摘  要：本文介绍了世界各国垃圾填埋场防渗系统的构造以及技术要求，以及我国在这个领域方面的研究和使用状况，提出了适合我国国情的垃圾填埋场防渗系统的构造。
关键词：垃圾填埋场，防渗构造，防渗材料，透水性能


1 前言
　　生活垃圾填埋过程中，由于雨水等流入垃圾中形成的渗滤水含有多种有害物质，比如铅，锌，砷和铬，以及渗滤水总有机碳浓度很高，一般都要超过1000mg/L，因此如果不经处理直接排入地下水或河流中，将严重污染环境。世界各国对于垃圾填埋场的防渗系统都有不同的要求，但一般都是以橡胶，树脂等高分子材料做成的土工膜为主，辅以其它防渗材料。图1 是垃圾填埋场防渗系统的一个典型构造。随着科技的发展和新材料的不断出现，欧美等国家采用单一防渗构造的已经很少，都把防渗层作为一个复杂系统来考虑，土工膜与GCL土工毯，复合土等作为复合防渗层一起使用。本文将介绍世界各国垃圾填埋防渗复合层的做法和材料的主要性能要求。
2 欧美各国防渗系统构造
　　表1中显示的是欧美各国垃圾填埋场防渗系统的构造以及材料性能。从表中可以看出，欧美国家普遍是土工膜和掺有膨润土的复合土而成的2层防渗层。由橡胶和树脂类制成的高分子土工膜本身的防渗性能特别好，透水系数一般小于10_11cm/s.。但是土工膜的最大缺点是抗穿刺性差（关于土工膜穿刺性能的实验及其理论计算将在其它论文中叙述），特别是发展中国家生活垃圾很少分类，甚至不分类，里面含有铁、玻璃、陶瓷等尖锐的东西，在填埋过程中由于机械的碾压很容易使土工膜破损，造成渗滤液的外泄。与土工膜相比复合土最大的特性就是不怕金属等坚硬物，在土工膜被穿刺的情况下，能够起到抗渗的作用。欧美各国设置在土工膜下面的复合土厚度至少50cm以上，单独的复合土层能够保持多年不渗漏。比如，在土工膜破损的情况下，假设积聚在复合土上面的水位有30cm高，那么渗滤水透过复合土层需要的时间如下计算。
　　水头差：i=（L+H）／L
　　垂直方向的流速：v=ki=k(L+H)/L
　　那么渗滤水穿透复合土层需要的时间：T=L/v=L2/K(L+H)
　　比如表中所列美国的防渗构造，渗滤液穿透复合土层需要时间是TUS=12.7 年；法国的防渗构造，穿透需要时间是 TFA=1.0 年左右。也就是说在上面防渗层都损坏的情况下单靠最下面的复合t土也能保证12.7年和1.0年不渗漏。

表1 各国防渗层构造
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┃　　国家　　┃　复合土厚度  cm　┃　透水系数 　cm/s ┃　　　防渗层构造　┃
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┃Australian  ┃      60          ┃ 1×10_7          ┃ 土工膜＋复合土   ┃
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┃Belgium     ┃     100          ┃ 1×10_7          ┃ 土工膜＋复合土   ┃
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┃France      ┃     500          ┃ 1×10_5          ┃土工膜＋复合土    ┃
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┃Germany     ┃     75           ┃ 1×10_8          ┃土工膜＋复合土    ┃
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┃Hungary     ┃     50           ┃ 1×10_7          ┃土工膜＋复合土    ┃
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┃Italy       ┃    100           ┃ 1×10_7          ┃土工膜＋复合土    ┃
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┃UK          ┃    100           ┃ 1×10_7          ┃ 土工膜＋复合土   ┃
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┃USA         ┃     50           ┃ 1×10_7          ┃ 2层土工膜＋复合土┃
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┃Portugal    ┃     50           ┃ 1×10_7          ┃土工膜＋复合土    ┃
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┃Switzerland ┃     80           ┃ 1×10_7          ┃ 土工膜＋复合土   ┃    
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3 亚洲各国的做法
　　亚洲除了日本、韩国等国家有比较完备的防渗系统之外，中国、泰国在这方面发展也很快。位于日本东京青梅的日出垃圾填埋场代表了日本垃圾场建设的科技水平，防渗系统采用了2层TPO土工膜，一层GCL，最下面是一层50cm厚的掺有膨润土的复合土，严格意义上来说等于是4道抗渗。最上面一层TPO破损造成渗漏的情况下，中间层GCL中的膨润土遇到渗滤水立即膨胀止水，阻止渗滤液渗入地下水系统。GCL这种产品由于是2层无纺布中间夹了干燥的膨润土，在施工过程中特别是在边坡上铺设，很容易造成膨润土的分布不均匀影响到防渗效果，所以在GCL的下面又设置了一层TPO和掺膨润土的复合土，真正做到了万无一失。相对于日本的做法，韩国垃圾场防渗层的做法要简单的多。位于汉城（首尔）郊区的号称世界上最大垃圾填埋场之一的汉城垃圾填埋场，是在平地上往上填埋，边坡上堆放了大量的废旧轮胎，这主要是为了缓冲填埋机械对防渗系统的的冲击起保护作用。底面上采用黑色的无纺布保护材料，下面是HDPE土工膜，整个垃圾填埋场采用的是一道防渗材料。
　　国内的某垃圾填埋场设计中采用了相当于3层防渗层的防渗系统，HKPE土工膜，GCL以及复合土层，在国内这个做法应该说是相当超前了。目前菲律宾对垃圾场防渗系统还没有具体要求，有的垃圾场还没有考虑这个问题。位于马尼拉市的垃圾填埋场，主要填埋没有经过焚烧的生活垃圾，由于没有设计防渗系统，垃圾场中产生的渗滤液直接排入附近的河流，污染了地下水。据检测，渗滤液的TOC含量高达900mg/L，含有重金属的盐化物的含量高达15000~17000mg/L，严重污染了周围的环境。
4 对国内垃圾填埋场防渗系统设计的一点看法
　　各国的情况不一样，所以对于垃圾填埋场防渗系统的设计理念也不一样。欧美各国是以技术为本，即从技术性能出发来设计；而日本是以人为本，或者说以垃圾周围居民的认知度为标准设计防渗层的构造，所以一般情况下都设计得非常保守，远远超过技术本身的性能要求，普通都有3-4层的防渗层，以给垃圾场所在地的居民一种安全感。
　　从材料本身来看，高分子土工膜的防渗性能特别好，一般都在10_11cm/s和 10_1310cm/s 之间，1.5mm厚的材料能够保持几十年不渗漏，它的最大特点就是强度高，拉伸率可以达到300%以上，但是由于薄很容易被尖锐物刺穿。而掺有膨润土的复合土透水性能同样很小，一般掺有10%膨润土的复合土的透水系数小于10_7cm/s ，而且作为防渗层的复合土厚度要求50cm以上，金属等很难穿透这层复合土。但是它的最大不足之处就是追随基础变形的能力很小，也就是说当地基受到剪切变形产生裂缝的时候，复合土同样产生裂缝而且还有很多问题没有搞清楚，特别是当在边坡上使用的时候存在稳定性问题，不少国家还没有承认GCL是一道防渗材料。因此结合防渗系统的技术要求以及我国目前的经济发展水平，从满足要求来设计这个系统，厚度1.5mm以上的土工膜和掺有膨润土的复合土组成垃圾场的防渗系统既能满足性能要求，即正常情况下保持50年不渗漏，同时也是最经济的做法。
　　在这里还要指出国内垃圾填埋场设计中的一个误区，即在基础上直接铺设GCL。这种做法是不科学的，而且起不到自修复功能。GCL的作用是当上层土工膜破损的情况下，干燥的膨润土遇到渗滤水迅速膨胀，堵塞颗粒之间的空隙和内部毛细孔，起到抗渗作用。但如果GCL直接与基础接触，当地下水位上升遇到GCL中的膨润土时，没等上层土工膜破损臌润土已经膨胀，失去了自修复功能。
参考文献：
1）Bouazza. A., Vanlmpe. W.F and Van. D. B. M.:Hydraulic  Conductivity of Geosyntetic Clay Liner under Various Conditions, Proceeding International Congress on Environmental Geotechnics, pp.453-458m1996.