大型垃圾填埋场表面沉降研究

垃圾降解的宏观效应就是垃圾表面沉降。已完成的填埋场，在决定它们的使用之前，需要研究其沉降特性。填埋场的沉降度与初期的填埋高度有一定的关系，并随时间和压实程度而变化。研究表明，在填埋后的前5年发生的沉降，大约占总沉降50％～90％。 
一般可将填埋场的沉降分为3个阶段：初始阶段、第一阶段、第二阶段初始阶段是填埋过程中上层垃圾对下层垃圾的压实引起的沉降，沉降量一般只能根据公式计算： 


第一阶段的沉降一般在填埋场完工后的1～6个月内，主要是填埋垃圾空隙中的水份和气体由于上层垃圾的压实作用而散逸所引起的，沉降量占总沉降量的比例较大。第二阶段的沉降主要是由填埋垃圾的降解引起，它可持续多年，最终累计沉降量可达填埋垃圾高度的25％。 
本工作是对上海老港垃圾填埋场表面沉降的长期监测结果及其预测研究。 
2试验场的构筑和沉降监测 
在上海市老港垃圾填埋场北侧，建造了国内外规模较大的垃圾填埋场稳定化试验场（17号单元）。试验场底部铺设粘土和高分子材料衬底及排水管道，四周为厚2～3m的粘土墙。填埋完毕后在垃圾表面覆盖了30cm的粘土，四周设有排水沟。1995年4月10日开始填入垃圾，至1995年4月25日填毕。共填埋垃圾10858.26t，垃圾填埋高度4m，有效填埋面积3000m2(50m×60m），垃圾的初始体积质量为0.905t/m3.填入的垃圾组成（干质量）为，有机物37.67％、无机物 
43.78％、其他18.55%，垃圾含水率43.12％。 
垃圾表面沉降监测是用水平仪测定的，以试验场两侧的道路为基准点，监测点的位置见图1。 


图1大型垃圾填埋场稳定化试验场的监测点示意 
3实验结果与讨论 
3.1填埋场沉降监测 
从1995年5月到1997年10月，对其中3＃点测定了12次，5＃点测定了6次，6＃点测定了10次，其余各点测定了29次。由于3气5＃、6＃点的实测数据不多，本文主要以1＃、2＃、4＃、7＃点的沉降研究为主。 沉降量测定值见图2。从图中可见，在填毕封场后150～250d，沉降量增加很快，之后趋缓，2.5年内最大累计沉降量为1m以上（垃圾填埋高度的25％），最小沉降量为0.5m左右，两者相差1倍。显然，压实对沉降量有很大的作用。 


图2试验场4个监测点的沉降量 
3.2各点沉降量与填埋时间关系的模拟 
根据最小二乘法拟合原理，对1＃、2＃、4＃、7＃点的沉降与时间的关系进行几何回归拟合。 
根据老港填埋扬现场试验数据，求出各有关参数的数值见表1。 
3.3沉降预测 
根据表1数学公式可求出各监测点上每1年的沉降量结果见表2。从表2中可以看出，1#、4#、7＃点从880d后每1年沉降相差不大（均小于lcm），表明填埋场将是有规律不均匀沉降。 
表1垃圾表面沉降量与填埋时间的数学拟合式 


1）L封场后t时刻填埋场的沉降量(m)，L0沉降常数（m），t封场后填埋时间（d），a沉降系数(/d）。 
表2试验场不同位置的沉降预测（m） 


3.4讨论 
从研究结果可见，大部分的沉降发生在填埋后2－3年内。随着填埋时间的推移，沉降幅度越来越小，安全性也越来越大，大约22～25年后，年度沉降小于几毫米，可以认为此时填埋场已基本上稳定化。从渗滤液和垃圾组成的研究结果来看，22～25年后渗滤液污染物浓度已自然衰减到国家一级排放标准、垃圾也基本上变成矿化垃圾，稳定化和无害化程度非常高。 
从图2可见，老港垃圾填埋场表面沉降的第一阶段是在垃圾填埋后的200a(6～7个月）内发生的，其沉降量占总沉降量（以25年计）的50％左右。之后发生第二阶段的沉降，沉降量可达填埋垃圾高度25％～50％。第二阶段沉降量与时间的对数成线性关系，沉降量与时间的关系较为平缓。 
4结论 
填埋场内垃圾的生物降解使填埋场在宏观上表现出表面沉降，其第二阶段沉降即由于生物降解所引起的沉降与时间呈几何函数关系，根据数学模拟结果推算了老港填埋场填埋单元封场后未来25年的年度沉降值。若年度沉降小于垃圾填埋高度（4m)的1%，则稳定化时间需5年，此时填埋场的沉降为0.93m；若年沉降小于垃圾填埋高度（4m)的0.5％，则稳定化时间需22年，此对填埋场的沉降为1.21m。作为新填埋场使用时，建议在垃圾填埋后10年或更长；作为农业用地时，大约需在2～3年后，建议不作为农作物用地；作为普通用地时，至少需15～20年以上，但仍不可作为建筑用地。