裘曉鵬，羅小勇，陳 亮，羅 欣，魏 俊，李相儒

（中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

1 引言

2019 年9 月30 日，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了新版GB 18598—2019 危險廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱“新標(biāo)準(zhǔn)”），標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了危險廢物安全填埋場有柔性與剛性兩種形式。其中，柔性填埋場指傳統(tǒng)的采用雙人工復(fù)合襯層作為防滲層的填埋處置設(shè)施；而剛性填埋場指采用鋼筋混凝土作為防滲阻隔的填埋處置設(shè)施。作為首次出現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)中的填埋形式，剛性填埋場概念源于日本《廢棄物處理及清掃法》［1］與《確定一般廢棄物最終處置場與產(chǎn)業(yè)廢棄物最終處置場技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的命令》［2］（以下簡稱“遮斷性填埋場標(biāo)準(zhǔn)”） 中的遮斷性填埋場。

為區(qū)分柔性和剛性填埋場的適用范圍，新標(biāo)準(zhǔn)從填埋場選址條件和填埋場入場廢物要求兩個方面作了規(guī)定，主要區(qū)別如下：①新標(biāo)準(zhǔn)較之老版標(biāo)準(zhǔn)，柔性填埋場部分選址條件和入場廢物要求有了明顯的提高和量化要求，但剛性填埋場除外；②新標(biāo)準(zhǔn)提出的部分特定選址地質(zhì)條件只能建設(shè)剛性填埋場，部分特定入場廢物只能進入剛性填埋場。由此看出，剛性填埋場的適用范圍明顯較柔性填埋場廣，隨著新標(biāo)準(zhǔn)的全面實施，剛性填埋場的市場將會迎來快速增長。然而，由于新標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布不久且缺乏實際工程案例，目前我國已建成的剛性填埋場多參照《危險廢物安全填埋處置工程建設(shè)技術(shù)要求》 （環(huán)發(fā)〔2004〕 75 號）和HJ 2042—2014 危險廢物處置工程技術(shù)導(dǎo)則中的剛性填埋處置設(shè)施，絕大多數(shù)都無法滿足新標(biāo)準(zhǔn)中獨立對稱填埋單元、填埋單元尺寸和目視檢漏層的設(shè)計要求。因此，既能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計要求，又能實現(xiàn)簡便、科學(xué)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化剛性填埋場設(shè)計方案亟待研究。此外，作為危險廢物處置工程領(lǐng)域的新興解決方案，工程投資也將會直接影響剛性填埋場的推廣應(yīng)用，有必要對其經(jīng)濟性進行計算與分析。

為此，本研究以嘉興市某剛性填埋場項目為例，從技術(shù)和經(jīng)濟兩個角度對比分析了3 種填埋單元設(shè)計方案的特點，以期提供多種設(shè)計需求和投資需求的剛性填埋場設(shè)計思路。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)域概況

該項目位于浙江省嘉興市，地處長江三角洲太湖平原南緣、上海濱海平原西緣，場地地貌類型屬于濱海平原。項目紅線內(nèi)用地總面積為9 459.61 m2，其中剛性填埋場占地面積為5 165.22 m2。場地選址具體情況：①選址符合環(huán)境保護法律法規(guī)及相關(guān)法定規(guī)劃要求；②場地位于化工園區(qū)，其位置及與周圍人群的距離滿足環(huán)境影響評價要求；③選址不屬于各級政府劃定的生態(tài)保護紅線區(qū)域、永久基本農(nóng)田和其他需要特別保護的區(qū)域內(nèi)；④選址不屬于可能危及填埋場安全的不良地質(zhì)區(qū)域；⑤選址標(biāo)高位于100 年一遇洪水位以上，在長遠規(guī)劃中的水庫等人工蓄水設(shè)施淹沒和保護區(qū)之外；⑥選址區(qū)域穩(wěn)定性和巖土穩(wěn)定性相對良好，滲透性較低，無泉水露出，填埋區(qū)防滲結(jié)構(gòu)底部與最高地下水位保持在3 m 以上；⑦選址地層第2、3層存在高壓縮性黏土，呈軟流塑狀態(tài)；⑧天然基礎(chǔ)層飽和滲透系數(shù)不小于1.0×10-5cm/s，厚度不小于2 m。經(jīng)與新標(biāo)準(zhǔn)對比發(fā)現(xiàn)，由于上述第⑦點限制，本選址只適用于建設(shè)剛性填埋場。

2.2 研究方法

剛性填埋場設(shè)計主要依據(jù)GB 18598—2019、GB/T 50103—2010 總圖制圖標(biāo)準(zhǔn)以及結(jié)構(gòu)、建筑、給排水和電氣專業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

工程概算計算主要參照《浙江省工程建設(shè)其他費用定額》 （建標(biāo)〔2011〕239 號文）、《浙江省建設(shè)工程計價規(guī)則（2018 版）》 （浙建建發(fā)〔2018〕61 號文）、GB 50500—2013 建設(shè)工程工程量清單計價規(guī)范、GB 50857—2013 市政工程工程量計算規(guī)范、GB 50854—2013 房屋建筑與裝飾工程工程量計算規(guī)范、GB 50856—2013 通用安裝工程工程量計算規(guī)范、《浙江省市政工程預(yù)算定額（2018 版）》、 《浙江省建筑工程預(yù)算定額（2018版）》、 《浙江省安裝工程預(yù)算定額（2018 版）》、“關(guān)于調(diào)整浙江省建設(shè)工程造價稅金費率的通知”（浙建建發(fā)〔2019〕 92 號文）、嘉興市造價信息、浙江省造價信息、現(xiàn)階段設(shè)計文件與工程量清單、其他相關(guān)的地方法規(guī)和相似工程經(jīng)濟指標(biāo)。具體工程費用計算參數(shù)選擇見表1。

表1 工程費用計算參數(shù)選擇

3 危險廢物剛性填埋場設(shè)計

3.1 總平面布置

從圖1 危險廢物剛性填埋場平面布置來看，危險廢物剛性填埋場由若干獨立對稱的填埋單元組成，每個填埋單元的設(shè)計要求為面積不超過50 m2，體積不超過250 m3。填埋場內(nèi)部被劃分為不同的填埋區(qū)域，既便于分類分區(qū)填埋作業(yè)與管理，又便于杜絕危險廢物之間不相容性可能引發(fā)的安全隱患。各區(qū)域內(nèi)的填埋單元橫、縱向均勻排布，相鄰的填埋單元之間共用側(cè)壁擋墻；填埋場外部兩側(cè)設(shè)置卸料提升平臺，運輸車輛將經(jīng)過預(yù)處理或不需預(yù)處理的危險廢物運送至卸料平臺，由行車起重機吊裝作業(yè)。

圖1 危險廢物剛性填埋場平面布置

3.2 豎向布置

從圖2 危險廢物剛性填埋場豎向布置來看，剛性填埋場主體部分（包括目視檢修架空層） 均位于地面以上。最上部為鋼結(jié)構(gòu)雨棚，避免自然降水進入填埋庫區(qū)，雨棚鋼柱鉸接于填埋單元擋墻頂部；雨棚下方為行車起重機，用于從兩側(cè)卸料提升平臺吊取危險廢物并精準(zhǔn)碼放于相應(yīng)的填埋單元；再下方為填埋庫區(qū)，人員走道板沿庫區(qū)頂部外側(cè)一周設(shè)置；庫區(qū)下方為目視檢修架空層，工作人員可進入巡檢或維修，目視檢修架空層頂安裝有滲濾液收集管道；目視檢修架空層地坪以下即為整個填埋場的地下基礎(chǔ)部分，包括基礎(chǔ)承臺和樁基。

圖2 危險廢物剛性填埋場豎向布置

3.3 工藝設(shè)計

根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)中填埋單元（圖3） 面積和體積的要求，填埋單元設(shè)計尺寸存在多種方案，即多種面積與高度的組合。然而，當(dāng)填埋單元的面積、高度不同時，其結(jié)構(gòu)設(shè)計也會存在差異，這意味著不同方案中的單個填埋單元（均為250 m3） 的工程費用會有所不同。因此，本工程結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求和實踐經(jīng)驗，設(shè)計了3 種填埋單元尺寸方案（方案A、B、C）。3 種方案填埋單元有效面積分別為49.70、36.00、25.00 m2，對應(yīng)的高度分別為5.00、6.90、10.00 m，有效容積均約為250 m3。

圖3 填埋單元工藝設(shè)計

為保證填埋單元的抗?jié)B性能，其側(cè)壁擋墻和底板均需要設(shè)置防滲系統(tǒng)，底部還需設(shè)置滲漏監(jiān)測系統(tǒng)。其中，側(cè)壁擋墻防滲系統(tǒng)由2 層保護層和1 層防滲層組成，具體順序見表2；底板防滲系統(tǒng)由2 層保護層、1 層防滲層和1 層導(dǎo)排層組成，其中防滲層布置星狀拓撲監(jiān)測系統(tǒng)，即HDPE 膜上布置1 個信號發(fā)射器，膜下布置5 處滲漏監(jiān)測傳感器，具體順序見表2。防滲系統(tǒng)中，土工布保護層主要用于避免鋼筋混凝土內(nèi)壁尖銳處或危險廢物作業(yè)過程劃破HDPE 土工膜。

表2 不同設(shè)計方案填埋單元工藝要素

3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計

危險廢物填埋場填埋單元為2 層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，屋面為鋼結(jié)構(gòu)雨棚。根據(jù)詳細地勘資料、新標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求和結(jié)構(gòu)安全模型建模，確定了本項目建筑樁基安全等級為二級，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為丙級，建筑抗震設(shè)防烈度為6 度；填埋場混凝土結(jié)構(gòu)的安全等級為二級且需符合GB 50010—2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的相關(guān)規(guī)定；鋼筋混凝土抗壓強度不低于25 N/mm2，厚度不小于35 cm；環(huán)境類別具體如下：地下結(jié)構(gòu)為二b 類、裸露在外的混凝土構(gòu)件為二a 類、庫區(qū)主體為五類；庫區(qū)側(cè)壁內(nèi)側(cè)和底板上表面腐蝕性等級為強腐蝕（采用防腐措施），防水等級應(yīng)達到GB 50108—2008 地下工程防水技術(shù)規(guī)范一級防水標(biāo)準(zhǔn)。

本研究案例地處長三角軟土地區(qū)，填埋場地基沉降量和不均勻沉降大。考慮其對填埋單元結(jié)構(gòu)完整性的影響，調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計流程如下：①軟弱土場地的剛性填埋場需采用樁基基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)整體計算分析后進行布樁計算；②根據(jù)地勘報告各土層參數(shù)計算得到填埋場各支撐柱的沉降量，確定出不均勻沉降量差值；③將此沉降差值作為支撐柱的豎向位移邊界條件輸入計算模型，再次對上部結(jié)構(gòu)進行計算分析，進而進行配筋設(shè)計，通過此方法可在結(jié)構(gòu)設(shè)計中減少不均勻沉降差的影響。

經(jīng)過結(jié)構(gòu)安全計算，確定了3 種設(shè)計方案的具體設(shè)計參數(shù)，如表3 所示。可以看出，隨著填埋單元的高度逐漸增大，填埋單元的擋墻厚度、底板厚度和柱尺寸會隨之變大，這意味著上述部位的荷載在變大。

表3 不同設(shè)計方案結(jié)構(gòu)設(shè)計要素

3.5 作業(yè)流程

按照上述設(shè)計方案，剛性填埋場的主要作業(yè)流程：①經(jīng)過預(yù)處理或未經(jīng)預(yù)處理的危險廢物由噸袋包裝并運輸至填埋庫區(qū)兩側(cè)的卸料提升平臺處，位于人員操作走道板上的行車操作人員用行車起重機吊取危險廢物噸袋并按照危險廢物類別精準(zhǔn)填埋至對應(yīng)區(qū)域的填埋單元中；②檢修人員每日進入目視檢修架空層檢查填埋庫區(qū)底板與滲濾液收集管道的滲漏情況，滲漏位置需要及時維修；③當(dāng)每個填埋單元的危險廢物填埋至設(shè)計封場標(biāo)高后，采用防滲膜+抗?jié)B混凝土的組合進行封場；④當(dāng)已填埋的廢物需要取出資源化利用時，操作人員采用行車起重機從相應(yīng)的填埋單元中精準(zhǔn)吊取危險廢物噸袋，行車起重機移動至兩端的卸料通道后將噸袋碼放在運輸車輛上；⑤填埋場防滲系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)裂縫日常監(jiān)測與維護，即填埋單元底部HDPE 膜上發(fā)射裝置定時將膜下傳感器監(jiān)測到的防滲系統(tǒng)滲漏情況傳輸至控制計算機；結(jié)構(gòu)開裂監(jiān)測由工作人員采用目視與手持動態(tài)裂縫檢測儀定期巡檢完成。

3.6 剛性填埋場設(shè)計方案優(yōu)勢

1） 剛性填埋場屬于地上構(gòu)筑物，其架空層高2 500 mm，底板厚度550 mm，危險廢物位于地面3 m 以上。這表明新標(biāo)準(zhǔn)中防滲結(jié)構(gòu)底部與地下最高水位的高度要求對本研究提及的剛性填埋場設(shè)計方案沒有限制。

2） 目視檢修架空層的設(shè)計完全阻隔了危險廢物與自然土壤、水體的接觸，在填埋單元結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞的情況下，幾乎不存在環(huán)境污染隱患。

3） 本設(shè)計方案中，工作人員只需位于外部走道板遠程操作行車起重機完成危險廢物的吊裝與碼放，填埋庫區(qū)內(nèi)部實行無人化視頻監(jiān)控管理，既簡化了作業(yè)工序，又避免了柔性填埋場填埋作業(yè)中存在的接觸或意外安全隱患。

4） 平面布置上，剛性填埋場由若干對稱的填埋單元組成，非常有利于不同種類危險廢物分期、分區(qū)甚至分格填埋與管理。這樣既可以杜絕危險廢物之間不容性可能引起的安全隱患，又便于后期某類危險廢物資源化利用時進行集中回取。

5） 雨棚可有效阻隔自然降水進入填埋庫區(qū)，目視檢修架空層阻隔了地下水的進入，大幅度削減了滲濾液產(chǎn)生量，減少了污水處理系統(tǒng)投資。

4 經(jīng)濟性分析

4.1 設(shè)計方案投資概算

根據(jù)剛性填埋場的設(shè)計方案，其工程費用主要包括工藝工程、樁基工程、土建工程（含鋼結(jié)構(gòu)屋面）、裝飾工程、電氣工程、給排水工程和室外工程7 個子工程部分。其中，工藝工程內(nèi)容主要包括行車起重機、土工布、土工膜、排水板、錨固件、防水套管、泵以及各種規(guī)格的管道、閥門、三通和彎頭等；樁基工程為預(yù)應(yīng)力管樁；土建工程內(nèi)容主要包括鋼結(jié)構(gòu)屋面、庫區(qū)主體、架空層、柱子、地坪和承臺等；裝飾工程內(nèi)容主要涉及墻面、屋面、涂料、走道板等；電氣工程內(nèi)容包括照明、配電系統(tǒng)、檢修系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、防雷和視頻監(jiān)控等；給排水工程內(nèi)容主要包括消防給水系統(tǒng)、沖洗給水系統(tǒng)、雨、污水排水系統(tǒng)等；室外工程內(nèi)容主要包括廠區(qū)道路、全廠照明、監(jiān)控、圍墻和綠化等。監(jiān)測系統(tǒng)主要包括防滲系統(tǒng)星狀拓撲監(jiān)測系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)裂縫動態(tài)檢測儀。維護檢修費用用于后期防滲系統(tǒng)滲漏與結(jié)構(gòu)開裂等問題的維護和修復(fù)，無計算定額，按工程費用的1%列支。與剛性填埋場不同，傳統(tǒng)的柔性填埋場的工程費用主要包括工藝工程和土建工程，涵蓋了壩體、場地挖填與平整、雨污分流系統(tǒng)、防滲系統(tǒng)、滲濾液和填埋氣體導(dǎo)排系統(tǒng)、地下水監(jiān)測及場內(nèi)、外道路等內(nèi)容。

經(jīng)過計算，本項目在相同的用地面積條件下，方案A、B 和C 的設(shè)計總庫容分別為20 000、27 000、35 000 m3，其單位庫容工程費用分別為1 568.68、1 744.45、1 924.16 元/m3。為對比剛性填埋場與柔性填埋場的工程費用，列舉了1 個設(shè)計總庫容為30 000 m3的柔性填埋場案例，其單位庫容工程費用僅為396.27 元/m3。不同設(shè)計方案工程投資組成如表4 所示。

表4 不同設(shè)計方案工程投資組成

4.2 討論與建議

從3 個剛性填埋場設(shè)計方案的工程費用組成可以看出，土建工程和樁基工程占比最大，分別約占總工程費用的40%和20%。本項目選址地質(zhì)條件相對良好，樁基選用預(yù)應(yīng)力管樁，若在地質(zhì)條件較差的情況下可能需要選用鉆孔灌注樁，樁基部分費用會大幅增長；相同的總用地面積條件下，單個填埋單元高度越高其單元面積越小，可布置的填埋單元數(shù)量越多，即設(shè)計總庫容越大。相應(yīng)地，隨著填埋單元高度增加，單位庫容的工程費用從1 568.68 元/m3上升至1 924.16 元/m3，這主要是因為設(shè)計難度加大后單位庫容的工程量投入有所增大。總體上，剛性填埋場的單位庫容工程費用遠高于柔性填埋場，前者約為后者的4～5倍。

鑒于此，剛性填埋場設(shè)計還有待優(yōu)化，即在保障安全填埋功能的前提下，進一步降低工程費用，有效地提高剛性填埋場經(jīng)濟可行性。例如：①剛性填埋場設(shè)計需要考慮填埋廢物的可回取性。隨著科技水平的不斷進步，當(dāng)填埋的廢物具備資源化利用條件后，這部分廢物可以隨時取出再利用，填埋庫容重新釋放，單位庫容工程費用會隨之下降。②存在多個填埋庫區(qū)的項目中，鋼結(jié)構(gòu)雨棚可采用移動式，一個庫區(qū)封場后可將雨棚移動至其他庫區(qū)使用，可有效降低土建工程費用。③在工藝工程中，可以考慮選用聚脲噴涂防腐系統(tǒng)（2.0 mm 聚脲涂層） 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的防滲膜系統(tǒng)（2.0 mm HDPE 防滲膜+2 層800 g/m2土工布）。雖然前者綜合單價約為后者的2 倍，但聚脲涂層的耐候性能要遠優(yōu)于傳統(tǒng)防滲膜系統(tǒng)［3-5］，考慮到剛性填埋場的長期使用，聚脲涂層的經(jīng)濟性會更高。此外，聚脲噴涂作業(yè)工序相比于土工膜、土工布的鋪設(shè)更加簡單、安全。

5 結(jié)論

本研究提出的剛性填埋場設(shè)計方案滿足了新標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計要求，并在此基礎(chǔ)上兼顧考慮了填埋作業(yè)的安全性、簡便性和危險廢物的可回取性，為建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化的剛性填埋場提供了一種設(shè)計思路。通過3 種設(shè)計方案的工程費用計算與比較結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在土地資源充足的情況下，可以選擇低的填埋單元高度，節(jié)省項目工程費用投資；在土地資源緊缺的情況下，可以選擇高的填埋單元高度，獲得更大的設(shè)計總庫容?？傮w上，剛性填埋場的單位庫容工程費用遠高于柔性填埋場，提高剛性填埋場經(jīng)濟可行性將有利于其推廣應(yīng)用。對此，提出以下建議：①開發(fā)危險廢物回取利用途徑，釋放庫容，提高收益；②采用移動式雨棚，重復(fù)使用，節(jié)約投資；③選用聚脲噴涂防滲系統(tǒng)，延長使用壽命，降低運維費用。