垃圾填埋場沉降監測技術研究現狀及其發展
1 填埋場沉降的危害性及研究意義
1．1 對填埋場設計和建設的影響
固體廢棄物的沉降會直接影響到填埋場的有效容量。固體廢棄物屬于密度不均、孔隙度大的松散材料。在填埋過程中，隨著成分、每天覆蓋量、含水率以及壓實程度的不同，會產生不同程度的沉降變形。如果沒有充分考慮固體廢棄物的沉降變形，將會錯誤的估計填埋場的有效填埋容量及服務年限。再者，也可能會錯誤的給出防滲層、邊坡滲層等所要求的技術參數。這些都將會給業主和設計部門以不實的信息，造成國家或個人不必要的損失。
1．2 對填埋場安全運營的影響
固體廢棄物的沉降變形也直接威脅到填埋場的安全運營，主要包括對頂部蓋層、底部防滲層和邊坡穩定等的影響。對頂部蓋層的影響主要是導致頂部防滲蓋層發生彎曲，致使頂部蓋層上形成洼坑積水，增加了防滲蓋層的拉伸和剪切作用，兩者超過一定限度的時候，就會破壞防滲蓋層。其將成為地表水進入填埋場的通道，致使填埋場內的淋濾液總量增加，水位抬升，加大其水頭和對周圍防滲結構的滲透壓力。如果入滲量大時，可能會造成淋濾液向地表溢出，污染周圍的環境。
固體廢棄物不均勻沉降也可能破壞底部的防滲層。由于其上面的負載量大，堆體密度不均，形成不均勻沉降，造成防滲層不同程度的拉伸，其剪切作用將會破壞底部防滲層，對地下水造成污染。固體廢棄物的沉降還可能對邊坡防滲隔離層發生破壞，甚至可能引起填埋堤的失穩，美國Columbia county landfill在1996年就曾發生過邊坡的穩定破壞；填埋場內的水平或豎直隔離層、排水設施和排氣管道等也都可能由于沉降或不均勻沉降發生戳斷或損壞。
隨著城市的發展，土地利用越來越緊張，填埋后的場地也可能會被用于建設用地，其沉降變形、穩定性研究尤為重要。準確方便的沉降監測技術是研究填埋場沉降變形的重要前提，對于填埋場設計、建設和運營，甚至后期利用都至關重要。
2 固體廢棄物沉降監測技術的研究現狀
固體廢棄物的沉降監測主要包括監測沉降變形的發展規律和獲取物理力學參數。其中，監測沉降變形的發展規律可用于沉降模型的建立和驗證之前的計算結果。監測固體廢棄物沉降變形的發展規律的技術分為室內監測技術和室外監測技術。
2．1 固體廢棄物沉降監測的室內觀測技術
室內觀測技術具有可以控制試驗條件和操作方便等優點，是研究土體沉降變形必不可少的手段之對于固體廢棄物沉降研究，采用物理、化學和生物等多學科相結合，可以更深人的研究填埋場的沉降問題。當前，國內外填埋場的沉降研究都是建立在土力學基礎之上，再結合固體廢棄物固有的特性進行改進研究。
(1)測滲計(Lysimeter)研究。swati等利用5個測滲計評價不同新舊城市生活垃圾配比與其沉降之間的關系。觀測溶度計中垃圾堆體表面邊緣的沉降量。Kang 通過測滲計單獨考慮滲濾液回灌方式，研究生物降解與沉降之間的關系。趙由才等根據滲濾液的特性、垃圾成分和表面沉降量，比較不同容積測滲計中生物降解程度，得出實驗室內小型的測滲計中生物降解沉降量更大。stessel等以測滲計表面沉降為檢測標準，在不同的注水、滲濾液回灌和通空氣的條件下，研究獲得最佳的生物降解環境。測滲計的容積可以隨意的調節，可以做室內，也可以做成大型室外試驗設備，能夠有效的模擬填埋場的環境條件。室內的測滲計由于容積較小，測滲計壁與垃圾堆體之間的黏著力，對沉降的監測會造成較大的誤差。
(2)自制沉降試驗研究。劉榮等通過自制的沉降試驗裝置，基于傳統力學壓力試驗方法研究了MSW的壓縮特性。施建勇等考慮到生物降解特性，增加了滲濾液及反應氣功能，研究MSW 變形。謝強采用土體蠕變試驗中的分別加載方式，通過在不同應力大小的條件下，測定蠕變壓縮試驗儀中垃圾的溫度、滲濾液浸出量和縱向變形等，研究MSW的蠕變變形特性。孔憲京等利用壓縮一降解儀研究垃圾土中有機物降解引起的體積縮減量與時間的關系，就是模擬填埋場中不同降解條件及不同荷載條件下MSW的變形及生物降解過程，獲得MSW變形規律及生物降解規律。
當前對垃圾廢棄物室內沉降試驗都是在土力學的基礎上進一步改進獲得的。有些只是測量在一定的應力條件下的沉降量或是體積壓縮量，而不考慮其中的生物降解u卅。再者，有些只能單純的模擬填埋場的溫度、滲濾液回灌等影響因素，其與真正的填埋場的自然狀態差距太遠；試驗裝置的設計和試驗條件的選擇，都沒有統一的規范。這樣就導致試驗結果沒有可比性。因此，試驗裝置的設計及試驗條件的規范都有待進一步的完善和提高。
2．2 固體廢棄物沉降監測的室外觀測技術
填埋場現場觀測是一項工程量大和時間長的工作。例如，生活垃圾填埋場堆體的沉降要持續二、三十年，甚至更長的時間才能夠穩定下來。填埋場沉降觀測最基本的任務之一就是收集和分析現場觀測的數據，為以后建立沉降數學模型奠定基礎，這也是填埋場建設和安全運營的重要手段之一。國外對于填埋場的研究開展的較早，現在常用的方法主要有沉降板、沉降計和振弦式沉降剖面儀等。
(1)沉降板。Al—Yaqout等采用沉降板監測 Al—Qurain填埋場的沉降。其沉降板的底板是0.3m×0.3m，20mm厚的平面，測桿是直徑為25.4mm的電鍍金屬桿。但其埋設深度不深，只在l 5—20cm左右進行沉降監測。MerZ等也采用該方法對spadra填埋場進行了1．5a的觀測。沉降板是目前在土體沉降和路基沉降觀測最常用的手段。其優點是造價低廉，操作簡便，易于測試。但是弱點也很明顯，主要是影響填土壓實施工，壓實機械經過時必須繞道而行，極為不方便，機械經常撞壞沉降桿，且形成壓實死角，降低壓實質量，且損壞后的補救非常困難。再者，沉降板只能觀測一個點的沉降，如果在一個面上埋設多個沉降板對施工的影響就更加嚴重了，而且其損壞后補救非常困難。
(2)沉降計。Gourc和VuⅢemin等通過在填埋場中埋設沉降計對法國Montreuil sur Barse和Torcy兩個填埋場沉降進行了監測，取得良好的觀測效果。Yaq等在利用沉降板的同時也采用了磁性沉降計對Al—Qurain填埋場進行沉降監測。沉降計使用范圍很廣，包括測量路堤、大壩和其他土體工程的局部沉降，以及建筑物地基、橋墩和其他結構的沉降或隆起。它是一種原理簡單、使用方便、分辨率高的有效工具。但是各種原理的沉降計埋設的要求較高。以水管式沉降計為例，3根管的埋設要求就很高，如果埋設不平順，容易形成氣泡阻塞水管，使測試無法進行。
(3)振弦式沉降剖面儀。stu1gis等利用振弦式沉降剖面儀監測填埋場的沉降，取得了一定的效果。振弦式沉降剖面儀適用于監測堆體、堤壩、道路等工程中淺層地基土的豎直沉降變形，其沉降曲線可直觀地反應加載后的變形情況。具有靈敏度高、穩定性好、操作簡單等優點，但設備安裝較復雜。
除了上述幾種方法外，國外也曾經采用回升探測器(最初用于監測軟黏土的沉降)和傾斜器來監測不同深度處的沉降。
相對于國外，國內對填埋場現場沉降監測技術的研究起步較晚，主要是利用水準儀進行地表沉降觀測，劉疆鷹等利用水準儀對上海老港填埋場進行了歷時800d 的地表沉降測量。這種方法較為原始，且只能測得地表的沉降，無法監測堆體內部沉降變形。室外監測結果與室內試驗相比可得到真實沉降規律，不受尺寸大小影響，是研究填埋場沉降必不可少的手段。但是室外監測耗時較長、費用高、數據離散性大，難以推廣到其他填埋場，且室外固體廢棄物的沉降監測方法都是建立在土體監測方法的基礎上的，可以說是借用土體監測的方法，但是不能像高空衛星雷達技術，可以隨意點的、方便的監測地面的沉降。由于雷達可以做到方便快捷的監測沉降，因此采用更為便宜的雷達等物探儀器成為填埋場現場監測技術的發展方向。
3 分析與討論
(1)室內沉降監測技術。室內沉降監測技術有優點，但也有其缺點。就室內試驗而言，固體廢棄物的成分復雜，在現場取樣是否具有代表性，對整個的試驗監測是至關重要的。而且，室內沉降監測設備較小，其監測技術無法應用于填埋場的現場沉降研究。另外，各種試驗設備之間，在容積大小、影響因素的可控性等方面的差別較大，尤其監測設備對沉降監測的影響程度也是不同的。對于一個研究方向來說，相互之間缺少可比性。
(2)室外沉降監測技術。室外沉降監測技術能夠真實的反應天然填埋場的沉降變形規律。由于各個填埋場的沉降監測數據的離散性大，不能全面指導其他填埋場的建設和運營。但是其對填埋場沉降的理論研究意義重大，可預測、預防填埋場沉降變形的發展趨勢。再者，填埋場沉降的實時監測能很好的預防填埋場的破壞。
目前應用到固體廢棄物填埋場的沉降監測技術只適應特定位置的沉降變形，在測量的時候必須在特定點埋設儀器，不能觀測隨意點的沉降變形。且這些技術方法的安裝和操作比較繁重，增加了施工和儀器的費用。當前沉降觀測技術正朝著監測方便、隨意點監測的方向發展，其也將成為當前研究的重點。
(3)沉降監測技術發展趨勢分析。從實際使用情況分析，許多觀測設備可以改進安裝方法來提高其精度。隨著沉降觀測研究的深入，新的觀測方法不斷的出現。研發新的方法的目的是為了提高精度，使觀測方便，成本降低。 Pierce等開發了一種時控反射技術，該技術的原理與雷達的工作原理類似。但是，目前該方法還僅限于室內研究，還未應用于實際填埋場的沉降監測。地球物理勘探方法是以巖礦石等介質的物理性質差異為物質基礎，利用物理學原理，通過觀測和研究地球物理場的空間與時間分布規律以實現基礎地質研究、環境工程勘探和地質找礦等目的的一門應用科學。地球物理方法在工程測深方面的研究廣泛，以探地雷達為例，探地雷達方法是一種用于確定地下介質分布的廣譜電磁技術，從介質表面發射高頻電磁波，利用反射回波信號來解譯出目標體的幾何形態和地質現象。其對地下管線、空洞、地下水、分界面等的深度探測應用已較為普遍，能夠較好分辨目標體的形狀和深度。地球物理勘探方法對填埋場監測的突出特點，就是能夠隨時隨地進行監測，不用安裝監測設備，不影響填埋場的建設和運營。如何使其勘探取得較好的效果，是現在工程技術人所關注的問題。因此，方便、快捷的地球物理方法在固體廢棄物填埋場沉降方面的應用已經成為新的發展趨勢。
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