CSM工法在垃圾填埋場垂直防滲中的應用

韓曉峰 張領帥 陳枝東 王鳳梅

(深圳宏業基巖土科技股份有限公司，廣東 深圳 518057)

0 引言

一些未采取防滲措施或防滲措施失效的老生活垃圾填埋場會出現垃圾滲濾液泄漏情況，對周邊環境造成嚴重的污染。后處理措施只能采取施作垂直防滲墻至地下可靠的隔水層，將整個垃圾場進行圍閉，防止污染進一步擴散。

CSM工法是一種銑削深層攪拌技術，驅動一組銑輪切削地層，并強制性破壞攪拌土體，同時向土體內注入固化漿液材料及高壓氣體，將各層土體與固化漿液充分拌合，達到改良土體性質的目的。CSM工法可以形成矩形固化墻體槽段，各墻體槽段間互相咬合，從而達到可靠的防滲效果。

CSM工法具有很強的地層適應性，能夠切削堅硬巖土層，因此可以確保垂直防滲墻與隔滲巖土層的咬合質量。CSM工法首次應用于垃圾填埋場防滲墻施工，證明了對垃圾填埋層的適用性。

1 工程概況

哈爾濱市某垃圾填埋處理場建場于20世紀90年代，建場時位于一處山坳地帶，建場之初未進行嚴格的設計，也沒有采取防滲處理措施，直接在原狀土層上堆填垃圾，封場時僅采取了鋪設填土后分層碾壓的簡易處理措施。近年來，出現了嚴重的滲濾液泄漏，污染周邊地表水、空氣、土壤及地下水的情況。

該垃圾填埋場位于一條河流旁邊，原始地貌屬河漫灘。場地巖土層自上而下為垃圾填土、粉質黏土、粗砂、黏性土、粗砂層和泥巖。垃圾填土層為生活垃圾混雜填土，泥巖以上各土層都已受到不同程度的滲濾液污染。另外，垃圾填土層緊鄰一層含水量較大，且滲透性較好的粗砂層，垃圾滲濾液直接和粗砂含水層相聯系。場地局部分布有黏性土，呈不連續狀，且薄厚不均分布。經過勘探，該垃圾填埋場垃圾填埋層平均厚度11 m，最大厚度達30 m。

2 確定防滲技術方案

常用的垂直防滲施工技術有：三管高壓旋噴樁、袖閥管注漿、三軸攪拌樁、TRD工法、塑性混凝土連續墻、垂直鋪塑防滲技術以及CSM工法防滲帷幕。

選擇適宜的施工工藝需根據場地工程地質條件、水文地質條件，隔水層所處深度、滲濾液滲漏情況、帷幕設計要求、施工技術的適用性以及施工設備等因素綜合來確定。

根據本項目場地的周邊環境及場地條件，三軸攪拌樁、TRD工法樁不適用于砂層、垃圾土填埋層、巖層等復雜地層；三管高壓旋噴樁、袖閥管注漿工藝樁體搭接不可靠、防滲效果不理想；塑性混凝土連續墻防滲施工工藝復雜，且造價過高；垂直鋪塑防滲技術施工深度有限，不適宜本場地。總體來看，CSM工法地層適應性強，搭接可靠，防滲效果好，且施工效率高，工期快。鑒于垃圾填埋場的特殊條件，采用CSM工法防滲帷幕方案。

根據地勘報告，泥巖層為不透水層，層位均勻連續，且泥巖層及以下沒有受到污染。根據當前的實際情況，采取可靠的垂直防滲治理措施，以泥巖層作為防滲隔斷底板，使垂直防滲墻與泥巖層有效結合，將垃圾填埋場進行防滲墻合圍封閉，防止污染進一步擴散。

3 CSM工法施工技術要求

根據垃圾填埋場的工程地質條件及設計要求，選用了配備3-1型銑輪的BCM10型號銑頭，其扭矩0 kN·m～100 kN·m。該類型銑輪扭矩較大，拌合能力較強，適用于松散～致密的非黏性土、含石塊的礫石土、黏性土。按照設計要求，槽寬0.8 m，每幅槽段長度2.8 m，兩幅槽段間互相咬合300 mm，如圖1所示。

CSM工法施工參數如表1所示。

表1 防滲墻施工參數表

4 CSM工法施工工藝

4.1 CSM工法施工工藝流程

雙輪銑工法防滲墻施工工藝流程如圖2所示。

4.2 施工準備

1)清場備料。

對機械占位一側的施工場地平整壓實，施工作業面寬度不小于12 m。當地表土體較軟，承載力不足時，進行地面硬化或填鋪磚渣，確保機械平穩行走。

2)測量放線。

測放墻體施工軸線，確定起鉆墻幅的位置，并作出明顯標志。此外，需在機械站位的墻體對側測放控制導向線，并在導向線上間隔5 m設置一根立桿，用細繩將各立桿連接起來，以此作為機械施工的導向控制線。

3)開挖導溝。

導溝的主要目的是解決鉆進過程中的余漿儲放和回漿補給。導溝開挖深度為1.0 m，寬為1 m，長度10 m。

4)開挖儲污池。

由于垃圾填埋層施工時，會置換出大量的垃圾物和垃圾混合漿液，因此需在導溝附近開挖一處儲污池，儲存置換出的垃圾物和垃圾混合漿液。儲污池的深度要深于導溝，兩者之間的流漿口不宜過大，以確保易于被及時隔斷。

5)裝機調試。

支撐移動機和主機就位；架設樁架；安裝制漿、注漿和制氣設備；接通水路、電路和氣路，運轉試車。

4.3 施工過程控制要點

1)銑頭定位。

銑頭定位于墻體中心線上，偏差控制在±5 cm以內。

2)漿液配制。

固化漿液嚴格按設計配合比要求制備。制備固化漿液時，在集料斗與灰漿攪拌機之間設置過濾網，將固化材料進行拌合前過濾。為防止漿液出現離析問題，攪拌時間必須不少于30 s，且要隨拌隨用，連續泵送，避免中斷。

漿液溫度應控制在5 ℃～40 ℃范圍內，超出此范圍，應作廢漿處理。

制備好的漿液要控制好存放有效時間：當氣溫在10 ℃以下時，不宜超過5 h。當氣溫在10 ℃及以上時，不宜超過3 h。漿液存放時間超過以上規定，應作廢漿處理。

現場質檢員通過觀察、使用比重計等手法監控漿液的質量，并監督漿液存放時間。

3)供漿。

在與雙輪銑配套的注漿后臺按照設計水灰比制備漿液，由注漿泵經管路送至銑削頭。注漿量的控制通過位于操作臺的無級電機調速器、自動瞬時流速計及累計流量計監控。若施工過程中發生堵管、斷漿等現象，應立刻停機停泵，查明原因，排除故障后再銑削攪拌。當因故停機超過30 min時，應對泵體和輸漿管路妥善清洗。

4)供氣。

由空氣壓縮機制成的氣體經管路壓至銑削頭，氣量及壓力通過手動閥和氣壓表控制，施工全過程氣體不得間斷。

5)垂直度控制。

采用經緯儀對矩形凱利桿進行初始垂直度校準及過程復核。機械操作手控制好機械行走穩定性，通過控制系統，控制銑頭的姿態。

6)銑削速度。

機械做好準備后，緩緩下降銑頭與基土接觸攪拌，按試樁確定好的參數供漿、供氣。掘進深度達到設計要求時，對墻底標高以上2 m～3 m范圍，重復提降攪拌1次。此后，慢速提升攪拌，提升速度不大于0.5 m/min，以免在銑頭處形成真空負壓，造成墻體空隙和孔壁坍陷。

7)銑削深度控制。

通過控制室的智能系統確認成墻深度，通過墻體設計中心線和導向控制線兩條固定線來控制墻體位置。銑削深度誤差為設計深度的(0 m,+0.2 m)。

8)成墻厚度。

為了保證成墻厚度，根據設計確定的墻厚選擇適合寬度的銑削頭。銑頭刀片使用過程中會有一定的磨損，要定期測量刀片外徑，當磨損達到1 cm時，必須對刀片進行修復或更換。

9)墻體均勻度。

為控制好墻體質量和墻體的均勻性，需嚴格控制銑削掘進過程中供漿的均勻性以及墻體混合漿液的沸騰狀態。供漿量應與攪拌下沉或提升速度相匹配。

10)施工試樁。

施工前應進行施工試樁試驗，通過試樁試驗確定適合于施工場地的銑削下沉和提升速度、供漿供氣壓力、供漿量、水灰比等工藝參數，并測定水泥漿從輸送管到達銑削頭噴漿口的時間。

11)施工記錄與要求。

及時填寫現場施工記錄，在墻體銑削掘進過程中，準確記錄漿液比重、下沉時間、上提時間、墻體深度、供漿量、供氣壓力、垂直度及樁位偏差等參數數值。

5 CSM工法應用于垃圾填埋層關鍵控制技術

1)搭接質量控制：CSM工法防滲墻采用跳倉咬合法施工，即先施工兩幅相隔的墻段后再施工兩墻中間的墻段，如圖3所示。

施工墻段前，對各墻段做好分段標識，確保控制好搭接長度，此外，控制好相鄰槽段施工間隔時間不大于10 h。

2)供漿中斷處理：施工過程中，應確保供漿連續。如若中斷，需將銑削頭再次向下掘進至停供點以下不小于0.5 m處，待恢復供漿，再復攪不少于30 s后緩慢提升。

3)漿液回流控制：在垃圾填埋場地層施工過程中，伴隨著銑頭的攪拌和高壓氣、液共同作用，會將垃圾填埋層的大量生活垃圾置換出來，同時產生大量垃圾混合漿液。為了避免垃圾物及垃圾混合漿液回流到墻體內，對墻體質量造成影響，需要確保與土體固化混合液分離開。為了避免廢液的回流，施工前，在靠近導溝的合適位置挖一個深度超過導溝儲污池，儲存施工過程中置換出的垃圾物及垃圾混合漿液。施工過程中通過觀察漿液顏色判斷垃圾物及垃圾混合液是否被完全置換，當返漿顏色恢復至與后臺制備的固化漿液顏色相近時，截斷導溝和儲污池，避免不合格漿液回流，影響墻體質量。

4)垃圾物纏繞銑輪的處理：由于垃圾填埋層含有繩、布、塑料等大量生活垃圾，且施工時兩銑輪是相對向內旋轉，極易在兩銑輪中間及底部積壓垃圾物，銑輪也易被垃圾纏繞。為了避免發生纏繞，每銑削一段深度后，調整銑輪旋轉方向，使兩銑輪相向向外旋轉，并將銑頭適當上提下沉數次，把積壓在銑輪附近的垃圾物釋放掉，并伴隨氣泡上浮出來，流到儲污池內。

6 結語

CSM工法防滲墻在垃圾填埋場地層的順利施工，證明了CSM工法在垃圾填埋層地質條件的適用性。CSM工法應用于生活垃圾填埋場，既能保證成墻垂直度及咬合質量，也能確保達到防滲的要求。施工過程中，CSM工法發揮出了強大的漿液置換作用，用固化漿液將垃圾物及垃圾漿液進行了比較徹底的置換，置換后漿液會有可見的明顯顏色變化。經過置換后的漿液進一步保證了防滲墻的成墻質量和防滲效果。CSM工法在垃圾填埋場地層的順利實施，展現了其廣闊的應用前景，值得將CSM工法在類似項目中推廣使用。