本发明涉及环境岩土工程技术领域，特别涉及一种以市政脱水污泥为基的垃圾填埋场腾发覆盖层。
背景技术：
为保证填埋卫生，降低环境危害，垃圾填埋场在堆填完成后均需要进行封场覆盖。一般复合型封场覆盖结构包含四层，从下至上依次为：导气层、防渗层、排水层、植被营养土层。此种覆盖结构虽具有较好的防渗效果，但结构较为复杂，施工不便，且对覆盖材料的性能要求较高，并非所有填埋场地都能轻易满足取材要求，成本巨大。此外，多层结构的交层界面处多为强度弱面，极易发生覆盖层滑移，造成严重的工程灾害。
腾发覆盖作为一种替代型覆盖结构，一般由储水土层和调节土层两部分组成，利用水分储存—释放原理来实现良好的防渗效果。降雨时段通过储水层的毛细阻滞作用存储进入覆盖层内的水分以减小降雨入渗量，非降雨时段通过植物蒸腾作用与土体蒸发作用释放所存储的水分以恢复覆盖层水分存储能力，此种覆盖系统结构形式简单，施工方便，工程造价低，并且具有良好的耐久性。但储水土层的储水能力受土壤的进水值限制，当储水层与调节层界面的基质吸力达到进水值时，水分将很快下渗到填埋场中，这一现象导致了一般腾发覆盖层只能在干旱、半干旱地区使用。
技术实现要素：
本发明提供了一种以市政脱水污泥为基的垃圾填埋场腾发覆盖层，解决了或部分解决了现有技术中复合覆盖层施工繁琐、取材不便的工程难题和一般腾发覆盖层只能在干旱、半干旱地区使用的工程局限的技术问题，实现了腾发覆盖层材料和结构的优化，污泥的资源化利用，达到经济效益和环境效益双丰收的技术效果。
本发明提供的一种以市政脱水污泥为基的垃圾填埋场腾发覆盖层，包括：基础垫层、调节层、储水层以及植被层，其中：
所述基础垫层通过建筑垃圾进行原位机械破碎并整平获得；
所述调节层通过脱水后的市政脱水污泥添加改性药剂i后，搅拌均匀后挤压成球状颗粒，并将所述球状颗粒置于阴凉通风环境下自然养护干燥获得；
所述储水层通过所述市政脱水污泥添加改性药剂ii及合成纤维后，搅拌均匀获得；
所述植被层通过在所述储水层表面播撒常绿草本植物种子，并栽种常绿乔木或灌木木本植物而形成。
作为优选，破碎后的所述建筑垃圾的最大块体粒径小于8cm；
所述基础垫层的厚度为10-20cm；
所述建筑垃圾包括砖块、混凝土块体。
作为优选，所述调节层中的所述市政脱水污泥与所述改性药剂i的添加质量比为10％-20％；
所述球状颗粒为粒径范围为0.75-2mm的不等径球状颗粒；
所述改性药剂i的组成成分及质量比例为：水泥65％-72％、粉煤灰25％-30％、caso43％-6％；
所述水泥为火山灰硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥。
作为优选，所述调节层的渗透系数为1×10-3～5×10-3m/s，厚度为
20～30cm。
作为优选，所述储水层中的所述市政脱水污泥与所述改性药剂ii的质量比为5～8％；
所述储水层中的所述市政脱水污泥与所述合成纤维的质量比为5～8％。
作为优选，所述改性药剂ii的组成成分及质量比为：除臭剂5％-10％、水泥50％-60％、电石渣35％-40％；
所述水泥为普通硅酸盐水泥。
作为优选，所述合成纤维包括：聚丙烯、聚乙烯、玻璃纤维和尼龙纤维；
所述合成纤维的长度为2～6cm。
作为优选，所述储水层的渗透系数为3×10-6～7×10-6m/s，厚度为
1.0～1.2m。
作为优选，所述调节层与所述储水层的交界面处设置集水沟；
所述集水沟为预制混凝土管道，间距为8-10m，并内部填充碎石。
作为优选，所述市政脱水污泥的含水率为75％-85％，并经过除杂筛分和重金属筛除。
本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于采用了由基础垫层、调节层、储水层以及植被层组成的垃圾填埋场腾发覆盖层，利用水分储存—释放原理来实现良好的防渗效果，降雨时段储水层通过毛细阻滞作用会存储下渗雨水，非降雨时段通过植被层的蒸腾作用与土体蒸发作用再释放所存储的水分，以此减少雨水下渗进入填埋场内。加入储水层的合成纤维不易降解，一方面能保证储水层在干湿循环作用下不发生开裂，同时增强其抗拉性能，防止填埋场的不均匀沉降，另一方面可增大污泥内部孔隙，提高持水性能。加入调节层内的改性药剂i可使污泥颗粒产生发生胶结作用，产生一定强度同时也能提高污泥颗粒的耐久性。铺设以建筑垃圾为材料的基础垫层，一方面由于可作为腾发覆盖层的排气层，另一方面可有效实现大量建筑垃圾的资源化利用。这样，有效解决了现有技术中复合覆盖层施工繁琐、取材不便的工程难题和一般腾发覆盖层只能在干旱、半干旱地区使用的工程局限的技术问题，实现了腾发覆盖层材料和结构的优化，污泥的资源化利用，达到经济效益和环境效益双丰收的技术效果。
附图说明
图1为本发明提供的以市政脱水污泥为基的垃圾填埋场腾发覆盖层的结构示意图。
(附图中各标号代表的部件依次为：1植被层、2集水沟、3储水层、4调节层、5基础垫层)
具体实施方式
本申请实施例提供的以市政脱水污泥为基的垃圾填埋场腾发覆盖层，解决了或部分解决了现有技术中复合覆盖层施工繁琐、取材不便的工程难题和一般腾发覆盖层只能在干旱、半干旱地区使用的工程局限的技术问题，通过由基础垫层、调节层、储水层以及植被层组成的垃圾填埋场腾发覆盖层，实现了腾发覆盖层材料的制备和结构优化，污泥的资源化利用，达到经济效益和环境效益双丰收的技术效果。
参见附图1，本发明提供的一种以市政脱水污泥为基的垃圾填埋场腾发覆盖层设计，包括腾发覆盖层材料的制备和结构优化，腾发覆盖层结构从下至上包括：基础垫层5、调节层4、储水层3以及植被层1。
基础垫层5：将建筑垃圾先堆放在垃圾堆体上方，再进行原位机械破碎，保证破碎后的最大块体粒径小于8cm，然后进行整平，最终厚度为10-20cm；优选的是建筑垃圾包括砖块、混凝土块体等。
调节层4：向市政脱水污泥中添加质量比10％-20％的改性药剂i，搅拌均匀后利用污泥造粒机挤压成粒径范围为0.75-2mm不等径球状颗粒，将球状颗粒置于阴凉通风环境下自然养护干燥，养护7天后可投入使用；所述的改性药剂i组成成分及质量比例为：水泥65％-72％、粉煤灰25％-30％、caso43％-6％，优选的是所述水泥为火山灰硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥；所述调节层4渗透系数为1×10-3～5×10-3m/s，厚度为20-30cm。
储水层3：向市政脱水污泥中添加质量比为5％-8％的改性药剂ii及质量比为3％-5％的合成纤维，搅拌均匀；所述改性药剂ii组成成分及质量比为：除臭剂5％-10％、水泥50％-60％、电石渣35％-40％，所述水泥为普通硅酸盐水泥。优选的是所述合成纤维包括聚丙烯、聚乙烯、玻璃纤维和尼龙纤维等，长度为2～6cm；所述储水层3渗透系数为3×10-6～7×10-6m/s，厚度为1.0-1.2m。
植被层1：在储水层3上表面按25-28g/m2的比例播撒常绿草本植物种子，并按照1.5-2m株距栽种乔木或灌木木本植物。
进一步地，在调节层4与储水层3交界面处设置集水沟2，优选的是集水沟2为预制混凝土管道，间距为8-10m，并内部填充碎石。在调节层4与储水层3交界面处每隔8-10m设置集水沟2，能增强调节层的侧向导排能力，有效减少强降雨长时间作用时的雨水下渗量，从而确保腾发覆盖层能在湿润地区应用。
进一步地，市政脱水污泥含水率为75％-85％，并经过除杂筛分和重金属筛除。
下面间通过三个具体实施例来详细说明本申请提供的垃圾填埋场腾发覆盖层的结构：
实施例1
选用含水率为80％的市政脱水污泥，并经过除杂筛分和重金属筛除后以备使用。
1、基础垫层5制备
将建筑垃圾先堆放在垃圾堆体上方，进行原位机械破碎，破碎后的最大块体粒径小于5cm，然后进行整平，最终厚度为12cm。
2、调节层4制备
取1000kg市政脱水污泥，添加120kg改性药剂i，搅拌均匀后利用污泥造粒机挤压成粒径范围为0.75-2mm不等径球状颗粒，将球状颗粒置于阴凉通风环境下自然养护干燥，养护7天测试污泥粒堆的渗透系数为
2.3×10-3m/s，再将材料堆放在基础垫层5上轻轻压实后整平，最后在其表层每隔8m距离铺设预制混凝土集水管道，并在管道内填充碎石，最终调节层4厚度为23cm。
改性药剂i组成成分及质量比例为：火山灰硅酸盐水泥68％、粉煤灰28％、caso44％。
3、储水层3制备
取5000kg市政脱水污泥，添加250kg改性药剂ii，添加质量比为150kg、长度为2～4cm的尼龙纤维，搅拌均匀后测试改性污泥渗透系数为
4.3×10-6m/s，然后直接堆放在调节层4上并进行整平，堆放厚度为1.1m。改性药剂ii组成成分及质量比为：除臭剂6％、水泥54％、电石渣40％。
4、植被层1制备
在施工完成后的储水层3上表面按25g/m2的比例播撒狗牙根、黑麦草混合种子，并按照1.8m株距栽种大叶黄杨。栽种后在储水层3表层覆盖稻草垫，并定期洒水养护。
本实施例所得覆盖层防渗性能良好，适用于多雨湿润地区。
实施例2
选用含水率为83％的市政脱水污泥，并经过除杂筛分和重金属筛除后以备使用。
1、基础垫层5制备
将建筑垃圾先堆放在垃圾堆体上方，进行原位机械破碎，破碎后的最大块体粒径小于6cm，然后进行整平，最终厚度为15cm。
2、调节层4制备
取1000kg市政脱水污泥，添加150kg改性药剂i，搅拌均匀后利用污泥造粒机挤压成粒径范围为0.75-2mm不等径球状颗粒，将球状颗粒置于阴凉通风环境下自然养护干燥，养护8天测试污泥粒堆的渗透系数为
3.5×10-3m/s，再将材料堆放在基础垫层5上轻轻压实后整平，最后在其表层每隔8m距离铺设预制混凝土集水管道，并在管道内填充碎石，最终调节层4厚度为25cm。
改性药剂i组成成分及质量比例为：火山灰硅酸盐水泥69％、粉煤灰26％、caso45％。
3、储水层3制备
取5000kg市政脱水污泥，添加280kg改性药剂ii，添加质量比为250kg、长度为2～6cm的尼龙纤维，搅拌均匀后测试改性污泥渗透系数为
5.7×10-6m/s，然后直接堆放在调节层4上并进行整平，堆放厚度为1.2m。改性药剂ii组成成分及质量比为：除臭剂5％、水泥57％、电石渣38％。
4、植被层1制备
在施工完成后的储水层3上表面按26g/m2的比例播撒狗牙根、麦冬混合种子，并按照1.8m株距栽种大叶黄杨。栽种后在储水层3表层覆盖稻草垫，并定期洒水养护。
本实施例所得覆盖层防渗性能良好，适用于多雨湿润地区。
实施例3
选用含水率为85％的市政脱水污泥，并经过除杂筛分和重金属筛除后以备使用。
1、基础垫层5制备
将建筑垃圾先堆放在垃圾堆体上方，进行原位机械破碎，破碎后的最大块体粒径小于6cm，然后进行整平，最终厚度为18cm。
2、调节层4制备
取1000kg市政脱水污泥，添加180kg改性药剂i，搅拌均匀后利用污泥造粒机挤压成粒径范围为0.75-2mm不等径球状颗粒，将球状颗粒置于阴凉通风环境下自然养护干燥，养护10天测试污泥粒堆的渗透系数为
1.7×10-3m/s，再将材料堆放在基础垫层5上轻轻压实后整平，最后在其表层每隔8m距离铺设预制混凝土集水管道，并在管道内填充碎石，最终调节层4厚度为25cm。改性药剂i组成成分及质量比例为：火山灰硅酸盐水泥67％、粉煤灰27％、caso46％。
3、储水层3制备
取5000kg市政脱水污泥，添加300kg改性药剂ii，添加质量比为250kg、长度为2～5cm的尼龙纤维，搅拌均匀后测试改性污泥渗透系数为
6.8×10-6m/s，然后直接堆放在调节层4上并进行整平，堆放厚度为1.2m。改性药剂ii组成成分及质量比为：除臭剂5％、水泥60％、电石渣35％。
4、植被层1制备
在施工完成后的储水层3上表面按28g/m2的比例播撒狗牙根、黑麦草混合种子，并按照2.0m株距栽种八角刺。栽种后在储水层3表层覆盖稻草垫，并定期洒水养护。
本实施例所得覆盖层防渗性能良好，适用于多雨湿润地区。
通过上述实施例可知，本申请提供的以市政脱水污泥为基的垃圾填埋场腾发覆盖层设计，包括腾发覆盖层材料的制备和结构优化，利用水分储存—释放原理来实现良好的防渗效果。由于调节层渗透系数远大于储水层，降雨时段储水层通过毛细阻滞作用会存储下渗雨水，非降雨时段通过植被层的蒸腾作用与土体蒸发作用再释放所存储的水分，以此减少雨水下渗进入填埋场内。随着降雨增强，下渗雨水增多，雨水会在调节层与储水层交界面处产生侧向导排，但通常存在8～10m的侧向导排距离，导排长度大于这一距离后雨水会进一步下渗进入调节层，覆盖层失效，故本发明在储水层与调节层交界面处设置集水沟，进行集中排水，从而确保腾发覆盖层能在湿润地区应用。为达到较好的毛细阻滞效果，需保证调节层渗透系数为1×10-3～5×10-3m/s，储水层为3×10-6～7×10-6m/s。为增强植被层的蒸腾作用，选用常绿草本植物混合灌木植物或灌木植物。以污泥为基材料的储水层营养物质丰富，可供植被层良好生长。加入储水层的合成纤维不易降解，一方面能保证储水层在干湿循环作用下不发生开裂，同时增强其抗拉性能，防止填埋场的不均匀沉降，另一方面可增大污泥内部孔隙，提高持水性能。加入调节层内的改性药剂i可使污泥颗粒产生发生胶结作用，产生一定强度同时也能提高污泥颗粒的耐久性。铺设以建筑垃圾为材料的基础垫层，一方面由于可作为腾发覆盖层的排气层，另一方面可有效实现大量建筑垃圾的资源化利用。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。