CN101725159A - 利用土质固化剂修建垃圾填埋场防渗衬层的方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用土质固化剂修建垃圾填埋场防渗衬层的方法及应用，将土质固化剂、胶结材料和土壤均匀搅拌掺合，三者的重量比为，土质固化剂为0.01-0.03％，胶结材料为4-8％，余量为土壤，将所制作成的土壤混合物填筑压实在垃圾填埋场的底层、边坡、挡墙或覆盖层上，形成复合固结土；所述复合固结土构成垃圾填埋场的防渗衬层。

Description

利用土质固化剂修建垃圾填埋场防渗衬层的方法及应用

技术领域

本发明涉及环境保护工程技术领域，尤其涉及一种土质固化剂在垃圾填埋场作为防水防渗的衬层和墙体结构的应用。

背景技术

随着我国城市化进程的加快和居民生活水平的提高，城市生活垃圾量不断增加，垃圾的无害化处置成为了一项非常紧迫的任务。在我国，目前主要方法是建造垃圾填埋场。卫生填埋技术是目前被广泛应用于城市生活垃圾处理的经济、有效的方法。为防止生活垃圾填埋处置造成二次污染，国家环境保护局特制定了《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-1997)，于1998年1月1日起实施。该标准要求，生活垃圾填埋场工程环境保护设计必须包含对场区垃圾渗滤液的防水处理工程。垃圾填埋场防水处理的目的一方面在于防止渗滤液渗入地下，从根本上控制垃圾渗滤液对周围地下水环境的影响；另一方面是防止其他形式的水流侵入填埋场。因为大气降水会在场区内顺沟谷形成地表水流，在径流过程中会侵入填埋区，并对地下水进行补给，从而造成渗滤液液位大幅度上升，引渗滤液外溢而污染环境。因此，垃圾填埋场的防水工程建设必须根据场址的工程地质和水文地质情况，采用相应的防渗技术和防水材料，对填埋场进行防水处理。

目前生活垃圾填埋场防水系统多采用填埋场区底部水平防水，以及截洪沟、填埋区下游垃圾坝、截污坝、截渗墙、防渗帷幕等设施为主的垂直防水系统相结合的防水工艺。通常场区底部的水平防水可以利用天然不透水层作为衬层，如较完整的不透水岩层、粘土层或淤泥层，要求防水层渗透系数要达到K≤10^-7cm/s。但实践中并不是所有选择的垃圾场区的底部都是可以满足渗透系数的可利用的不透水岩层、粘土层或淤泥层，这就给建设垃圾填埋场带来限制，即建设垃圾填埋场，不但地点适合，还要有上述土质，而对于大型垃圾场，需求量较大，更要有足够用的上述土质，这几方面缺一不可。随着需要垃圾填埋场的增多，同时符合这几个条件的地方越来越少。除了利用天然不透水层之外，目前还有用人工复合材料作为衬层防渗的，但价格较贵，成本要求较高，效果并不十分理想。

发明内容

为打破上述瓶颈，本发明的目的在于提出土质固化剂在垃圾填埋场中的应用，它适合所有土质。

CN100368508C公开了“一种土质固化剂”，用于“提高路基、路面强度、水稳定性、冻稳定性”。经实验发现，它与胶结材料一起掺到垃圾填埋场的土壤中，均匀拌合并压实后具有很强的防水、防冻融和防腐性能。

本发明的目的是这样实现的：将CN100368508C所述的土质固化剂、胶结材料和土壤均匀搅拌掺合，三者的重量比为，土质固化剂为0.01-0.03％，胶结材料为4-8％，余量为土壤，将所制作成的土壤混合物填筑压实在垃圾填埋场的底层、边坡、截渗墙或防渗帷幕上，形成复合固结土；所述复合固结土构成垃圾填埋场的防渗衬层。

优选地，所述胶结材料是水泥或石灰。

优选地，压实后的复合固结土厚度为20cm至60cm。

所述土壤混合物填筑压实在垃圾填埋场的过程为，在开挖垃圾填埋场的过程中在填埋场逐层就地取当地土壤制作成土壤混合物进行填筑，逐层压实形成复合固结土，依次从低到高逐级进行施工，最后在防渗衬层表面铺设水泥砂浆，使其形成保护层。

优选地，所述土壤混合物填筑压实在垃圾填埋场的过程具体为，在填埋场较低的一侧或围绕整个填埋场修建底层、边坡和挡墙，自边坡脚处开挖台阶，首先开挖一级台阶，然后就地取当地土壤制作成土壤混合物，在台阶上填筑所述的土壤混合物并压实形成复合固结土，压实完成一级台阶后清理下一级台阶边坡，然后进行下一级台阶开挖、填筑土壤混合物、压实为复合固结土，依次逐级进行施工；开挖时边坡外部要高于边坡内部，使倾斜度向内，为2％的横坡度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

将土质固化剂转用于垃圾填埋场中，选择建设垃圾填埋场地点时，不再依赖填埋场的土质是否含有天然不透水层，解决了垃圾填埋场越来越难找的难题。

其次是无论填埋场原来有什么样的土质，就地取垃圾场本地的土壤为主构造防渗衬层，只需从别处运输来土质固化剂和胶结材料即可，大大节约了运输成本和施工成本。

使用水泥或石灰作为胶结材料，取材容易；使用少量的土质固化剂，增强了土壤固结的强度，只需要垫20cm厚度作为衬层，大大减少了土方工程量，大幅降低工程造价，还大幅减少建设垃圾填埋场的人工成本，解决建设成本高的难题。

土质固化剂渗透性好，与土的和易性好，便于施工。

由于采用就地取土，只需加入少量胶结材料和土质固化剂，拌合压实后即可达到相关设计要求，施工简单，成本较低，耐久性强，且后期强度随时间不断增加，解决了化学合成材料随时间老化降解的后顾之忧，成为垃圾填埋场防水系统工程的首选方案。

小于1m的衬层增大了垃圾场的库存容量，对于小型垃圾场尤为适用。

所形成的复合固结土无毒无害无污染，适用于环境保护要求，经实验测试具有较强抗强度、较好的抗弯拉性和很好的耐久性，并具有很好的水稳定性和抗冻融性，适用于垃圾填埋场的建造要求。

附图说明

图1为本发明实施例中垃圾填埋场的底层和边坡的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明。

实施例一，将土质固化剂和胶结材料如水泥或石灰，掺到填埋场底部和边坡的土壤中，均匀拌合，三者的重量比为，胶结材料为4-8％，土质固化剂为0.01-0.03％，余量为土壤，将所制作成的土壤混合物填筑在垃圾填埋场的底层、边坡、截渗墙或防渗帷幕上，用压路机压实，压路机采用18-21T的重型压路机，形成复合固结土；所述复合固结土构成垃圾填埋场的防渗衬层。

实施例二，基于以上实施例一，选用水泥或石灰作为胶结材料。

以下给出本发明以水泥或石灰作为胶结材料形成的复合固结土，接受无侧限抗压强度的试验及结果分析。

如下表1是石灰类复合固结土无侧限抗压强度试验结果，试验所用材料分别是：土壤为吉林省乾安县低液限粉土(Ip＝9.8)，胶结材料为III级消石灰。采用不同配合比进行不同龄期的无侧限抗压强度试验，试件压实度为98％，共成试件138组，用塑料袋将试件密封后恒温(20±1℃)养生。试验结果如下：

表1石灰类复合固结土无侧限抗压强度试验结果

表中数据看出：使用固化剂的复合固结土与石灰土相比，石灰用量减少了50％，无侧限抗压强度却提高了一倍多。

如下表2是水泥类复合固结土无侧限抗压强度试验结果，试验所用材料分别是：土壤为吉林省乾安县低液限粉土(Ip＝9.8)，胶结材料为：32.5级普通硅酸盐水泥。采用不同配合比进行不同龄期的无侧限抗压强度试验，试件压实度为98％，共成试件138组，用塑料袋将试件密封后恒温(20±1℃)养生。试验结果如下：

表2水泥类复合固结土无侧限抗压强度试验结果

表中数据看出：水泥类复合固结土的无侧限抗压强度明显好于同剂量的水泥稳定土，其强度值是水泥稳定土的2倍。固化剂用量同样是0.02％为佳，水泥用量与抗压强度成正比。

对于垃圾填埋场来说，防水性能是一个重要指标，因此，进一步进行复合固结土的水稳定性试验，水稳定性系数是以不同龄期饱水抗压强度与干抗压强度的比值表示，用以表征水稳定性，系数越大，则水稳定性越好，请参见如下表3。

表3复合固结土水稳定性试验结果

从表3中数据看出：掺加土质固化剂后可以大大提高水稳定性。同时，随着试件龄期的增长，水稳定性系数逐渐增大。经过对室内试验试件及试验路取芯试件进行了180d和1年的浸水观测，未发现散解现象，且强度损失较小。由此说明，复合固结土作为垃圾填埋场衬层材料具有较好的水稳定性。

为了适应不同地区的温度变化，特别是在北方地区的冬季气温极其低下，那么所述复合固结土不仅要能够防水，还要能够抗冻，因此需要进一步做低温收缩试验，主要是对比不同配合比的复合固结土衬层材料在各级负温度作用下的收缩状态，以评价不同配合比复合固结土衬层材料的抗冻裂效果。以下表4是选择了几组有代表性的配合比进行低温收缩试验的试验结果。

表4复合固结土试件低温收缩试验结果

为了对比，同时给出常用的几种半刚性基层材料的低温收缩试验结果，如表5所示。

表5常用的几种半刚性基层材料的低温收缩试验结果

从上表4和表5可以看出：复合固结土在低温(0℃以下)状态下，其温度收缩系数与水泥稳定砂砾、二灰碎石、石灰土、二灰土的温缩系数同为一个数量级，并且复合固结土温缩系数的绝对值比石灰土、二灰土小得多，与水泥稳定砂砾、二灰碎石相近，因此，复合固结土作为垃圾填埋场衬层抗冻裂性能较好。

以上说明了利用土质固化剂固化形成的复合固结土具有极佳的水稳定性和抗冻融性，根据以往在水利防渗工程应用的实例，在压实度≥95％的条件下，其7天养生件渗透系数可达9.63×10^-7cm/s，随着时间延长，养生试块强度增加，渗透系数变小，该技术完全可以应用于垃圾填埋场。

由于复合固结土的抗压、抗弯曲、防水、抗冻效果都很好，因此，一般将压实后的复合固结土厚度为20cm至60cm就可以了，具体可以根据当地地形结构来确定。

实施例三，利用土质固化剂修建垃圾填埋场防渗衬层的方法及应用，施工步骤为：

步骤S101，就地取垃圾场本地的土壤为主形成复合固结土，构成防渗衬层。

将土质固化剂、胶结材料和土壤均匀搅拌掺合，三者的重量比为，土质固化剂为0.01-0.03％，胶结材料为4-8％，余量为土壤，将所制作成的土壤混合物填筑压实在垃圾填埋场的底层、边坡、截渗墙或防渗帷幕上，形成复合固结土；所述复合固结土构成垃圾填埋场的防渗衬层。

步骤S102，在开挖垃圾填埋场的过程中，使用复合固结土逐层填筑、逐层压实、逐级进行施工。

所述土壤混合物填筑压实在垃圾填埋场的过程为：

将填埋场施工现场整平，清除草皮、树根；采用挖掘机或人工挖掘出渠道，处理平整，人工补平后用打夯机压实；逐层就地取当地土壤制作成土壤混合物进行填筑，用打夯机逐层压实形成复合固结土；依次从低到高逐级进行施工；最后在防渗衬层表面铺设水泥砂浆，使其形成保护层。

这样施工的好处是施工有序，效率高。

为了详细说明逐层填筑、逐层压实、逐级进行施工的过程，给出以下实施例四。

实施例四，基于以上实施例三，利用土质固化剂修建垃圾填埋场防渗衬层的方法的施工步骤还可以具体为：

步骤S201，就地取垃圾场本地的土壤为主形成复合固结土，构成防渗衬层，过程同步骤S101。

步骤S202，在开挖垃圾填埋场的过程中，使用复合固结土逐层填筑，逐层压实，逐级进行施工，基于步骤S102具体为：

请参见图1，是一个垃圾填埋场的底层和边坡的剖面结构示意图，填埋场底层(1)和边坡(3)的处理过程是：在填埋场较低的一侧或围绕整个填埋场修建底层、边坡和挡墙，自边坡脚处开挖台阶，首先开挖一级台阶(1)，构成底层，然后就地取当地土壤制作成土壤混合物，填筑所述的土壤混合物并压实形成复合固结土，压实完成一级台阶后清理下一级台阶边坡，然后进行下一级台阶(2)开挖、填筑土壤混合物、压实为复合固结土，依次逐级进行施工；开挖时边坡外部要高于边坡内部，使倾斜度向内，为2％的横坡度(4)。最后，在填筑好的复合固结土上面铺设一层铺设水泥砂浆，使其形成保护层，有6cm至8cm即可。

另外，下雨前要挖好排水沟，以免造成填筑层基地过湿不能施工，或采用塑料薄膜覆盖。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.利用土质固化剂修建垃圾填埋场防渗衬层的方法及应用，其特征在于，将土质固化剂、胶结材料和土壤均匀搅拌掺合，三者的重量比为，土质固化剂为0.01-0.03％，胶结材料为4-8％，余量为土壤，将所制作成的土壤混合物填筑压实在垃圾填埋场的底层、边坡、截渗墙或防渗帷幕上，形成复合固结土，所述复合固结土构成垃圾填埋场的防渗衬层。

2.根据权利要求1所述的修建垃圾填埋场防渗衬层的方法及应用，其特征在于，所述胶结材料是水泥或石灰。

3.根据权利要求1所述的修建垃圾填埋场防渗衬层的方法及应用，其特征在于，压实后的复合固结土厚度为20cm至60cm。

4.根据权利要求2或3所述的修建垃圾填埋场防渗衬层的方法及应用，其特征在于，所述土壤混合物填筑压实在垃圾填埋场的过程为，在开挖垃圾填埋场的过程中在填埋场逐层就地取当地土壤制作成土壤混合物进行填筑，逐层压实形成复合固结土，依次从低到高逐级进行施工，最后在防渗衬层表面铺设水泥砂浆，使其形成保护层。

5.根据权利要求4所述的修建垃圾填埋场防渗衬层的方法及应用，其特征在于，所述土壤混合物填筑压实在垃圾填埋场的过程具体为，

在填埋场较低的一侧或围绕整个填埋场修建底层、边坡和挡墙，自边坡脚处开挖台阶，首先开挖一级台阶，然后就地取当地土壤制作成土壤混合物，在台阶上填筑所述的土壤混合物并压实形成复合固结土，压实完成一级台阶后清理下一级台阶边坡，然后进行下一级台阶开挖、填筑土壤混合物、压实为复合固结土，依次逐级进行施工；开挖时边坡外部要高于边坡内部，使倾斜度向内，为2％的横坡度。

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