填埋场全寿命管理

填埋场全寿命管理
摘要：填埋场工程与一般土建工程区别很大，其建设、运营、后期保养利用等各阶段都需要进行周密的管理、设计，忽视其中任何环节，都会导致“卫生”填埋的失败。

本文将探讨在填埋场实现项目全寿命管理的一些具体方法，尤其是设计对填埋场全寿命管理的重要意义。

关键词：生活垃圾卫生填埋场全寿命管理建设运营封场
20.世纪90年代后期，我国开始兴建生活垃圾卫生填埋场，之前的填埋场建设虽不乏亮点，但是终究限于经济条件和技术水平而很难达到真正意义上的卫生填埋。

最初国内建设的几座卫生填埋场已经运行了5年左右的时间（有些接近10年），根据对这些填埋场的了解，发现许多填埋场运行情况并不理想，我们认为主要是二方面的原因：一是运营部门管理粗放，作业人员素质偏低，缺乏有效培训；二是设计上还存在缺陷，尤其是作业工艺设计过于简单，甚至根本就没有。

根据多年的填埋作业实践，我们与专业设计人员经过多次交流后认为，为了有效提升国内填埋场管理、设计水平，有必要对填埋场管理引入“全寿命管理”的概念。

1、概念
“项目全寿命管理（Lifecycle Management）”概念是90年代提出的，是指“为建设一个满足功能需求和经济上可行的项目，对其从项目前期策划，直至项目拆除的项目全寿命的全过程进行策划、协调和控制，以使该项目在预定的建设期限内、在计划的投资范围内顺利完成建设任务，并达到所要求的工程质量标准，满足投资商、项目的经营者以及最终用户的需求；在项目运营期进行物业的财务管理、空间管理，用户管理和运营维护管理，以使该项目创造尽可能大的有形和无形的效益。

”
生活垃圾卫生填埋场的整个寿命经历建设、运营、封场、后期保养各个阶段。

对于填埋场工程而言“全寿命管理”是指涵盖这四个阶段的管理和设计。

在填埋场管理中实施“全寿命管理”，可以保证项目策划、建设和运营各阶段目标的协调性，使填埋场工程最大限度地发挥其环境效益、社会效益和经济效益。

由于目前国内环卫行业作业管理水平普遍较低，因此“设计”在这一理念的贯彻中起到至关重要的指导作用。

对于目前国内大多数填埋场运营管理者而言，并不是非常精通先进的卫生填埋作业方式，因此要实现“全寿命管理”，则“全寿命设计”势在必行。

2、常规设计存在的弊端
初次进行填埋场设计时，设计者往往采取一般意义上的土建工程设计方法和理念进行
设计，简单说就是设计者向施工单位提供“进行土建施工”必须的图纸和文件。

事实上，填埋场在土建施工完成后，还需进行垃圾填埋作业，形成设计要求的堆体形状以及各类堆体内部和表面的排水、导气设施。

换言之，就是填埋场在传统意义的土建施工完成后并不意味着工程结束，还需要用“垃圾”这种特殊的“建筑材料”继续建设过程，只不过垃圾填埋这种“施工过程”不再由施工单位完成，而是换由运行管理部门来完成而已。

在填埋作业完成后，填埋场还需进行封场。

在常规的填埋场设计中往往对封场设计不够重视，提供的图纸过于简单。

殊不知，封场设计的许多关键节点和建设初期的考虑密切相关，如果不能统筹安排，可能导致将来花费更多费用进行补救。

填埋场封场之后的后期保养虽然主要是管理和用地控制，但是渗沥液收集、处理设施和填埋气导排利用设施以及环境监测设施等却仍要延续运行若干年，直到整座填埋场完全稳定。

因此在设计中必须考虑到这些设施的建设时机和使用寿命。

总之，常规填埋场设计（尤其是施工图）仅涵盖了填埋场初期建设的图纸，对于后期堆体发展、封场的设计，以及与之相关的一些排水、导气设施设计往往不够完善。

这将导致填埋管理的随意性，使填埋场长期处于低水平运行状态。

正是填埋场工程的这种特性，使得全寿命管理概念的引入显得更加重要。

3、填埋场全寿命管理的主要内容和要点
笔者根据对近年来填埋场管理案例的分析后认为，填埋场要实现全寿命管理，其涵盖的方面很多，但重点内容应包括以下2方面：
（1）开发工程
（2）运营及封场工程
为了保证填埋场全寿命管理的实现，管理者可以考虑要求设计咨询方提供上述2方面的设计内容。

“开发工程”将用于指导初期建设阶段施工单位的施工，“运营及封场工程”设计成果用于指导运营部门进行垃圾堆体建设。

后保养阶段的设计则穿插反映在上述2方面工程设计中。

需要说明的是，通过“全寿命设计”，不仅是提供一些运营指导图纸，同时也希望在设计时能结合运营期填埋堆体发展的设想，协调好开发工程各子项的设计，使设计更准确、更全面。

3.1、开发工程设计的内容和要点
笔者认为开发工程设计内容包括：总图、填埋库区工程、渗沥液调节池、渗沥液处理站、管理区等。

这部分工程设计是常规设计内容所涵盖的，而且其中大多内容已有大量文献资料可供
参考，此处不详细展开，仅强调其中与“全寿命管理”概念关系比较密切的部分。

（1）填埋库区工程
库区工程是开发期的重点，其组成内容包括：场地构建与防渗系统（SFL-Site Formation and Liner System）、渗沥液收集输送系统（LCS-Leachate Conveyance System）、地表水管理系统（SMS-Surfacewater Managemengt System）、环境与岩土监测(MON-Environmental and Geotechnical Monitoring)。

为了贯彻“全寿命管理”的理念，我们认为上述工程内容的策划和设计需要注意以下几点：
①建议结合运营终期堆体高度、荷载以及场地地质情况确定场地构建的坡度和地基处理的方法；
②防渗系统各关键节点的设计需注意与封场工程的协调，例如库底防渗层的围边结构应预留与封场防渗层的搭接位置等；
③根据填埋堆体发展的时间计划，对防渗层铺设进行合理分期。

④雨水导排、地下水导排、渗沥液导排系统能适应库区各阶段要求，即空库期、填埋期、封场期等阶段的雨污分流要求。

设计中注意不同时期雨、污水流量的变化，采用合理的数学模型进行计算。

例如，填埋期、封场期渗沥液建议用HELP模型计算，其它时期建议参照城市排水系统设计方法设计或者小流域排水经验公式计算，地下水导排则可采用达西定律计算。

⑤平原型填埋场和山谷型填埋场雨水导排系统区别较大。

山谷型填埋场需按不同高程设置临时和永久性截洪沟。

临时截洪沟排水口位置选择往往比较困难，本文建议与库底的地下水导排系统结合设计。

⑤在库区典型位置布置岩土工程监测点，岩土监测工程主要是便于监测地基沉降情况，随时评估堆体发展后地基承载力是否满足要求，如果发现危险可以通过减缓垃圾堆体的发展速度等方法进行控制。

⑥渗沥液处理站的全寿命设计是个难点，主要是填埋场初期、中期和封场期的渗沥液特性变化很大，拟定的处理站工艺要能满足各个时期的要求比较困难。

本文建议解决的方法可以是：尽可能采取预处理后送城市污水厂的工艺。

如果确实需要进行高标准处理后直接排放，建议拟定的渗沥液处理工艺具有生物处理和物化处理灵活组合的功能，或者预留改造发展用地。

3.2、运营及封场工程内容和要点
运营及封场工程设计内容包括：堆体发展计划（含作业道路），作业工艺及日覆盖计划（含作业设备），中间覆盖及封场覆盖设计，填埋气收集及利用，堆体表面排水系统。

这部分设计内容主要提供业主或运营单位，用于指导运营者进行填埋堆体建设以及封场保养。

上述工程在策划和设计时建议把握如下要点：
①对垃圾堆体边坡进行稳定性验算，经验数据是V:H=1:3~1:4
②堆体表面道路设置建议分三类：永久性道路、半永久性道路和临时道路；在堆体发展计划中应明确各类道路在各个阶段的作用和衔接方法。

路面结构也应根据道路类别分别设计。

永久性道路建议采用沥青混凝土或水泥混凝土路面；半永久性道路建议采用沥青混凝土路或土工格室充填路面；临时道路则以泥结碎石路、土工格室充填路面、钢板路基箱等形式为宜。

③作业工艺和日覆盖计划安排与每日垃圾处理量相协调。

考虑到垃圾填埋规模往往是变化的，因此提供的作业工艺和日覆盖计划尽可能具有典型性和通用性，以简化作业管理。

④中间覆盖设计建议设计充分注意该层与已有库底永久防渗层的良好密封，防止渗沥液流入未填埋区，同时还要处理好与后期库底防渗层的衔接。

⑤封场覆盖层包括导气层、防渗层和导水层，设计明确各层材料与做法，并提供各种节点，包括导气层与导气管节点、导水层与表面排水沟节点等等。

⑥堆体边坡覆盖土工合成材料后其不同界面的抗滑稳定和排水稳定性需进行验算，根据验算结果按需要在边坡不同高程处设置汇水渠。

（计算方法可参见其它相关文章。

）
⑦堆体表面排水系统需要分高程设计，急流段注意提供消能设计。

4、填埋场全寿命管理中的其它方面
4.1、渐进开发和渐进修复
填埋场工程“全寿命”管理的另一个重要目的是实现填埋场的“渐进开发”和“渐进修复”。

所谓“渐进开发”是指开发阶段的分期实施，“渐进修复”是指一边进行填埋作业一边对达到设计高程的区域进行封场修复。

并且“渐进开发”和“渐进修复”又是同步交叉进行的。

“渐进开发”可以减少资金的一次性投入，提高资金利用效率。

而“渐进修复”则可以大大改善填埋场的观感，减少渗沥液产生量，节约运行成本。

例如，填埋区分为A阶段和B阶段，其整个寿命周期经历：A区开发ÆA区填埋ÆA区封场和B区开发ÆB区填埋ÆB区封场。

需要注意的是A区封场和B区开发同时进行，因此A区区域划分的大小与封场高度、日填埋量有关。

一方面应保证A区面积足够大，以保证A区能单独填埋至封场高程。

另一方面A区面积又不宜过大，否则会导致初期投资的增加。

可见，只有对填埋场进行全寿命设计，才能对整个填埋用地进行合理规划，才能把“渐进开发”和“渐进修复”的理念落到实处。

4.2、工程概算和财务分析建议
根据国内建设程序，在可行性研究阶段需要进行工程投资估算和财务分析，初步设计阶段需要进行工程投资概算。

在采取“全寿命设计”后，其中有些难点，本文仅提出一些建议，具体应根据实际情况酌情采纳。

难点一：关于分期投资计划
前文已经述及填埋场衬垫铺设宜分年度进行，而且往往需要分很多期次，以上海老港四期填埋场为例，设计了5个库底铺设阶段。

因此在进行财务分析时，技经设计人员应充分了解资金分期投入的年限，才能比较客观地反映实际情况。

难点二：关于封场费用
封场费用在以往的设计中有二种处理方法：一是计入工程总投资，二是单列。

第一种方法显然不很可取，因为封场费用往往发生在建程运行的若干年后，而且根据“渐进修复”的理念，这部分费用也是分期投入的。

第二种单列的方法将其与开发期费用分开，有利于业主明确初期投资，但是仍不能体现封场费用分期筹措和使用的特点。

本文建议对封场费用按如下方法处理：先根据工艺要求计算各年度封场工程量和静态投资，然后将各期费用按年金计算方法摊至每一年，再摊至每吨垃圾的填埋处理成本中。

从业主角度讲，具体操作方法就是，在每吨垃圾收取的处理费中每年必须抽出一部分资金存入“封场基金”帐户。

封场基金做到专款专用。

难点三：关于运行成本
由于采取了“渐进开发”和“渐进修复”的理念，工程投资分期较多，容易把这些分期投资费用和运行费用混淆。

本文建议，将开发期工程、库底衬垫部分、填埋气利用设施（包括填埋气收集总管）的投资计入总投资，其余部分均摊入运行费用（包括封场费用、中间覆盖、层间盲沟等需要由运行方承担的部分）。

难点四：关于设计费计算
由于采用了“全寿命设计”的概念，因此设计涵盖的工程量远远大于初期开发的工程量。

笔者建议设计费取费包含的工程内容是：开发期工程＋分期投资工程＋封场系统（含排水系统、导气系统、封场防渗系统）。

这样兼顾了业主和设计者两方面的利益，贯彻了一次设计分布实施的指导思想，利于工程建设的优质和高效。

5、结论和建议
为了全方位指导填埋场建设和运行管理，本文建议对填埋场建设和运营实施“全寿命管理”。

并就其中包含的内容进行了一些初步的探讨，提出了填埋场全寿命管理中设计、运营
的一些要点和注意事项。

由于“全寿命管理”这一理念在填埋场管理、设计中的运用还比较少，希望本文能起到抛砖引玉的作用，欢迎同行在实践中不断丰富、完善。

5、参考文献
【1】《Geotechnical Aspects of Landfill Design and Construction》，
钱学德、Robert M.Koerner.Donald H.Gray，2002
【2】上海老港生活垃圾卫生填埋场四期工程有关初设和施工图设计，Golder公司，上海市政工程设计研究院，2003
【1】《Geotechnical Aspects of Landfill Design and Construction》，
钱学德、Robert M.Koerner.Donald H.Gray，2002
出版社：2002 by Prentice-Hall,Inc. 地址：Upper Saddle River,New Jersey 07458 Printed in the United States of America。