中美垃圾填埋场垃圾土的重度_含水量和相对密度_涂帆

有些垃圾的组成极易分解，有些分解缓慢，有 些不能分解，对于需要研究垃圾组成随时间变化的
情况，建议按以下方法分类： (1) 有机物(O) ① 容易腐烂的物品，主要包括食物、庭院和动
物垃圾以及被这些垃圾污染的物品； ② 不易腐烂的物品，包括纸张、木材、纺织
品、皮革、塑料、橡胶、油漆、油类、油脂、化学 药品以及有机泥碳等。
根据相关资料[2～7]，将部分垃圾填埋场生活垃 圾的组成归纳于表 1，由表可以看出：(1) 中美垃圾 组成差异很大，中国垃圾中的灰土和厨余比美国多 (美国的厨余大多经绞碎到下水道里去)，废纸和草 木比美国少；(2) 垃圾组成有很强的时域性，与填 埋场的地点、产生垃圾的时间、垃圾的年份等因素 有关。
表 1 垃圾填埋场生活垃圾的组成[2～7]
Abstract：In present，landfill is still the most important controlled method for municipal solid waste disposal in China. Correct selection of engineering properties of waste materials is of paramount importance. The properties of waste materials vary within broad ranges，change significantly with time，and are not easily amenable to direct measurement due to heterogeneity and hard inclusions. The components，unit weight，water content，and specific gravity for Chinese and USA waste materials are discussed in detail. The unit weight of Chinese waste is similar with USA waste，but the water content and specific gravity of Chinese waste are greater than those of USA waste. The testing methods for these properties are also presented. Some valuable results are concluded and discussed. Key words：soil mechanics；unit weight；water content；specific gravity；landfill
第 27 卷 增 1
涂 帆，等. 中美垃圾填埋场垃圾土的重度、含水量和相对密度
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3 垃圾土的重度
垃圾土的成分复杂，不同地方不同季节的垃圾 组成相差很大，各填埋场对垃圾的处置方式也不尽 相同。例如，垃圾的回收程度、填埋压实机械的型 号和压实度以及分层填埋后的覆土量等，这些因素 都影响填埋场中的垃圾重度。
1990 24.9 北京[4]
1998 36.2
某填埋场[5] 20.9
4.1 4.6 5.1 9.2 17.9 11.4 1.3 1.7 1.5
1.8 56.3 3.1 0.1 4.2 7.0 10.7 3.4 0.4 73.0 1.0 0.2
1960 13.8 26.1 34.0 0.4 2.1 2.0 1.5 7.6 12.3 0.2
垃圾的重度是填埋场设计中应用最广的参数， 从填埋容量、衬里、渗沥液和废气的收集与排放以 及封顶的设计等都要用到这一参数。此外，对于影 响填埋场长期运行的沉降计算和稳定分析，重度这 一参数也都必不可少[1，9，10]。
目前获取垃圾重度的方法有直接测量和间接估 算两大类。直接测量又分为实验室和现场测试两种， 实验室法就是在实验室里对现场获取的原状垃圾土 样称重和测量体积，然后计算重度。这种试验大多 与垃圾的含水量、抗剪强度和压缩性等指标的试验 一起进行。该法的优点是，在实验室试验过程中， 外界干扰较少，量测精度较高；缺点是，目前的取 样设备和技术很难获得尺寸足够大的有代表性的原 状垃圾试样，因此，很难得到有代表性的可靠的试 验结果。现场测试法，目前常用的有现场试坑法和 现场大型钻孔法，以及核射线法和地震波法等。现 场试坑法是在选定的试验区，用挖掘机挖出较大的 试坑，挖出的垃圾当场称重，除以试坑的体积算出 重度。估算试坑体积的较可靠的方法是通过回填容 易测量体积的散粒材料(如颗粒均匀光滑的卵石)的 方法，这类材料的孔隙比相对稳定，体积不易随堆 放的形式而变。试坑法的优点是简单易行，可以在 现场进行大面积大体积的试验，得到较有代表性的 结果；缺点是开挖深度有限，只能得到浅层垃圾的 重度。现场大型钻孔法，是用大直径(如 900 mm)的 筒形钻孔机在现场钻孔取样，虽然筒形取土器取出 的垃圾无法保持原状，但是筒形钻孔机钻出的孔壁 却相对稳定和光滑，因此，量出钻孔的深度就能计 算取出的垃圾样体积，再根据垃圾重量计算重度。该 方法的优点是可获得填埋场深层的垃圾重度，故可 用于研究垃圾重度随填埋深度和时间的变化，虽然 900 mm 的孔径比试坑的面积小，但通过合理布孔， 同样能得到有代表性的可靠的指标；该方法的缺点 是要动用复杂的钻孔机械，成本高，最好将该试验 与填埋场的其他施工作业，如气体导排系统的竖井 施工相结合。另一种现场测试垃圾土重度的方法是 核射线法，最常用的核射线直接传播法是在要被测
1引言
卫生填埋是目前我国处置生活垃圾(municipal solid waste，MSW)的主要方法，仍占我国垃圾处理 量的近80%。城市固体废弃物的性质研究是环境岩 土工程最基本和重要的课题之一[1]。正确选择垃圾 土的工程性质，对于填埋场的设计、施工和运行管
理极其重要。与填埋场建设工程直接有关的垃圾土 的工程性质主要包括重度、含水量、相对密度、孔 隙率、渗透性、持水率、剪切强度和压缩性等。
摘要：垃圾的构成受多种因素的影响，十分复杂，且随时间改变，因此垃圾的工程性质变化幅度大，而且不易量
测，给设计参数的确定带来了困难。根据中国和美国的资料，分析和比较垃圾土的组成以及重度、含水量和相对
密度这3个最基本的物理性质指标。比较结果显示，中国的垃圾土重度测试值与美国的接近，而含水量和相对密度
测试值都较美国的高。最后，对垃圾土物理性质的现场和室内试验方法进行分析和探讨，得到了一些有益的结论
TU Fan1，QIAN Xuede2
(1. College of Civil Engineering，Huaqiao University，Quanzhou，Fujian 362021，China； 2. Michigan Department of Environmental Quality，Lansing，Michigan 48913，USA)
美国从20世纪60年代末就开始对垃圾的特性进 行研究，但是真正有系统的研究工作始于20世纪80 年代中期。我国这方面的工作起步较晚，但近年来， 随着国家对环境保护和固体废弃物处置工作的日益 重视，我国在这方面的研究进展很快。
收稿日期：2006–11–30；修回日期：2007–02–03 基金项目：福建省自然科学基金计划资助项目(E0710019) 作者简介：涂 帆(1950–)，女，1977 年毕业于河海大学，现任教授，主要从事环境岩土工程和基础工程方面的教学与研究工作。E-mail：ftu@
1990 10.1 23.1 35.4 8.3 2.8 2.8 美国[6，7]
2003 11.7 17.9 35.2 11.3 2.9 4.5
1.4 6.4 8.1 1.6 1.5 5.3 8.0 1.7
2005 11.9 18.8 34.2 11.8 2.8 4.5 1.5 5.2 7.6 1.7
(2) 无机物(I) ① 能分解的物品，主要为锈蚀程度不同的各种 金属； ② 不能分解的物品，主要包括玻璃、陶瓷、矿 质土、毛石、矿渣、泥渣、灰土、混凝土以及砌体 碎片等。 垃圾中有机物可继续分为纤维素、半纤维素和 木质素。纤维素和半纤维素是有机物中可降解的成 分，它们在垃圾有机物中的干重百分比分别为 47%～66% 和 10%～15%。一般认为，木质素是垃 圾有机物中不可降解的成分，在垃圾有机物中的干 重百分比为 19%～39%。因此，可降解的纤维素和 半纤维素在垃圾有机物中的干重百分比为 61%～ 81%。当填埋场的垃圾填埋至一定高度时，内部的 垃圾进入厌氧反应阶段，有机物中的纤维素和半纤 维素与水在厌氧状态下的反应过程可表达如下： 纤维素： (C6H10O5)n + n(H2O)→3n(CH4) + 3n(CO2) 半纤维素： (C5H8O4)n + n(H2O)→2.5n(CH4) + 2.5n(CO 2) 根据上述反应过程，纤维素和半纤维素在厌氧 情况下与水反应后变为甲烷(CH4)和二氧化碳(CO 2)。 甲烷是一种可开发的能源，可用作燃料或发电。根 据资料[8]，每公斤纤维素和半纤维素分别可以产生 0.415 和 0.424 m3 的甲烷。目前，美国已大力推广利 用填埋场产生的甲烷进行发电。 垃圾填埋场能产生占总高度 20%～30%的沉降， 这么大的沉降可能危及填埋场里部分结构的正常工 作，但是，沉降也能增加可观的填埋容量[9，10]。垃 圾的沉降包括自重作用下孔隙的减小和有机物降解 导致的体积减少，后者主要取决于有机物中纤维素 和半纤维素含量。 近年来，国内外已在填埋场中进行生物催化反 应(bioreactor landfill)技术的研究和应用。该技术是 利用渗沥液或其他液体的回灌，加速垃圾沉降和增 加甲烷产量，达到最优利用原有填埋场地的目的。 该技术的研究和应用进一步促进了对垃圾成分的分 析和对其中有机物可降解部分的定性和定量研究。
和建议。
关键词：土力学；重度；含水量；相对密度；垃圾填埋场
中图分类号：TU 43 文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2008)增 1–3075–07
UNIT WEIGHT，WATER CONTENT AND SPECIFIC GRAVITY OF MUNICIPAL SOLID WASTE IN CHINA AND UNITED STATES
第 27 卷 增 1 2008 年 6 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rocking
Vol.27 Supp.1 June，2008
中美垃圾填埋场垃圾土的重度、含水量和相对密度
涂 帆 1，钱学德 2
(1. 华侨大学 土木工程学院，福建 泉州 362021；2. 密歇根州环境保护署，美国 兰辛 48913)
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岩石力学与工程学报
2008 年
虽然发达国家近20 a和我国近10 a在垃圾土的 工程性质研究方面取得了可观的进展，但由于垃圾 土的构成受多种因素影响，十分复杂，其工程性质 随时间、埋置深度、地域、温度和湿度等因素而变， 这些给试验和测量这些性质带来困难。因此，至今 无论是国际或国内，都还没有研究和制定出一套规 范化的量测垃圾土各项工程性质的现场和室内试验 方法，这也对填埋场设计参数的确定带来了困难。
Table 1 Composition of MSW in landfill[2～7]
%
资料来源
天子岭[2] 金口(陈 垃圾)[3]
厨余 草木 废纸 塑料 橡胶 纤维
灰土 陶瓷
玻璃 金属 其他
17.1 4.5 4.2 6.7 0.6 7.6 57.2 0.5 1.2 0.4
0.0 1.9 0.7 16.1 0.5 0.9 76.6 1.7 0.6 1.0
本文根据中国和美国资料，分析比较垃圾土的 性质指标，由于篇幅的限制，仅研究垃圾土 3 个最 基本的物理性质指标，即重度、含水量和相对密度。
由于垃圾土的性质与组成密切相关，因此，先 从垃圾土的组成分析开始。
2 垃圾土的组成
垃圾的组成分类没有统一方法，鉴于对垃圾组 成的分析和文献资料的总结，建议如下分类法：(1) 纸制品；(2) 玻璃；(3) 金属；(4) 塑料；(5) 橡胶皮 革；(6) 纺织品；(7) 草木；(8) 食物垃圾；(9) 混杂 的无机垃圾。对于我国的垃圾土，其组成主要可归 纳为砖石、灰土和陶瓷。