防滲帷幕在污染場地中的應用

張子美

（湘潭市勘測設計院，湖南 湘潭411100）

目前，城市化過程中，原來處在主城區的工業企業紛紛搬遷。一些化工、冶金等企業的退役污染場地并沒有納入相應管理程序或經簡單處置就急匆匆進行土地用途變更，存在著較大的環境安全隱患。據不完全統計，2000-2005 年期間，江蘇省共有400 家化工企業搬出城區，城區內關停的小化工企業數量更是多達1000 多家。預計在2010 年前，江蘇省城區內的所有化工企業將集中布局在化工園區，將置換出30 萬畝土地，這些工業場地如不能有效的管理就將成為一顆顆“化學定時炸彈（Chemical Time - Bomb）”。[1]

根據原生產企業的不同，工業場地主要污染物包括：重金屬污染；有機污染物。重金屬污染具有隱蔽性、長期性和不可逆轉性的特點，難降解、易積累、毒性大，是影響生態系統安全的一類重要污染物質[2]。而持久性有機污染物（POPs）具有持久性，生物富集性，高毒性。對人體危害很大，具體表現有：內分泌干擾，免疫毒性，對生殖和發育的影響，致癌性及其他組織病變。

圍封法是在污染地下水與未污染地下水之間采用隔離帶，阻止污染物進一步向周圍區域擴散。工程中常用的是豎向防滲帷幕，其在地下水污染防護和地下水的防滲中有較廣泛的應用，可以有效截斷污染物的水平運移通道。

本文以江蘇省某待治理污染區域場地為例，利用Geo-studio 建立場地的滲流模型，分析不同防滲帷幕長度和厚度的土層滲流量，對于類似工程具有一定的理論意義和工程實踐意義。

1 概況

污染區域場地位于江蘇省某地。在場地東部有一南北向河道，寬度約20-23 米，長約150 米，深約3-4 米。場地地勢較平坦，地貌單元屬長江三角洲沖、湖積平原。

場地地表下70 米深度范圍內除雜填土外，其余均為第四紀濱海、河湖相沉積物，由粘土、粉土和粉砂組成。地下水位較高，位于地表以下1.0～2.6m。從地表至地下約25 米深度范圍內各土層及其深度，主要物理力學指標如表1 所示。

污染場地污染主要有有機污染和鉻污染兩種。其中有機污染區面積較小，但深度較深，位于場地北部，有兩塊。鉻污染區位于場地南部。平面圖如下圖所示。目標區域為鉻污染區，該區域面積較大，成矩形平行于河道，長度方向約為168m，寬度方向約為80m。污染深度約為6m，主要污染土層為1、2、3、4，有可能污染到第5 層粉砂層。采用水泥攪拌樁防滲帷幕對其進行防滲處理。

2 有限元模擬

2.1 計算模型及參數選取

模擬采用geo-studio 軟件包中seep/w模塊。滲流滿足達西定律。取地下水位埋深為1.8m。旁邊的河流寬24m，深取4m。考慮最危險情況，模型中河流按滿水位計算。水泥攪拌樁防滲帷幕滲透系數取5×10-7cm/s。防滲帷幕設置三種長度L：5m、8m、15m，設置兩種厚度H：0.65m 和0.85m。未考慮駁岸的防水性能。

模擬中所采用的土層參數參考表1，表中數據來源于該場地的巖土勘察報告。

2.2 模型建立

本模型邊界條件為：防滲帷幕兩邊根據實際水位設置水頭邊界。防滲帷幕設置為滲透系數5×10-7cm/s 的材料。其余邊界默認設置為零流量節點邊界。

3 結果分析

圖2 場地滲流圖（H=0.65m）

圖2 為厚度H=0.65m 對應的場地滲流圖。如圖所示，滲流主要以水平滲流為主。不同帷幕長度對滲流場影響巨大，滲流主要是從強透水土層通過，特別是防滲帷幕以下的強透水層。當帷幕長L=15m 時，即防滲帷幕穿過第五層粉砂層時，最主要的流量仍然從這一層通過。這是由于第六層土為粉質黏土，其滲透系數遠小于第五層。結合土層參數可知，第五層粉砂層滲透系數較大，是滲流的主要通道。由于下面第六層土的低滲透性，繼續增加防滲帷幕長度對防滲的作用不明顯。另外也計算了帷幕厚度H=0.85m 的情況。同理，由于決定該場地防滲性能的不是防滲帷幕的防滲能力，增加樁身厚度對防滲效果影響不大，具體計算結果見表2。

從表2 可知若無防滲帷幕時滲流沿河岸往污染區域滲流量很大；有防滲帷幕時，第一層的滲透量顯著較小。由于各土層間滲透系數相差較大，土層中滲流主要以在透水性大的土層中，如土層4、5 中水平向滲流為主。

當攪拌樁長度為5m 或8m 時，由于未穿透第5 層粉砂層時，故第五層滲透量較大。當攪拌樁長15m 時，攪拌樁穿透粉砂層到達下部滲透系數小的粉質粘土時，第5 層的滲流量明顯減小，其他上面各層無明顯變化。可見攪拌樁長度對上面各層的滲透量影響不大。當帷幕厚度一定時，攪拌樁的最優長度應該是令繞過攪拌樁底的流速等于直接穿過攪拌樁的流速。根據帷幕厚0.65，取樁長為18.5m 為最優。通過第五層粉砂層的流量為4.01×10-3m3/d。根據目前的結果知厚度0.65m 和0.85m 的防滲帷幕已經有比較好的擋水效果，兩者之間差別不大。從經濟性的角度考慮，建議采用插入深度18.5m、厚度0.65m 的攪拌樁，以減少粉砂層的滲流量，從而減少污染物的擴散。

表2 模擬計算各層的流量（m3/d）

4 結論

場地中滲流主要以水平滲流為主，說明污染物遷移也主要以水平遷移為主。不同帷幕長度對滲流場影響巨大，滲流主要是從強透水土層通過，特別是防滲帷幕以下的強透水層。針對本場地，建議采用插入深度18.5m、厚度0.65m 的攪拌樁，以減少粉砂層的滲流量，從而減少污染物的擴散。