城市垃圾新使命 ——采空区路基填充新技术
近年来,我国公路建设取得了巨大成就。随着基础设施建设向中西部的转移,公路(特别是高速公路)穿越采空区的情况越来越多。以山西为例,因长期煤炭开采形成的采空区面积达2万平方千米,是山西土地面积的1/8。在公路建设中,采空区的存在给公路路基稳定及行车安全留下了严重的安全隐患。采空区自然塌陷形成了塌陷地震,每年至少10余起,造成路面开裂、塌陷等。采空区如不及时处治,导致的地表沉陷、山体滑落、路桥凹陷等,将对工农业生产和人民群众生命财产安全造成严重的影响。
公路穿越采空区的路基稳定是我国公路建设者必须面对的一个难题。
城市垃圾是城市中固体废物的混合体,包括工业垃圾,建筑垃圾和生活垃圾。我国是世界上城市垃圾包袱最沉重的国家之一。据统计,目前全国城市垃圾历年堆放总量高达70亿吨,绝大部分是露天堆放,造成了土地浪费,不仅影响城市景观,还容易造成二次污染等。城市垃圾处治方式主要有填埋、堆肥、焚烧,其中在我国以填埋为主要处理方式,不仅占地面积大,还存在严重的二次污染。有学者提出,将地面堆放的城市垃圾处治与地下采空区填充治理理念相结合,利用城市垃圾填充采空区,变两废为两利。
一、传统采空区处理的主要方法
在目前,采空区一般情况下处理的主要方法有全部垮落法、煤柱支撑法、充填法和缓慢下沉法四类方法。其中,填充法是使用充填材料对采空区进行充填处理,使得充填体与围岩共同作用,达到有效控制地压和防止地表塌陷等目的,是最有效、最彻底、环保效果最好的处理方法。
二、利用城市垃圾填充采空区的研究进展
城市垃圾具有产量大、密度高的特点,将城市垃圾简单的集中、筛选、分类回收后进行预处理,用于采空区的填充,从而可以提高地表的稳定性,有效的进行垃圾利用。
目前,在我国利用城市垃圾充填采空区的研究较少。2009年,河南科技大学李一帆等以某城市垃圾充填附近矿山采空区为例,采用离散单元法对利用垃圾充填和自然崩落两种采空区处理产生的力学效应进行了分析。城市垃圾的采空区填充技术仍处于起步阶段,还需要探索和研究。在国外也没有关于这类型的学术文献和应用实例。可以说,开发和研究利用城市垃圾进行采空区处治,是一项开创性的环境综合治理举措。但相关的研究以及大量的实验表明,该技术具有实际的应用和广阔的市场。
三、利用城市垃圾进行采空区加固需解决的问题
采空区的移动变形具有隐蔽性、复杂性、突发性、长期性等特点,公路穿越采空区时,其路基处治的质量直接决定着公路建设和使用质量。利用城市垃圾进行采空区加固在我国仅是起步阶段,将其应用于路基加固,投入工程实例,还需要解决好以下几个技术问题:
需解决垃圾的分类及压缩固化技术,固化后的承载性能技术;
在地基加固中,垃圾材料充填的方法、工艺与设备等技术;
必须考虑到城市垃圾填充后有可能导致的新的环境问题。把城市垃圾的消纳和矿山采空区的处理复合成一项系统工程,使两害变为两利,推进社会经济与生态的可持续协调发展,具有广阔的推广应用价值。
利用城市垃圾进行路基采空区的填充技术可丰富资源开发利用和垃圾处理的技术,对于我国民生和经济的发展都起到至关重要的作用。