簡易垃圾填埋場治理中垂直防滲治理技術的應用

楊 樂

（泛華建設集團有限公司湖南設計分公司，湖南 長沙 410000）

1 工程概況

湘南地區的某垃圾填埋場建于上世紀90年代，屬于典型的山谷型垃圾填埋場，場區南、北、東側為山體，西側緊靠河流。由于該填埋場投入使用時間較早，所以未經過專門的設計和建設，是純天然狀態下的垃圾堆場，導致垃圾堆放隨意散亂，填埋深度超過15 m。該填埋場廢棄后一直處于缺乏維護和管理的狀態，而且未設置防滲層，致使垃圾滲濾液直接滲透到地下，從而污染了土壤、地下水以及近岸水系。近年來，隨著城市的發展，場區周邊的居民小區、學校逐步興建，因此，對該填埋場的封場和整治迫在眉睫。目前，針對該填埋場的現狀問題，制定了整治計劃：主要包括雨水截流導排工程、封場工程、滲濾液收集系統、填埋氣體導排系統、垃圾壩、調節池以及垂直防滲系統等。但因該填埋場垃圾埋深較深，無法再設置人工水平防滲系統，因此，建設合適的垂直防滲工藝和選擇合理的布置方案，對于減少污染源、控制滲濾液擴散，以及達到整治目標就顯得尤為關鍵[1]。

2 場地水文地質分析

（1）根據填埋場場地水文地質勘察資料發現，本項目地下水主要分為賦存于素填土及第四系黏性土層中的上層滯水、賦存于卵石中的潛水以及賦存于各風化基巖層中的基巖裂隙水。而場區地下水是由場區南側、北側以及東側山體向中部山凹地帶排泄，水力坡度較大，徑流途徑較短，最后從場區西側垃圾壩位置流向河流。

（2）填埋場場地土層由上至下分別為：人工填土、粉質黏土、卵石、強風化泥質粉砂巖、中風化泥質粉砂巖、微風化泥質粉砂巖。場地內的各土層特性指標詳見表1。由表1中的數據分析可知，卵石層屬于強透水層，強風化泥質粉砂巖為強－中等透水性地層，中風化泥質粉砂巖為中－微等透水性地層，微風化泥質粉砂巖屬于弱－微透水性地層。根據《生活垃圾衛生填埋處理技術規范》（GB 50869－2013）中的規定，如果天然基礎層的飽和滲透系數在1.0×10－7cm/s以下，同時，場底以及四壁襯里厚度均在2 m以上時，可采用天然黏土類結構。但場地內的人工填土層、粉質黏土層、卵石層、強風化泥質粉砂巖層、中風化泥質粉砂巖層滲透系數都大于1.0×10－7cm/s，均不符合作為天然防滲層的條件。而微風化泥質粉砂巖層滲透系數為3.2×10－8cm/s，可利用該層作為天然水平防滲層[2]。

表1 場地內土層特性

3 處理方案選擇

3.1 垂直防滲系統應用現狀

（1）在實際應用垂直防滲系統時，首先要從填埋場場地整體的地質、水文等各方面特征進行綜合考慮，且合理利用場地下方的不透水層、弱透水層以及獨立水文地質單元等，并在場地的周邊或一側，選擇合適的位置布設垂直防滲工程，將可能產生或已經產生的污染物全部封控至封閉區，然后再按照既定的導排方案有序導出，以避免滲濾液繼續滲透而導致地下水受到污染，同時也可以降低地下水流入到污染場地內的機率，從而最終實現污染源的隔離與控制，以及生態環境的修復。

（2）垂直防滲系統，最早廣泛應用在巖土以及水利項目中。但隨著技術的發展，垂直防滲系統越來越多的應用于各類防污控制工程，如污水控制、化工廠和油庫的污染物控制等方面。近年來，由于需要治理的簡易生活垃圾填埋場越來越多，且新建的垃圾填埋場滲濾液滲漏的情況也時有發生，因此，垂直防滲系統在填埋場整治和修復工程中也得到越來越廣泛的應用。因此，根據對本工程場地水文地質分析，場地下微風化泥質粉砂巖層可作為天然水平防滲層，且和垂直防滲組成完整的防滲系統。由此可以看出，選擇一種或多種適合的垂直防滲系統，是整治方案中的重中之重。在實際應用中，垂直防滲技術的種類較多，一般包括：剛性、塑性以及柔性三個類型[3]。

3.2 剛性垂直防滲技術

剛性垂直防滲技術屬于三個類型中最傳統的一項技術，主要包括：深層攪拌樁、高壓旋噴樁、帷幕灌漿、槽（孔）式混凝土四個類型的防滲墻。

（1）攪拌樁防滲墻是將水泥等作為固化劑，并利用深層攪拌機械，在地基深處將軟土和固化劑強制攪拌進而產生一系列物理化學反應，從而形成具有一定承載能力和固結度的柱體、墻體；而在相應反應后，土體強度顯著增加，隨之滲透性下降，因此，適合在由不同原因引起的飽和軟黏土中應用，例如淤泥、黏土、淤泥質土、亞黏土等地質條件中，同時，也包括地質復雜、區域狹長、沉降要求較高的場地。在實際應用過程，攪拌樁防滲墻造價較低、施工速度快、防滲效果好，而且可以通過調整樁長以及調整置換率，使其適應各類土質和各項防滲要求。

（2）應用高壓旋噴樁防滲墻需借助高壓噴射技術，通過同心鉆桿，將注漿漿液、高壓水、壓縮空氣共同噴射至設計深度位置，而鉆桿在進行高壓噴射過程中還應同時旋轉，以構成噴射流加速土層的破壞，使土粒脫落于土體，這樣部分土粒可隨漿液冒出地面，其余被灌入的漿液會進行攪拌，并在土體內部凝結成為樁體，當樁體相互咬合搭接后，就可借此達到加固和防滲的目的。

（3）帷幕灌漿防滲墻就是將漿液灌注于巖體內，或灌注于土層的裂隙、孔隙之中，從而共同構成連續性的阻水帷幕，便于能有效控制滲流量，同時也降低滲透壓力。在巖石或砂礫石的地基中，一般需要應用灌漿的模式構建防滲帷幕，且帷幕底部需要向相對不透水的巖層中進入一定深度，以盡可能控制地基部分的地下水滲透。帷幕灌漿一直是垂直防滲處理的主要手段，按照其中的灌漿孔排數，孔帷幕可以分為“兩排”和“多排”兩種類型，如果地質條件較為復雜，并且水頭相對較高，一般應選擇至少三排的孔帷幕。此外，可根據灌漿孔底部針對相對不透水巖層是否進行深入，可判斷其為“封閉式帷幕”或“懸掛式帷幕”。

（4）槽（孔）式混凝土防滲墻是在松散透水土中實施連續造孔施工，并采用泥漿護壁的模式，向孔內灌注混凝土，以構成具有防滲效果的墻。混凝土防滲墻是采用分段的方式進行防滲墻建造工作，并針對每一個圓孔或槽孔實施混凝土澆筑后，即形成一個墻段，而數個墻段就可聯結成一整道防滲墻。需要注意的是，防滲墻底部還應適當嵌入搭配基巖內，或嵌入相對不透水土層中，以盡可能地控制滲透水流。

3.3 塑性垂直防滲技術

（1）塑性混凝土防滲墻的主要原材料為柔性混凝土材料，其可在水利工程或其他地區防滲處理工程中充分應用。而塑性混凝土，即將常規形式混凝土中的大部分水泥采用膨潤土或黏土替代，進而形成的類柔性墻體材料。塑性混凝土墻指采用塑性混凝土的一種防滲墻形式。相對于普通混凝土，塑性混凝土的彈性模量要小很多，其變形模量與周圍土體基本一致，因此，可充分適應地基部分出現的變形情況，還可以有效減小墻體內應力，進而可有效降低墻體開裂等不良情況出現的機率，同時還有利于節約水泥等主要材料的使用量。

（2）在通常情況下，塑性垂直防滲墻中應用的材料主要包括水泥、粉煤灰、膨潤土以及黏土。根據塑性防滲墻使用材料的不同，防滲墻的主要類型包括以下幾種：①土－水泥－膨潤土防滲墻；②水泥－膨潤土防滲墻；③土－膨潤土防滲墻。

3.4 柔性垂直防滲技術

（1）HDPE（高密度聚乙烯）膜的使用，為柔性垂直防滲技術的產生和發展提供了重要基礎。柔性垂直防滲膜的屏障系統即采用柔性HDPE土工膜為主體防滲材料，是通過震動或垂直開槽技術將柔性HDPE土工膜垂直插入到基巖或黏土層等相對不透水層，并利用灌漿密封材料對底端進行止水固結。同時，通過連接鎖扣與止水條實現多幅土工膜的無縫連接，且構筑對土壤和地下水中污染物阻控的立體式垂直生態屏障，以此達到防控污染物水平和垂直遷移的目的。

（2）在實際應用中，HDPE土工膜防滲墻可以根據現場施工的具體情況選擇采用震擊式或開槽式的鋪膜方法，目前開槽施工的應用頻率更高。其建設過程是，在通過長臂挖機或液壓抓斗開槽完成后，需要對槽段進行泥漿護壁，而護壁完成后要采用下膜機鋪膜。目前，我國能實現的最大垂直鋪膜深度已達到30 m，但相對于黏土－膨潤土泥漿防滲墻來說，可達到的防滲深度相對較低。由于HDPE土工膜防滲墻是由礦物材料以及土工膜的共同作用，因此，HDPE土工膜防滲墻針對鹽、堿、酸以及無機類等有腐蝕性的污染物，均具有較好的抗侵蝕性能，同時，還具有滲透系數低的特點，非常適合在阻隔期較長且對于防滲要求較為嚴格的工程中應用。

4 處理方案設計

（1）本項目的簡易生活垃圾填埋場下游緊鄰耒水，所以，地下水受到污染之后會被直接排入河流，導致河流水質受到嚴重影響，且下游水環境也會遭到破壞。因此，為了解決滲濾芯液的滲漏問題，需選用技術成熟、安全性高、經濟性好、并適合本工程實際情況的垂直防滲系統，以達到本項目整治的目的，進而促使本區域內的環境得到改善。

（2）槽（孔）式混凝土防滲墻強度較高，但工程造價也略高，但抗滲能力一般，且混凝土一旦被腐蝕后，防滲性能將大幅降低；而高壓旋噴樁防滲墻工藝成熟，施工簡便，但在施工過程中容易對環境造成二次污染，且在松散土層中的漿液容易滲透，工程造價也較高。又由于本項目場地中有卵石層以及中、微風化的泥質粉砂巖層，所以高壓旋噴樁防滲墻技術不適用；攪拌樁防滲墻施工簡便、技術成熟、造價一般，但施工深度一般不超過20 m，且在硫酸根等污染物腐蝕下易開裂，長期穩定性差；塑性垂直防滲技術抗滲性能好、造價低、施工簡便、施工深度大，但難以保證墻體底部有效嵌固，且阻滯能力也會隨時間的推移而削弱。通過上述分析，槽（孔）式混凝土防滲墻、高壓旋噴樁防滲墻、攪拌樁防滲墻以及塑性垂直防滲技術均不適合本項目垂直防滲系統的建設。

（3）灌漿帷幕法施工便捷性良好，可適應的地層較廣、造價低、工期短、見效快、安全性能良好，其防滲效果以及工程造價相對容易被接受，但灌漿帷幕施工質量需進行嚴格控制，否則抗滲性將不能滿足整治需求。柔性垂直防滲技術的防滲性能良好，可針對污染源滲漏情況起到較好的垂直屏障作用，同時，還可以針對地下污染源進行充分封堵。并且，柔性垂直防滲技術可與其他類型的阻隔技術聯合應用，從而進一步提升了阻隔作用。因此，從技術成熟性、安全性、經濟性等多方面進行綜合考慮，并結合項目實際情況，本項目垂直防滲系統采用帷幕灌漿防滲墻和HDPE土工膜防滲墻相結合的整治方案。

（4）本次項目在填埋庫區的南、北以及東側設置帷幕灌漿防滲墻，在西側垃圾壩處及其兩側位置設置HDPE土工膜防滲墻。采用這兩種技術聯合的處理方案，既可以通過帷幕灌漿防滲墻防止場外地下水進入場內，減少滲濾液的產生量，又可以利用HDPE土工膜防滲墻良好的防滲性能使場內滲濾液，以及受到污染的地下水均能夠被攔截，再通過滲濾液收集井導排至調節池，最后采用吸污車運至城區垃圾填埋場滲濾液處理中心進行處理。帷幕灌漿防滲墻和HDPE土工膜防滲墻相聯合的處理方案可較好地阻隔場區外地下水進入填埋區內，同時也能保證場區內受到污染的地下水能得到有效收集，從而實現整治目的，同時也大幅度節省了工程造價。在實際應用中，帷幕灌漿防滲墻和HDPE土工膜防滲墻兩種工藝技術成熟，施工難度較低，既縮短了建設工期，又保證了本項目的整治進程。

（5）根據水文地質的勘察結果可知，場地中的強、中風化巖層滲透系數偏大，所以，需將帷幕灌漿防滲墻穿透至強、中風化巖層，并深入至微風化泥質粉砂巖層的頂面位置。因此，為了保證帷幕灌漿的防滲效果，本工程采用三排灌漿的模式，將孔距控制在2.0 m，將排距控制在1.0 m，施工過程分為3序，每序采用“自下而上” 的分段灌漿模式；灌漿孔孔徑為75 mm，平均注漿段長9 m，平均孔深15 m，共1 467個孔，墻體長度917 m，帷幕灌漿形成后下面深入微風化泥質粉砂巖約為2 m，而兩側和柔性垂直防滲系統交叉重疊，可以對地下水形成良好隔離；在垃圾壩位置及兩側設置柔性垂直防滲（HDPE膜）系統，該系統會進入微風化泥質粉砂巖，深度為1 m，而底部防繞滲密封劑灌注厚度不小于1 m；成槽護壁泥漿制作選用膨潤土，每個槽段長為4 m，柔性垂直防滲系統總長度為330 m。

5 結論

（1）針對簡易垃圾填埋場開展滲漏修復工作，對于保護環境具有重要意義，但在實際施工作業時，應避免出現二次污染情況，并保障水體質量，優化生態環境。基于此，在簡易垃圾填埋場整治工程中，應考慮采用柔性垂直防滲系統，因為該防滲系統屬于應用效果良好的新型系統，可以將可能產生或已經產生的各類污染物控制于屏障之外，因此，既能起到良好的污染物控制作用，也可以為生態環境的持續優化奠定堅實基礎。同時，該防滲系統能有效保障垃圾填埋場下游的水體不受污染，所以，在山地環境中，也體現出了較好的應用效果，并逐漸構成了較為完善的防滲技術應用體系。此外，還可以將該項技術應用于污染工業、場地、土壤或其他存在污染情況的地下水修復工程之中，均能體現出較高的應用價值。而帷幕灌漿防滲墻采用多次、分層、分段的方式進行精細注漿，可有效減少注漿材料，節省工程投資，且技術成熟、施工便捷、工期短，同時對環境的二次污染較小。在實際應用中，采用兩種垂直防滲技術的聯合，與地下不透水水層以及場區上部封場系統一起形成封閉性較好的防滲系統，不僅實現了良好的環境治理效果，還可以節約占地，便于滲濾液收集，且能大幅度地減少工程投資。

（2）針對簡易垃圾填埋場的場區周邊設置一道封閉的垂直防滲墻，防滲墻的底部應該深入天然相對不透水層，可有效控制地下水的流入和流出，從而就可以使庫區構成獨立的、完善的水文地質單元。由此，即可以有效阻隔場外的地下水滲入到填埋區域內，也可以有效避免滲濾液由填埋區域內滲入到場外，從而有效控制污染情況擴散，使周邊水土環境得到了優化。此外，受到地質條件、地形地貌以及其他客觀因素的影響，不同的填埋場均具有各自的特殊性，所以，在應用垂直防滲墻時，必須要充分考慮其可行性和適用性，從而有效提升防滲墻的應用效果。