含鉻廢水截流堤防工程設計

李正瓊

含鉻廢水截流堤防工程設計

李正瓊

（重慶市水利規劃院 重慶 401147）

以某化工公司老廠區含鉻廢水截流堤防工程為例，闡述了項目的治理背景、治理技術方案選擇，重點對截流堤防工程設計方案進行了分析，結合工程的實施和近年運行情況，總結了工程設計及運行管理的經驗，對類似污染情況的治理具有一定的借鑒作用。

含鉻廢水 截流堤防 設計

1 項目背景

含鉻廢水是化工廠在生產紅礬鈉等產品過程中排放的含鉻廢渣中，可溶性有毒六價鉻含量在0.5～1.0%時遇水形成的黃色廢水，是一種有毒廢水，會對地表水、地下水及土壤造成嚴重污染。某公司50、60年代建廠初期，在工廠附近的嘉陵江邊堆放了約4萬噸含鉻廢渣，且大都與土壤混在一起，相當部分鉻渣堆體上已建有永久建筑物，包括部分老廠區廠房也直接建在鉻渣堆體上。隨著老廠區運行生產產生的廢水滲入，加劇了該地塊的污染。

1981年洪水時，填埋的鉻渣浸出水沿嘉陵江形成一條岸邊黃色污染帶，成為市民關注的熱點。公司隨即采取了沿江邊修建截流溝和集水井的措施，通過截流溝將攔截的含鉻廢水收集到集水井后抽回生產區回用，對減輕污染起到了一定作用。但因截流溝所處位置較低（標高僅172m），嘉陵江常年洪水位為178m，以致截流溝、井經常被淹沒，加上截流溝未完全達到基巖，使得地下填埋鉻渣在雨、排水淋溶下，仍不斷滲出含鉻廢水污染嘉陵江。2001年12月，為有效解決地下填渣這一污染隱患問題，有關部門在決定關閉老廠區生產線的同時，啟動了老廠區含鉻廢水污染治理工程。

2 治理技術方案選擇

針對該公司老廠區鉻渣污染的歷史問題，當時提出了兩種治理方案。

方案一：擇址搬離鉻渣及其污染土壤。即選擇一個遠離嘉陵江邊的新址，將含鉻廢渣及其污染土壤整體遷移至該處。

方案二：就地修建擋墻攔截含鉻廢水，并對廢水回收處理。即沿鉻渣堆放的江邊修建擋墻，結合基巖帷幕防滲攔截含鉻廢水，并將廢水抽回已建的廢水處理站處理達標后排放。

經綜合分析比較，方案一要挖走近4萬噸含鉻廢渣，以及受污染的土壤約50萬噸，耗資將上億元，無論是政府還是企業自身投資都難以實現，且可能存在異地污染的后患。方案二雖修建截流擋墻一次性投入達數千萬，但能有效攔截含鉻廢水，后期收集處理投入較小，運行管理較簡單，故選擇方案二。

3 截流堤防工程設計

3.1工程建設條件23

工程地區屬亞熱帶氣候，多年平均氣溫17℃，多年平均最大風速15m/s，多年平均降雨量1092mm。

嘉陵江工程河段P=5%設計洪水洪峰流量為4.05萬m3/s，相應洪水位為192.87～193.21m（現狀條件不考慮三峽水位影響）。

工程區位于四川盆地東部邊緣，該區地震基本烈度小于Ⅵ度。場地位于嘉陵江右岸邊，屬侵蝕地貌單元的淺丘與漫灘地形，原始地形標高在168～194.50m之間，經人工回填整平后，現地形呈階梯狀斜坡，階面即為老廠區，階坡坡度45°左右，臺階以下為嘉陵江右岸漫灘。

場地出（揭）露地層有厚6～17m的第四系素填土（Q4ml）、厚2～8m的第四系雜填土（Q4r）、厚3～8 m的第四系沖積粉質粘土、厚2～8.8m的第四系沖積砂土（Q4al）、厚2～5.7m的第四系沖積卵石（Q4al）及侏羅系中統上沙溪廟組（J2s）。

場地位于磁器口向斜東翼，巖層產狀S45° E/SW∠16°，即巖層緩傾岸坡內。巖層接觸關系正常，無斷層存在。

場地內地下水有第四系孔隙水與基巖裂隙水兩類。第四系孔隙水賦存于第四系人工填土與沖積卵石層內，基巖裂隙水賦存于上沙溪廟組地層的砂巖裂隙中，均受大氣降水與地表水體補給，向嘉陵江排泄。場地內地下水已受到含鉻廢水污染，類型為硫酸鈣鈉型，PH值7.6～12.5，硫酸鹽含量1042～1250mg/L。地下水中的硫酸鹽對普通混凝土有弱腐蝕性。

以透水率q≤5Lu為標準，場地基巖相對隔水層埋深24～50m。

3.2工程設計

由于老廠區地面高程低于工程設計防洪標準相應的嘉陵江洪水位，且廠區內還有一條現有生活污水排水溝，工程設計不僅要考慮攔擋含鉻廢水滲入嘉陵江、收集攔擋廢水，還要防止嘉陵江洪水倒灌進入老廠區形成內澇，同時能夠排放老廠區自身的生活污水和區域內的暴雨。因此，本工程設計包括了堤防工程、防滲工程、廢水收集工程和廠區排水工程等四部分內容。

3.2.1 堤防工程

堤防工程設計時選擇了衡重式擋墻、扶臂式擋墻進行方案比較。衡重式擋墻的優點是堤底寬較窄（最大底寬12 m），可減少土石方開挖回填量，在老廠區工程場地末段已成建筑物較多的情況下，便于工程總體布置，堤背回填土施工亦較方便；缺點是工程完工后若帷幕灌漿需補灌，則施工較難。扶臂式擋墻方案的優點是混凝土用量小，便于工程完工后補灌帷幕灌漿的施工；缺點是由于其最大堤底寬達19m，土石方開挖回填量較大，工程總體布置時，在堤防末段將受到老廠區已建房屋的一定限制。另外，由于扶臂的存在，堤背回填土施工不方便。方案比較結果，在均能滿足截斷老廠區含鉻廢水的情況下，衡重式擋墻方案投資最省，最后推薦采用埋石混凝土衡重式擋墻方案。其斷面布置見圖1。

圖1 截流堤防擋墻標準斷面圖

為防止擋墻地基不均勻沉降，根據建基面高程情況，擋墻每隔10～18m設置了一道伸縮沉降縫。考慮橡膠止水易受含鉻廢水腐蝕，沉降縫的止水材料選擇了銅片。為防止含鉻廢水腐蝕擋墻混凝土，在擋墻背江面止水銅片后的縫面、擋墻180m高程以下的墻背面及排水棱體的墊層面均涂刷氯丁膠乳瀝青（二布六涂），并在縫內填充相應的配套填縫瀝青油膏以防滲防腐。

考慮含鉻廢水對混凝土具有一定的腐蝕性，設計對擋墻混凝土和帷幕灌漿所使用的水泥均要求采用抗硫酸鹽侵蝕的硅酸鹽水泥。

3.2.2 防滲工程

防滲工程包括堤基防滲和側向防滲處理。

為防止含鉻廢水通過基巖滲入嘉陵江，采取沿堤基設置一排帷幕灌漿。灌漿軸線距擋墻墻踵2m，帷幕底線伸入相對隔水層（q=5Lu）3m，灌漿孔距1.5m，孔深21～41m。灌漿形成的防滲帷幕體按q=3Lu標準控制。

在側向防滲處理設計中，由于側向防滲線一帶第四系覆蓋層厚度較大，因此采取防滲墻和帷幕灌漿相結合的方式進行防滲處理。防滲墻材料初設時采用的混凝土，施工設計時，對材料進行了優化變更，選擇了投資較低且便于施工的水泥粘土漿。

3.2.3 廢水收集工程

為便于收集含鉻廢水，在墻背3×3m范圍內采取了回填塊石，形成集水排水棱體，棱體高程以上則回填一般土石混合料。為防止土石混合料滲入塊石引起堵塞，在塊石棱體周邊設0.6 m厚的砂礫石反濾層，反濾層外鋪設土工布，以達到反濾要求。

為了達到良好的集水效果，將集水井布置在擋墻建基面最低處。集水井大小按照布置1臺臥式自吸排污泵考慮，同時，為便于管理，在集水井頂平臺191.30m高程設管理房，在管理房內放置一臺備用排污泵。排污泵型號按含鉻廢水治理工程的抽水處理量800m3/日選擇，設計揚程為30m。運行水位分別確定如下：最低運行水位（停泵水位）為168.50m，起泵水位為171m，最高水位（報警水位）為172m。

3.2.4 廠區排水工程

由于老廠區地面高程為190～191m，而20年一遇設計洪水位192.87～193.21m，當區域內降暴雨和遭遇嘉陵江洪水位高于190m時，為及時抽排廠區集水和生活污水，考慮修建排水泵房一座。同時，為滿足洪水位低于190m時能自由排放廠區地表雨水及生活污水和洪水位高于190m時防止洪水倒灌進入廠區，還結合排水泵房布置了自流豎井及盤形閥。排水泵房設計排水流量1m3/s。

根據廠區排水溝現狀位置，將排水泵房布置在廠區排水溝的出口穿堤處。為防止污物進入水泵，在排水泵房的進水口處設一道攔污柵。排水泵房結構布置為2層（地下和管理房層），地下層布置盤形閥及自流豎井，其直徑均為0.8m。管理房層布置3臺臥式離心泵及配電柜，離心泵設計流量為1080m3/h，設計揚程為17m。

4 工程實施及運行情況

該工程于2004年2月正式開工建設，2006年底基本建成，2007年底進行了竣工驗收，目前已投入運行近6年。工程運行以來，堤防擋墻和防滲體系發揮了設計的攔擋效果，含鉻廢水收集工程的塊石排水棱體排水性能良好，集水井抽水設備運行正常，老廠區內日常產生的含鉻廢水都能通過集水井抽回廢水處理站集中處理達標后排放，嘉陵江邊的黃色污染帶再也沒有出現過。項目的實施得到了當地市民的好評和環保部門的認可。

5 經驗總結

⑴ 防滲墻材料由原設計的混凝土變更為水泥粘土漿防滲墻，既降低了投資，又便于施工。

⑵ 考慮含鉻廢水對混凝土具有一定的腐蝕性，設計對擋墻混凝土和帷幕灌漿所使用的水泥均要求采用抗硫酸鹽侵蝕的硅酸鹽水泥。

⑶ 工程運行初期對堤防擋墻墻體的穩定和防滲墻及防滲線沿線基巖滲漏應有專人定期觀測，作好異常現象的記錄。

⑷ 集水井內的抽水設施應定期檢修，以保證含鉻廢水處理的正常運行。

⑸ 嘉陵江發生洪水或廠區發生暴雨期間，對擋墻內集水及時采取抽排措施，保證堤防擋墻內外的水位差低于8m，滿足設計工況要求。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.05.023

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1672-2469（2014）05-0074-03

23作者簡介：李正瓊（1966—），女，高級工程師。