层工程应用和现场试验研究

   《生活垃圾填埋场新型土质覆盖层工程应用和现场试验研究》一书收集了我国西北地区近５０年的气象特征，测试了黄土的持水与导水特性，据此评估了黄土做西北地区封顶覆盖层材料的可行性。依托西安江村沟垃圾填埋场封顶覆盖工程，建设了国内首个土质覆盖层现场试验基地。在试验基地开展了黄土／碎石毛细阻滞覆盖层现场*降雨试验和自然干湿循环条件下的长期监测，测试了覆盖层中水分和孔压随气象条件的变化规律及水量平衡关系，测定了黄土／碎石覆盖层的*储水能力，验证了黄土／碎石界面间的毛细阻滞作用，阐明了植被条件对土质覆盖层水力响应的影响规律，针对西北地区气象条件提出了毛细阻滞型黄土覆盖层的设计方法并给出了西北地区建议覆盖层结构。

第１章　绪论

１１　城市生活垃圾填埋场介绍

１２　封顶覆盖层的作用

１３　我国当前填埋场采用的覆盖层

１４　当前国外填埋场普遍采用的覆盖层

第２章　新型土质覆盖层在国内外的研究和应用情况

２１　土质覆盖层水分存储释放防渗原理

２２　土质覆盖层土层结构和毛细阻滞作用

２３　土质覆盖层在国外的研究情况

２４　土质覆盖层在我国的研究和应用情况

第３章　土质覆盖层植被、细粒土和粗粒土适宜种类和水力特性

３１　土质覆盖层植被作用与适宜种类

３２　土质覆盖层中细粒土特性与适宜种类

３３　土质覆盖层粗粒土特性与适宜种类

第４章　土质覆盖层在我国适宜性分析和初步设计厚度

４１　土质覆盖层水量平衡分析

４２　土质覆盖层初步设计厚度计算方法

４３　我国典型地区气候分析

４４　我国典型地区（西北地区）土质覆盖层厚度和结构

第５章　土质覆盖层工程现场研究试验基地的建设

５１　试验填埋场（西安江村沟）现状与概况

５２　江村沟填埋场土质覆盖层极端降雨试验方案总体设计

５３　江村沟填埋场土质覆盖层的现场建设

第６章　土质覆盖层工程现场防渗性能测试研究与评估

６１　现场降雨试验前仪器埋设和覆盖层初始条件

６２　江村沟填埋场土质覆盖层极端降雨试验

６３　土质覆盖层防渗服役性状和性能评估

第７章　结语

参考文献

    生活垃圾是指我国居民在日常生活或生产劳动中所产生的废弃物等。当前，我国城市生活垃圾的主要处理方式为填埋、堆肥与焚烧。２０００年我国颁发的《城市生活垃圾处理及污染防治技术政策》指出，在填埋场地、资源和自然条件适宜的城市，应以卫生填埋作为垃圾处理的主要方案；在具备经济、技术、垃圾焚烧热值条件以及缺乏场地的城市可发展焚烧处理技术。

    目前，我国填埋场多达上千座，众多填埋场面临着封场覆盖治理的问题。封场覆盖层位于填埋场垃圾堆体的最顶层，就像填埋场垃圾堆体表层的“皮肤”。这层人工“皮肤”将垃圾堆体与外界大气等自然环境隔离，其底层下边界经受因垃圾降解导致的不均匀沉降和垃圾降解产生的填埋气渗透；其上边界直接暴露在自然气候条件下的大气环境中，经受反复的干-湿、冷-暖和冻融交替循环。其作为填埋场封顶覆盖的最后一道屏障和工序，直接影响垃圾堆体状态、周边环境和填埋场的后期管理。目前，我国多采用黏土覆盖层与复合覆盖层。但黏土覆盖层在气候干湿循环作用下易发生开裂失效，复合覆盖层造价较高且土工合成材料产生界面间失稳滑动、拉裂和穿刺问题严重。

    ２０世纪９０年代，基于水分储存-释放原理的新型土质覆盖层（国内部分学者称之为腾发覆盖层、替代型覆盖层）开始进入研究和工程实践。土质覆盖层目前主要包括单一型和毛细阻滞型两种。单一型土质覆盖层主要由细粒土和植被组成，其工作原理与吸水海绵类似：降雨时细粒土发挥储水作用将自然降雨吸纳存储，非降雨时通过地表蒸发和植物蒸腾释放排空水分而恢复储水能力。通过合理设计能实现水分的动态循环和平衡，从而实现防渗功能。土质覆盖层往往可就地取材，其造价一般低于复合型覆盖层，更重要的是它由天然非胀缩土料组成，具有良好的耐久性。

    本书重点关注土质覆盖层中“水” 的防渗设计问题，即水分在土质覆盖当中的运移和存储规律。实际上这些问题可归结为非饱和土中水的“渗流” 问题。众所周知，在人类社会的建设发展过程中，任何一项土木工程的“强度” “变形” 和“渗流” 是传统三大经典问题。这三大经典问题是土木工程从理论设计到生产实践的关键控制抓手，同时也是理论联系实际的关键纽带。对于任何一项我们未知或已知的大型建设项目，这三大问题或单独或交叉耦合隐藏其中。只是在不同的土木工程建设项目中，三大问题以不同的形式展现在土木工程师面前，灾害仅仅是其表现形式。事实上，不仅仅是本书土质覆盖层防渗设计中水的“渗流”问题，岩土工程中的“强度”“变形” 等力学参数从实验室到现场也存在一定差异，需要进一步认识。然而，目前针对我国地区气候条件，在填埋场现场开展土质覆盖层防渗性能评估工程应用性验证研究还不多见。

    本书首先介绍了土质覆盖层的防渗原理，总结了国内外研究文献中出现的土质覆盖层的细粒土、粗粒土等土料特性；引用借鉴了北美地区土质覆盖层防渗设计方法，进一步考虑毛细阻滞作用对细粒土储水能力的提高效应，提出了毛细阻滞覆盖层初步厚度设计方法；根据我国各地气候条件，以西北地区非湿润气候条件为案例分析并初步设计了黄土-碎石毛细阻滞覆盖层的结构、土料和厚度。最后，在西安江村沟垃圾填埋场现场建设了６００ｍ２黄土覆盖层试验基地并在基地开展了极端降雨试验，通过极端降雨试验实测储水能力对土质覆盖层防渗性能进行了检验和评估。这是我国城镇生活垃圾填埋处理领域，土质覆盖层走向工程现场应用的第一次尝试，希望这些研究工作能为我国土质覆盖层防渗性能的设计与评估提供借鉴和基础参考数据。

    本书受贵州省自然科学基金“喀斯特地区垃圾填埋场生态型土质覆盖层水-气传导特性及防渗机理研究———黔科合基础［２０１７］１０７９” 资助研究与编写。尝试以我国广大西北非湿润气候区为研究点而逐步向我国湿润气候区过渡。该研究是对前期工作的总结，以期为西南湿润气候喀斯特地区垃圾填埋场生态型土质覆盖层的研究打下理论基础。最后感谢龙召福、何与鑫、麻天雄、罗豪、龙云墨等同学对本书编写所做的工作。