一般污染地面防滲做法方案比較與分析

徐 建

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西南昌330038）

目前，一般污染防治區防滲處理主要采取黏土和高密度聚乙烯（HDPE）膜。某工程建設單位依據《石油化工工程防滲技術規范》（GB/T 50934—2013）擬對一般污染防治區各廠房、 固廢堆場等地面鋪設不低于 100 mm 抗滲混凝土（P6），確保一般污染防治區防滲級別滿足等效黏土防滲層 Mb≥1.5 m、K≤1×10-7cm/s 要求。由于本工程現場沒有符合要求的黏土，所以采用黏土作為防滲層的做法在本工程不可行。本文擬結合工程實際情況針對采用抗滲混凝土作為防滲層的可行性進行研究，并將該方法與高密度聚乙烯（HDPE）膜處理方式進行經濟性比較。

1 工程概況

本建設工程建設規模為年產陰極銅40×104t，年產硫酸 152×104t；建（構）筑物占地面積約 33.8×104m2，主要由熔煉主廠房、精礦倉、銅精礦過濾車間、電解車間、磨浮廠房、酸庫及裝酸設施、余熱發電、收塵系統、生活污水處理設施等組成。依據勘察報告，本工程水文地質情況土層分布見表1。

表1 水文地質分層情況 m

2 環評報告內容

2.1 編制依據

生態環境保護部2016 年1 月7 日發布的《環境影響評價技術導則 地下水環境》（HJ 610—2016）第11.2.2.1 條中的表7[1]明確：一般污染防治區防滲技術要求為 “等效黏土防滲層 Mb≥1.5 m、K≤1×10-7cm/s，或參照 GB 16899—2008 執行”要求。

2.2 污染防治區劃分原則

根據項目物料或者污染物泄漏的途徑和生產功能單元所處的位置，廠區可劃分為重點污染防治區、一般污染防治區和簡單污染防治區：1）重點污染防治區指污染地下水環境的物料或污染物泄漏后，不易及時發現和處理的區域或部位；；2）一般污染防治區指污染地下水環境的物料或污染物泄漏后，可及時發現和處理的區域或部位；3）簡單污染防治區指沒有物料或污染物泄漏，對地下水環境造成污染可能性較小的區域或部位。

2.3 防滲工程的設計標準

防滲工程的設計使用年限宜按 50 年進行設計：1）對于重點污染防治區，防滲級別為等效黏土防滲層 Mb≥6.0 m，K≤1×10-7cm/s；2）對于一般污染防治區，防滲級別為等效黏土防滲層 Mb≥1.5 m，K≤1×10-7cm/s；3）對于簡單污染防治區，視情況進行防滲或地面硬化處理，不采取專門針對地下水污染的防治措施。

2.4 分區防滲措施

根據項目可研，不同的防滲區域采用不同典型防滲措施，在具體設計中應根據實際情況在滿足防滲標準的前提下做必要的調整。不同的防滲區域典型防滲措施如下：1）重點污染防治區，指污酸處理站、酸性廢水處理站、事故水池、初期雨水收集池、制酸區、電解與凈液廠房（非架空區域）、硫化砷渣礦化解毒設施、中和渣固化設施、危廢渣臨時堆場、白煙塵倉區等。建設單位擬對重點污染防治區中的各生產廠房、 廢物暫存場等采用的防滲層結構組成為600 mm 壓實黏性土+2 mm 的 HPDE 膜（主防滲層）+600 g/m2土工布（膜上保護層）+場地平整后的基礎層的防滲措施，對重點污染防治區中的各水池采用250 mm 抗滲混凝土（P8）澆筑，池壁鋪設防滲膜或在池壁內表面刷水泥基防滲涂層或防水砂漿。以此，確保重點污染防治區防滲級別滿足等效黏土防滲層Mb≥6.0 m、K≤1×10-7cm/s 的要求。2）一般污染防治區，指熔煉主廠房、電解與凈液工段（架空生產區域）、原料庫、成品庫、硫酸儲罐區、渣緩冷場、渣尾礦臨時堆場、 冷卻循環水池、回用水池、生產廢水處理站、渣選礦生產廠房、分析檢測中心、綜合倉庫中機油堆放區、廢耐火材料堆放區等。建設單位擬對一般污染防治區各廠房、固廢堆場等地面鋪設不低于100 mm 抗滲混凝土（P6），各水池鋪設不低于250 mm抗滲混凝土（P8），確保一般污染防治區防滲級別滿足等效黏土防滲層 Mb≥1.5 m、 K≤1×10-7cm/s 的要求。3）簡單污染防治區，指項目其他對廠區地下水基本不存在風險的車間以及各路面、室外地面等部分，應視情況進行防滲或地面硬化處理。

3 相關規范條文

3.1 對防滲做法要求

《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16899—2008）[2]對防滲做法要求如下：1）如果天然基礎層飽和油透系數＜1.0×10-7cm/s，且厚度≥2 m，可采用天然黏土防滲襯層。采用天然黏土防滲襯層應滿足以下基本條件：壓實后的黏土防滲襯層飽和油透系數應＜1.0×10-7cm/s； 黏土防滲襯層的厚度應≥2 m。2）如果天然基礎層飽和油透系數＜1.0×10-7cm/s，且厚度≥2 m，可采用單層人工合成材料防滲襯層。人工合成材料襯層下應具有厚度≥0.75 m，且其被壓實后的飽和滲透系數＜1.0×10-7cm/s 的天然黏土防滲襯層，或具有同等以上隔水效力的其他材料防滲襯層。人工合成材料防滲襯層應采用滿足CJ/T 234—2006 中規定技術要求的高密度聚乙烯或者其他具有同等效力的人工合成材料。3）如果天然基礎層飽和油透系數≥1.0×10-5cm/s，或者天然基礎層厚度＜2 m，應采用雙層人工合成材料防滲襯層。下層人工合成材料防襯層下應具有厚度≥0.75 m，且其被壓實后的飽和油透系數＜1.0×10-7cm/s 的天然黏土襯層，或具有同等以上隔水效力的其他材料襯層；兩層人工合成材料襯層之間應布設導水層及滲漏檢測層。

3.2 對防滲材料及鋪設基本要求

《有色金屬工業環境保護工程設計規范》[3]（GB 50988—2014）對防滲材料及鋪設基本要求如下。

1）黏土防滲襯層應符合下列要求：（1）黏土塑性指數應＞10%，粒徑應為0.075～4.740 mm，應至少含有20%的細粉，含砂礫量應＜10%，不應含有直徑＞30 mm 的土粒。若現場缺乏合格黏土，可添加4%～5%的膨潤土。宜選用鈣質膨潤土或鈉質膨潤土，選用鈉質膨潤土時，應防止化學品和滲濾液的侵害。（2） 黏土防滲層的處理應對黏土襯層進行壓實，壓實系數應≥0.94，壓實后的厚度應≥0.5 m，且滲透系數應≤1.0×10-7cm／s。黏土襯層應設計一定坡度,在周邊斜坡上可鋪設平行于斜坡表面或水平的鋪層，但平行鋪層不應建在坡度＞1∶2.5 的斜坡上，應使1 個鋪層中的高滲透區與另1 個鋪層中的高滲透區不連續。

2)人工合成襯層的性能應符合下列要求：（1）人工襯層材料應選擇具有化學兼容性、耐久性、耐熱性、高強度、低滲透率、易維護、無二次污染的材料。采用合成材料膜時，其滲透系數應≤1.0×10-12cm/s。（2）柔性處置場中，上層合成材料膜的厚度應≥2.0 mm，下層合成材料膜的厚度應≥1.0 mm。（3）剛性處置場的底部以及側面的合成材料膜的厚度均應≥2.0 mm。

3.3 防滲要求

《石油化工工程防滲技術規范》(GB/T 50934—2013)[4]防滲要求如下。1）地面防滲層可采用黏土、抗滲混凝土、高密度聚乙烯(HDPE)膜、鈉基膨潤土防水毯或其他防滲性能等效的材料。2）當建設場地具有符合要求的黏土時，地面防滲宜采用黏土防滲層，防滲層頂面宜采用混凝土地面或設置厚度≥200 mm的砂石層。3）混凝土防滲層可采用抗滲鋼纖維混凝土、抗滲合成纖維混凝土、抗滲鋼筋混凝土和抗滲素混凝土。4）混凝土防滲層的耐久性應符合現行國家標準《混凝土結構設計規范》（GB 50010—2019）的有關規定，并應符合下列規定：混凝土的強度等級不應低于C25，抗滲等級不應低于P6，厚度≥100 mm；鋼纖維體積率宜為0.25%～1.00%； 合成纖維體積率宜為0.10%～0.20%；混凝土的配合比設計應符合現行行業標準 《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ 55—2011） 和 《纖維混凝土應用技術規程》(JGJ／T 221—2010)的有關規定。5）混凝土防滲層應設置縮縫和脹縫，并應符合下列規定：縱向和橫向縮縫、脹縫宜垂直相交，縮縫和脹縫的間距應符合表2 的規定。

表2 縮縫和脹縫的間距 m

4 方案比較

4.1 技術方面

1）依據環評報告防滲工程的設計標準，防滲工程的設計使用年限宜按 50 年進行設計。工業地面在設計使用年限內，要保證不開裂和很難被破壞，抗滲混凝土作為工業地面的防滲層不可取。

2）依據GB/T 50934—2013，當地面有硬化要求且基層后期沉降不大時，一般采用混凝土防滲層；當基層后期沉降較大時，一般鋪設高密度聚乙烯(HDPE)膜或鈉基膨潤土防水毯防滲層。依據本工程工勘報告，場地大部分區域存在3～5 m 的素填土，且場地采用的地基處理方式為強夯處理，故應按基層后期沉降較大考慮。

3）依據 GB/T 50934—2013 第 5.2.4 和 5.2.5 的條文說明，工業地面摻加鋼纖維的目的主要是抗裂、提高整體性，摻加合成纖維的目的主要是控制混凝土早期收縮裂縫。纖維體積率是纖維混凝土中纖維含量的表示方法之一,在設計參數選擇時可采用。目前工程中，用于鋼纖維混凝土的纖維體積率多數為0.25%～1.00%，用于合成纖維混凝土的纖維體積率多數為0.10%～0.20%。最終確定采用的纖維體積率值應經試驗驗證。混凝土防滲層板縫可分為縮縫、脹縫。為有效地控制裂縫，設置合理的板縫間距是非常重要的。影響縮縫間距的主要因素有混凝土板厚、混凝土的強度等級、骨料類型、氣候條件、是否配鋼筋或摻加纖維。添加鋼釬維會增加成本，設置縮縫、脹縫會影響地面的美觀和使用。

4） 結合 GB 16889—2008、GB 50988—2014 和GB/T 50934—2013，鋪設高密度聚乙烯(HDPE)膜（圖1），做法如下：（1）高密度聚乙烯(HDPE)膜，厚度不宜＜1.50 mm，埋深不宜＜300 mm。（2）膜上、膜下應設置保護層，保護層可采用長絲無紡土工布，膜下保護層也可采用不含尖銳顆粒的砂層，厚度不宜＜100 mm；（3）膜上保護層以上應設置砂石層，厚度不宜＜200 mm。

圖1 高密度聚乙烯(HDPE)膜防滲層示意

此做法在安全性和可行性上都是可靠的，適用于本工程。

4.2 造價方面

1）經詢價 1.5 mmHDPE 膜的價格約為 21.5 元/m2；土工布價格（斷裂強度不宜＜30 kN／m，單位面積質量不宜＜600 g／m2）約為 6 元/m2；施工費用約為 5 元/m2；累計費用約為38.5 元/m2。

2）采用鋼筋混凝土剛性地面做法，按照GB/T 50934—2013 第 5.2.5 條和第 5.2.4 條文說明。增加抗滲添加劑費用約為 20 元/m2；添加鋼纖維（55 kg/m3）費用約為50 元/m2；縮縫、脹縫填縫材料及施工費用約為 10 元/m2。這些措施累計費用約為 80 元/m2。

5 結論

綜上所述，一般污染防治區采用抗滲混凝土作為防滲層的做法，其不可控因素比較多，如：沉降引起的開裂、混凝土早期收縮裂縫、溫度引起的干縮裂縫、后期裂縫及分縫處理等，而且在設計使用周期內保證工業地面不開裂是很難實現的。即使能實現所產生的措施成本及后期的維修費用，也將遠遠大于鋪設防滲膜的成本。因此本工程采用抗滲混凝土作為防滲層的做法是不可取的，采用“1.5 mm HDPE膜+兩層600 g 土工布”的做法是既安全、經濟又可行的，是本工程一般污染防治區地面防滲做法的優選方案。