[发明专利]一种多功能覆盖层结构及其在垃圾填埋场的应用

说明书

技术领域

本发明涉及环境岩土工程垃圾填埋场结构设计技术领域，具体涉及一种多功能覆盖层结构及其在垃圾填埋场的应用。

背景技术

随着我国城市化进程的不断加快和居民生活水平的大幅提高，城市规模持续扩大、城市人口不断增长，与此同时，城市固体废弃物的产量也呈现出急剧增长态势。据相关统计资料显示，我国每年城市垃圾产量超过1亿吨，历年的累积产量高达80亿吨，且以每年8％～10％的速度递增。大量城市固废垃圾的产生不仅占用大量的土地资源，同时也会因处置不当造成严重的环境污染，危害周边居民健康。目前我国城市固废垃圾的处置方式主要有：堆肥、焚烧和卫生填埋处理。堆肥处理城市固废效率较低，对于废弃物中的有害物质未有合理的防治措施；焚烧城市垃圾会产生大量的有害气体和残渣，不符合环境保护和绿色发展的要求。卫生填埋处理是当前城市固废较为有效的处理方式。该处理方式具有设备操作简单、建设和运行成本相对较低、适应性和灵活性强等特点，固废填埋将是今后相当长时间内我国城市垃圾处理的主要方式。

城市固废垃圾在填埋场内经过长期的填埋过程会发生一系列生物化学反应，产生多种有害填埋气体和渗滤液等污染物，污染物的逸出和渗漏均会对周围的环境产生威胁。因此，垃圾填埋场需要底部衬垫系统、覆盖层系统以及排液集气系统等结构，达到安全填埋的目的。

传统的垃圾填埋场覆盖层结构类型主要有：①压实黏土覆盖层，利用压实黏土的低渗透性来减小降雨入渗和填埋气的释放，但压实黏土在干湿循环和冷暖交替的复杂环境中易产生开裂，降低压实黏土覆盖层的防渗性能；②复合型覆盖层，在压实黏土中添加土工膜等材料，增加覆盖层的防渗性能，土工膜与黏土界面之间存在界面失稳的问题，且土工膜的使用增加了工程建设成本；③土工合成材料膨润土衬垫(GCL)覆盖层，采用GCL替代传统黏土，进一步降低覆盖层的渗透性，虽然GCL具有良好的防渗性能，但其昂贵的工程造价使得其工程应用具有很大的局限性。因此，针对垃圾填埋场覆盖层结构及覆盖层土体设计的现状，在环境问题日益突出的背景下，亟需开发新型覆盖层结构和土工材料，提高我国垃圾填埋技术的水平。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对上述现有技术存在的传统垃圾填埋场覆盖层结构存在易开裂失效、成本造价高导致不利于工程应用的问题，提供一种多功能覆盖层结构及其在垃圾填埋场的应用，有效提高防渗集气能力，彻底分解吸收填埋气；建设成本低；简单、经济且可操作性强。

本发明所采用的技术方案为：

一种多功能覆盖层结构，所述的多功能覆盖层结构倾斜设置，该多功能覆盖层结构自下而上包括：集气层、压实生物炭改良黏土层、压实砂砾层及压实粉土层，压实粉土层与压实砂砾层之间、压实砂砾层与压实生物炭改良黏土层之间以及压实生物炭改良黏土层与集气层之间均设置有土工织物，压实粉土层的下部设置导排沟。

根据上述方案，所述的压实粉土层的压实度为85％，含水量为最优含水率，压实厚度为0.4～0.5m，渗透系数为1.0×10^-8～1.0×10^-5m/s，颗粒粒径为0.002～2mm。

根据上述方案，所述的压实砂砾层的压实度为90％，含水量为最优含水率，压实厚度为0.2～0.4m，渗透系数为1.0×10^-4～1.0×10^-2m/s，颗粒粒径为0.425～5mm。

根据上述方案，所述的压实生物炭改良黏土层的压实度大于95％，含水量为最优含水率，压实厚度为0.5～0.8m，渗透系数小于1.0×10^-9m/s，颗粒粒径小于0.075mm。

根据上述方案，所述的压实生物炭改良黏土层为生物炭与黏土混合均匀的复合材料压实而成，其中生物炭为木屑生物炭，热解温度为550℃，生物炭与黏土干重的质量比为15％～25％。

根据上述方案，相邻的导排沟在水平方向的间距为30～50m。

根据上述方案，该多功能覆盖层结构倾斜设置，压实粉土层的边坡坡率小于或等于1:3。