【《S县卫生填埋场工程设计计算过程案例》7300字】

S县卫生填埋场工程设计计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u25322S县卫生填埋场工程设计计算过程案例 1180781.1土方计算 157811.1.1场地整平 1147591.1.2土方平衡计算 3191991.2库容计算 4197111.2.1飞时达软件操作 4296571.2.2有效库容的计算 6194351.3防渗系统设计 792871.3.1防渗系统 7261521.3.2防渗材料 9147411.3.3防渗结构 9180011.4渗滤液收集和导排系统 9216351.1.1渗滤液产生量 10287811.1.2渗滤液调节池设计 11240951.1.3渗滤液收集系统 12209731.5渗滤液处理系统 13318121.5.1渗滤液处理工艺 13303761.6填埋气体导排系统 14151581.6.1垃圾场产气量预测 14129421.6.2填埋气体的处理系统 1574101.7垃圾坝设计 17200141.7.1坝址选择 1710691.7.2坝型选择 17297711.7.3坝体结构 17245951.7.4坝基选择 17207381.8封场和最终覆盖系统 17264441.8.1封场系统设计 1759821.8.2封场后期维护 18255461.9截洪沟设计 181.1土方计算1.1.1场地整平场地平整，应当遵守国家规定的现行标准《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》（CJJ17-2004J302-2004），需要进行平整的场地包括调节池、填埋库区、道路等区域，在进行平整时，要充分利用实际地形进行扩容，同时将地址地貌纳入考虑，从多方面综合考虑制定出完善的平整工程措施，则还有以下条件需要满足：(1)合适的设计标高，在飞时达软件上进行土方试算，找到一个合适的设计标高，以达到挖方和填方平衡。(2)场地平整会涉及到放坡，对于坡度系数是有规定的，填埋库区的边坡系数应大于2，使边坡不至于太陡峭。经修整后的边坡，表面应没有明显的凹凸起伏，避免膜铺设时与地面有空隙，增大后续施工的难度。在边坡的转角处，应磨平棱角，使用更为平滑的圆角过渡，而圆角的半径应大于1m。(3)场地平整不仅是通过填挖方操作将库区底部整平，对场地各处的压实度也有要求①填埋库区的地基，是承载整个工程的基础，要求压实系数不小于0.93。②库区边坡，出于对边坡稳定性防止垃圾堆体坍塌的考虑，要求压实系数不小于0.90(5)由于进行土方平衡计算式，挖方量与填方量不能完全恰好相等，实际情况也是挖方量稍大于填方量，所以要考虑设置堆土区，用于堆放多余的土方。整个场地平整是填埋场工程的基础，也是工程量最大的步骤。在土方平整之后，库区的防渗导气等建设才可以实施。根据施工进程，可以将场地整平分为三个部分：场地清理、场地开挖和场地土方回填。场地清理，主要是清理地面杂物，如灌木，杂草或大体积石块；场地开挖，主要对边坡以及地面标高大于设计标高的地方进行开挖，为回填提供足够的土方；场地回填，将填埋库区的地面标高回填至设计标高，地面平整同时有一定的坡度。1.1.2土方平衡计算填埋场预计填埋量为121.86万m3，并根据预估的填埋高度计算出所需填埋场占地面积为48023.07㎡。在进行场地的土方平衡计算时，为了保证精度减少误差，使用飞时达软件进行辅助计算，通过软件操作，在地形图上框选一个面积，在场区面积内布置20×20m的方格网，然后采集地面标高，确实设计标高，之后再进行放坡处理。用飞时达软件可以直接计算出场地平整的挖方量和填方量。在软件中入图4-1所示。图4-1库区场地平整图将数据进行整理，可以得到下表4-1，表4-1土石方量统计表区块挖方量填方量净方量投影面积表面积单位面积净方量填埋库区-20236.0844001.30233765.2224861.0724861.070.96边坡-27018.8336.67-26982.1610720.8711987.06-2.52合计-47251.9144037.97-3216.9435581.9436848.13-0.091.2库容计算1.2.1飞时达软件操作分辨场顶和场底边界线，然后里场顶边界线一定距离，框选一个多边形之后，再用一次方格网法，设置方格点自然标高和设计标高，土方计算后挖方为零，填方量即为两个平面之间的体积，同理在操作一次，即可得到填埋场库容。。图4-2填埋场分区图飞时达软件按上述步骤操作后，得到的效果图如图4-3所示。图4-3填埋场库容计算图将软件的计算数据整理，可以得到如下表格，表4-2库容计算的土石方量统计表区域号区块号挖方量填方量净方量投影面积表面积单位面积净方量22-1-0.00941006.40941006.4052281.4652281.4618.0022-1边坡-0.00288152.46288152.4643740.1046532.266.59合计1229158.8696021.5698813.7212.8033-1-0.00118562.85118562.8519760.4819760.486.0033-1边坡-0.0080138.9680138.9628888.6429286.262.77合计198701.8148649.1249046.741.08总库容-0.001427860.67详见附图2库容计算图。1.2.2有效库容的计算通过飞时达计算出填埋场的空间体积，但不是全部都可以用来装填垃圾的体积。所以要计算出有效库容，具体公式如下：V式中：V—万年县垃圾填埋场的总库容，m3；V’—可以装填垃圾的有效库容，m3。ξ—有效库容系数，量纲为1其中有效库容系数的计算方式为：ξ=1-(式中：I1—填埋场用来防渗的系统占据库容的系数；I2—填埋场进行中间覆盖时占据的库容系数。为了简化计算，本设计采用I2近似为0的土工膜材料；I3—填埋场垃圾装满后封场系统占据的库容系数。对于I1和I3的计算公式如下：I式中：A1—填埋场防渗系统的表面积，m2，万年县的系统表面积为36848.13m2；h1—填埋场防渗系统的厚度，m，万年县该系统的结构复杂，取1.6m；V—填埋库容，m3。I式中：A2T—填埋场封场后，处于最表层得覆盖系统的表面积，m2，万年县的此处面积为19760.48m2；h2T—填埋场封场后，处于最表层得覆盖系统的铺设厚度，m，万年县此处厚度为1.05m；A2S—填埋场封场后，铺设在垃圾堆体顶部的边坡的覆盖系统表面积，m2，本设计的为：46532.26+29286.26=75818.53m；h2S—填埋场封场后，铺设在垃圾堆体顶部的边坡的覆盖系统的厚度，m，出于保护环境计的考虑，本设计取0.75m；V—填埋场的总库容。通过计算，可得I1和III万年县垃圾填埋场的有效库容系数为：ξ=1-再根据上述公式，计算出万年县填埋场的有效库容为：V万年县20年内的垃圾填埋量125.27万m3，经计算填埋场有效库容为1292213.9m1.3防渗系统设计1.3.1防渗系统填埋场防渗，主要用于阻隔垃圾渗滤液下渗污染地下水，这是建设填埋场极为重要的一道工程。通过查找资料筛选，找到3种适合于万年县填埋场的防渗类型。1单层衬垫防渗系统顾名思义，这种防渗系统只有一层简单的HDPE膜用来做防渗处理，所以它的性能较差，不能用于填埋较大的垃圾场，因为会有渗滤液泄露的危险，它只适用于小型的渗滤液产生量少的垃圾填埋场。图4-4单层衬垫防渗系统2单复合衬垫防渗系统这一类防渗系统，相较于单层有良好的防渗作用，它是由HDPE膜和自然粘土构成，这提高了防渗系统的安全性。经过查找资料，得到该类防渗系统的一些数据，如HDPE膜的防渗系数小于10-7cm/s,天然粘土的铺设厚度大于1m。图4-5单复合衬层防渗系统3双层衬垫防渗系统双层衬垫系统，顾名思义可知是使用两层主防渗材料来防止渗滤液泄露的防渗结构。它各方面的性能都很优异，但投资花费较多，对于环境保护法规严格的地区是比较适用的。图4-6双层衬层防渗系统根据以上所述的防渗系统的分类介绍，从防渗性能好坏、工程复杂度和经济投资方面考虑，本设计选择单复合衬层防身结构。1.3.2防渗材料本设计选择的防渗系统，它的主要材料为黏土、土工织布和HDPE膜。黏土，可为天然或人工，要求沙砾的含量低于5%，铺设厚度宜大于0.5m，主要用于压实，使各层材料相互贴紧；土工织布，是用于保护减少HDPE膜的损坏，一般的规格实在200—600g/㎡之间，在本设计采用400g/㎡的土工布膜；防渗层使用的HDPE膜，是一种相对较薄的柔性热塑或热固聚合材料，在填埋场中应用最广泛最成功的一种土工膜。1.3.3防渗结构场底防渗结构从下到上依次为:经压土机压实的地基、有保护作用的土壤保护层、2.

0mm厚光面HDPE膜、600g/m2

无纺土工布层、400mm

厚卵石导流层，居民区产生的垃圾堆体。

边坡防渗结构较复杂，有多种防护组织:压实基础、600g/m2

无纺土工布层、压实土壤保护层、2.

0mm厚光面HDPE膜、砂袋保护层，垃圾堆体。1.4渗滤液收集和导排系统生活垃圾堆放在卫生填埋场后，经一系列反应后，会产生垃圾渗滤液，其主要来源包括但不限于：垃圾自身携带的水分，气候降雨和沿山脊流下的水流。垃圾渗滤液中含有多种污染物，成分复杂浓度高，一旦泄露，会对周围环境和人体造成巨大危害。所以除设置防渗系统以外，还要安装渗滤液收集系统，通过导排管将渗滤液引流至调节池中，进行后续的处理。1.1.1渗滤液产生量渗滤液产生量可采用《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》GB50869提供的经验公式法进行计算，具体公式如下：Q=式中：Q—浸出水量，m3/月；I—万年县每月的降水量，mm；C1—进行垃圾填埋作业的填埋单元的浸出系数，其值一般在0.4~1.0之间。本设计取0.8；A1—进行垃圾填埋作业的填埋单元面积，m2；C2—已中间覆盖区浸出系数，宜取（0.2~0.3）C1，本设计取C2=0.16；A2—已中间填埋区域面积，m2；C3—已终场覆盖区汇水面积，m2;A3—已终场覆盖区浸出系数，宜取0.1~0.2，本设计取0.1假设填埋场已经全部封场，所以A1=0，则A2=93757m2，A3=19760.48m2。所以，一月份渗滤液产生量：Q同理可计算出其他月份的渗滤液产生量，如表4-3所示。月份逐月平均降水量（mm）当月渗滤液产生量(m3)1月399.76785.82月379.76446.23月359.66106.74月819.813917.95月849.714427.26月879.414936.57月333.75661.98月343.65831.79月353.86001.410月205.23482.011月235.43991.312月265.84500.6表4-3渗滤液产生量统计表1.1.2渗滤液调节池设计调节池是渗滤液集中存放的地方，通过它调配给渗滤液处理区。渗滤液调节池的容量需要经过计算确定，大致过程为用逐月渗滤液产生量减去调节池逐月能够处理的渗滤液量，然后正值相加累计，计算出的最大累计余量即为调节池容量。根据逐月渗滤液产生量，大致确定渗滤液当月处理量为7000m³/月，选择4月份作为计算案例，已经知道4月的降雨量，则渗滤液产生量可以用上述公式计算得到，结果为13917.9m³渗滤液进入调节池后，经处理降解后剩下的渗滤液余量为：13917.9因为调节池的处理能力为7000立方米/月，所以余量计算有正有负，只需要将其中的正值累计相加，即可得到调节池的容量大小。调节池的计算如下表4-4所示。表4-4渗滤液调节池容量的计算月份降雨量（mm）渗滤液产生量（m3）渗滤液处理量（m3）渗滤液余量（m3）调节池容量（m3）1399.76785.87000-211.222281.62379.76446.27000-553.83359.76106.77000-893.34819.813917.970006917.95849.614427.270007427.26879.814936.570007936.57333.55661.97000-1338.18343.55831.77000-1168.39353.56001.47000-998.610205.13482.07000-3518.011235.53991.37000-3008.712265.74500.67000-2499.4算得调节池最小容量为22281.6m3，取22300m3。取安全系数为1.1，则调节池最终容量为24530m³。要合理设计调节池占地面积，防止造成施工资源浪费，先预设调节池的可储存水深H为10m，调节池的占地面积就可以直接计算出来A=24530÷10=2400m然后再预设渗滤液调节池的长度L为60m，计算出宽B为2400÷60=40m。经核算，该调节池的尺寸大小符合标准，可是建造。渗滤液调节池尺寸最终为：L×B×H=60×40×10m。1.1.3渗滤液收集系统渗滤液收集系统是填埋场中极为重要一项工程，施工也较为复杂。查询资料可知，该系统的构造应包括收集管、渗滤液导流层、盲沟等内容，组成一个完整有效的收集系统。（1）渗滤液导流层渗滤液导流层设置在填埋场底部和侧壁下部一定的位置。导流层是渗滤液流入收集管的缓冲区，可以使用空隙率大的材料进行铺设，如砾石，但要求导流层中碳酸钙含量不大于10%，它的铺筑厚度大于0.4m。（2）导渗盲管导渗盲管布置于导流层下方，采用支、干沟相结合的平面布置方式，盲管的布置方法也有多种，根据本设计的地形地址条件，选择鱼骨状的布设形状，同时支管与干管的夹角为60°。（3）导气石笼井布置石笼井埋设在垃圾堆体中，随着填埋高度的增加而不断增高。石笼井与库区底部的渗滤液管相连，用于填埋气体的传输。图4-7渗滤液收集盲沟断面图渗滤液盲管的剖面图如下图4-8所示，在收集管底部是一段穿孔管，开孔孔率为3%，孔径为15mm。图4-8渗滤液收集管底部穿孔管示意图1.5渗滤液处理系统1.5.1渗滤液处理工艺万年县垃圾渗滤液的累积量为22281.6m³，是一个规模较大的工程，所以选择适用性广的“UASB+FEO+CASS”的组合工艺。该工艺充分利用了活性污泥微生物的作用，直接达到出水标准，排放入水体。（1）UASBUASB，是工艺的起始部位，全称是上流式厌氧污泥反应器，外形是一个圆柱形，，它由三个部分—进出水系统，三相分离器和微生物反应区组成，其中三相分离器是最核心的部分，可以使气液固三相得到分离。UASB反应器操作简单，全程无需员工额外操作，且造价较为便宜是一个很好的选择。（2）FEO一般是用来处理工业废水的电化学技术，通过调整可以应用于渗滤液处理，是一种高效且出水稳定的渗滤液处理技术。（3）CASSCASS工艺系统反应器由3个分区组成，分别是生物选择区、缓冲区和主反应区。生物选择区在缺氧条件下运行，选择出适合渗滤液处理的微生物，主反应区在好氧状态下运行，利用活性污泥微生物进行生物氧化反应。CASS池具备抑制丝状菌生长繁殖，脱氮除磷易于操作等诸多优点，有利于工艺的正常运行。1.6填埋气体导排系统填埋气体（LFG）主要是CH4和CO2，同时还含有低浓度芳香烃等挥发性有机物。LFG具有安全风险、污染潜力和温室效应。所以一定要管理好LFG的导排和处理。1.6.1垃圾场产气量预测查找资料可知，对于填埋气体产生量有一个计算公式，具体如下：G=M式中：G为填埋气体产生总量（填埋场所有垃圾在一年中产生的），m3M为填埋场中装填的垃圾量，t；L0为填埋场中单位重量的垃圾产生的气体量，有一个取值范围，本设计为安全起见，取为120m3/t；k为填埋场中填埋气体的速率常数，1/a，取0.1；t为垃圾进入填埋场的年份，取1。因为工期原因，2020年产生的垃圾未进入填埋场，而是经焚烧、堆肥等方式处理，所以不纳入气体产生计算量中。本工程设计的填埋场，是装填2020~2040年间的生活垃圾，现在逐一计算出每一年的产气量。2021年生活垃圾为5.71万吨，通过公式可计算出垃圾产生量为：G同理，可计算出其他年份的产气量，将数据整理如下表4-4所示：表4-4万年县填埋场垃圾产气量预测表年份当年垃圾产量（万吨/年）当年产气量（万m³/年）20215.71177.5920225.81309.1120235.92409.7720246.03487.6320256.14548.6620266.25597.2820276.36636.7720286.48669.5620296.59697.5420306.71721.7720316.84743.5120326.96763.4120337.09782.0120347.21799.9220357.35816.8420367.48833.6020377.61850.1620387.75866.6420397.89883.1520408.0489.75总计13491.39由此可以得知，在2020~2040年的20年之间，填埋气体的累积产生量为13491.39万m3。1.6.2填埋气体的处理系统（1）填埋气体导排随着生活垃圾的填埋，填埋气体也会产生，所以导气石笼井的安装是跟着填埋垃圾一同进行的，这要求施工方要仔细认真，防止填埋气体排放到空气中。填埋气体（LFG）的导排方式，经过查询国内现行状况，可以得知分为两种，即主动导排和被动导排方式。A．主动导排通过安装风机，人工制造压差的方式，将无目的性流动的填埋气体从填埋堆体内的填埋气导流出来。B．被动导排没有额外配置的风机，通过构造的设计，利用自然对流的方式将填埋气体导出。（2）LFG的处理和利用查询国内填埋场的现状，可以得知3种LFG的处理模式，它们各有优劣分别是：主动收集后排入沼气池中回收利用和主动收集后排入火炬系统燃烧处理。主动收集后排入沼气池中回收利用，这种方式在发达国家应用相当普遍，可以有效的利用资源，其关键技术是对低CH4含量LFG气体的有效燃烧。主动收集后燃料利用是最理想的LFG管理方式。目前，应用比例最高的LFG燃料利用方式是由内燃机发电。我国杭州、上海、广州等地的生活垃圾卫生填埋场均已建成了LFG发电站。考虑到万年县填埋场的垃圾处理量大，产气量也大，故采用主动导排方式。导气石笼井的布置方式按照规范，分为三角形、四边形等方式，本设计采用的是等边三角形的方法，计算公式为：D=2Rcos30°式中：D—导气石笼井之间的距离，m；R—石笼井的影响半径，m。对于垃圾埋深大，导气石笼井建造高度很高的填埋场，至于石笼井之间的距离，应在30~40m之间。万年县填埋场的石笼井间距为40m，通过公式可知其的影响半径为：R=所以可以确定，万年县填埋场的石笼井之间的间距为23m。1.7垃圾坝设计垃圾坝，用于阻挡固体废物，也有增加库容的作用，接触垃圾堆体的一侧要设置严密的防渗结构1.7.1坝址选择坝址选择应考虑以下几点因素：地质条件，垃圾坝应建在地质条件好的密实土或岩层上，满足填埋场的边坡稳定性和构筑物的承载力要求。水质条件，需要分析施工过程中，水位变化对坝基结构的影响，并提出解决方案。1.7.2坝型选择坝型按照材料可以分为黏土坝、碾压式土石坝、浆砌石坝和混凝土坝。其中碾压式土石坝可以就近取材利用当地材料筑坝，造价低。根据万年县的地址条件，本设计选择经济实惠的碾压式土石坝。1.7.3坝体结构（1）坝体高度为满足库容要求，同时拦截垃圾，坝体高度一般要考虑填埋垃圾的封场坡度和投资合理性来考虑。因为本填埋场设计库容比较大，所以拟选取15m的坝高。（2）坝坡碾压式土石坝的坝坡，根据经验确定在1：1.5~1：2左右，宽度1.5~2m。本设计选择1：2的坡度，且上下游相同。接触垃圾的坝坡面，铺设防渗层防止渗滤液渗透，靠外的一侧，做好坡面防护，防止坝体风化损耗。（3）坝顶坝顶会用作运输或巡检道路，所以宽度不宜小于3m。坝顶盖面材料根据当地情况及坝顶用途确定，沥青或者砌石都是比较常用的。1.7.4坝基