垂直防滲在地下水污染防控中的應用

趙 坤

（南京萬德斯環保科技股份有限公司，江蘇 南京 210000）

地下水是重要資源，而全國90%的地下水遭受到不同程度的污染［1］，在全國10 168個國家級地下水水質監測點中，IV類水質監測點占70.7%，V類占15.5%，水質不合格率高達86.2%。垃圾填埋場是引起地下水污染的重要因素之一，一些老舊的填埋場由于防滲層老化、破損，產生的滲濾液逐漸滲漏造成了地下水的污染。而早期的垃圾填埋場，未采取相關的污染擴散阻斷措施，導致滲濾液直接遷移到地下水中。垃圾滲濾液成分復雜，COD和氨氮濃度高，且有機物多為難降解的長鏈碳水化合物和腐殖質，金屬離子含量高，對地下水影響極大。

地下水污染防控是一項復雜的系統工程，首先地下水污染具有隱蔽性、復雜性和不確定性，精確識別與診斷地下水污染具有挑戰性；二是其污染源和污染組分復雜多樣，特征污染物主要有氨氮、重金屬和有機污染物等，且一旦污染，修復難度極大，因此急需對地下水污染進行源頭控制并建立阻隔屏障。通過建立保護屏障阻斷污染物的向下遷移，是地下水污染防控的主要措施。人工在潛在污染源底部設置水平防滲層是阻止污染廢水下滲的主要措施，但底部防滲層會隨著時間、土壤沉降等原因部分失效，因此需要增加側向污染防控技術來控制污染擴散［2］。

垂直防滲是常用的側向污染防控技術。垂直防滲是在區域邊界處地面以下設計建造有一定深度和滲透系數的不透水結構，將污染物封閉，控制地下水的流動，防止污染物遷移擴散，是工程上常用的建立保護屏障的手段。目前工程應用較多的垂直防滲主要有三軸水泥（膨潤土）攪拌樁、垂直開槽埋設防滲膜（HDPE膜或PE膜）、置換法垂直開槽現澆連續墻、帷幕灌漿法、鋼板樁防滲墻等。幾種垂直防滲方式各有優劣，滲透系數都可達到要求，且都具有相應的工程實例，技術成熟。本文將從兩個實例出發，論述垂直防滲在地下水污染防控中的應用。

1 天津某 填埋場的地下水污染防控

1.1 工程概況

該填埋場2013年開始臨時填埋附近居民生活垃圾，填埋深度約11米，由于缺少防滲設施，如滲濾液、填埋氣體導排處理等環保設施，造成地下水污染。根據檢測結果，該填埋場地下水污染主要位于第一層潛水含水層，填埋場區域地下水特征污染物主要為COD、氨氮。受污染地下水氨氮濃度最高為10.5 mg/L，是地下水V類標準（1.5 mg/L）的7倍；污染羽中心區域鄰苯二甲酸酯濃度為1 919.628 μg/L，超出地下水V類標準（300 μg/L）6倍。

滲濾液下滲所引起的地下水污染特征多集中于三氮、耗氧量、氯化物、總大腸菌落、重金屬等指標［3］，由此可以判斷，該場地的地下水污染多是由填埋場滲濾液所導致。

針對地下水污染，相關方面擬采用間歇性曝氣漏斗門式可滲透反應墻地下水修復技術，實施局部地下水污染治理，并在填埋場周邊建立垂直防滲阻隔墻，進行地下水污染阻隔。

1.2 地質條件

本項目地質情況見圖1。

圖1 填埋場地質情況

潛水含水層：埋深為0～15 m，主要分布不連續的粉土層或粉質黏土層，滲透性較差；在約15～21 m深度范圍內，主要為黏土或粉質黏土，隔水性較好，滲透系數數量級在10-8～10-7cm/s 之間；第一微承壓含水層頂部埋 深約為20～30 m，土壤類型為粉土、粉砂甚至細砂；第二微承壓含水層頂部埋深約為33～45 m，主要為不連續的粉砂、粉土層。

1.3 工程設計

1.3.1 設計范圍

為有效控制該填埋場滲濾液擴散遷移，在整個場區四周建立水泥攪拌樁，形成封閉的獨立單元，保護周邊地下水環境。詳見圖2。

圖2 天津某填埋場垂直防滲設計范圍

1.3.2 設計深度

填埋堆體底部的第一層粉質粘土（厚度平均約為7.8 m，滲透系數小于10-7cm/s）具有一定的防滲性能，經計算，水體及溶質穿透這一弱透水層需要數十年時間。故本工程的水泥攪拌樁設計深度為16.5 m，進入粉質黏土層頂板以下2 m。

1.3.3 施工工法

三軸攪拌機樁徑為650 mm；軸心距為900 mm；樁心距為90 mm；設計總長為1650 m。

1.4 工程施工

1.4.1 障礙物清理

在水泥攪拌樁施工前，對場地進行“三通一平”，清理影響施工的障礙物及可能的地下管線，以確保施工順利進行。

1.4.2 開挖溝槽

使用挖掘機在攪拌樁樁位上預先開挖溝槽。根據本工程攪拌樁直徑，溝槽寬約1.0 m，深度約0.6～1.0 m。

1.4.3 導架設置與樁位放樣

樁位放樣后，三軸攪拌機就位，整平對中。本工程使用的三軸攪拌機樁徑為650 mm，軸心距為900 mm，攪拌樁搭接200 mm；三軸攪拌樁采用套接一孔工藝，因此樁心距為90 mm。

1.4.4 樁機就位與垂直度校正

本工程施工機械為自行走式三軸攪拌機，設備就位后將樁架垂直度調整到小于1%。施工中應保證垂直度，偏差保證在允許誤差范圍內。

1.4.5 配備水泥漿液

根據室內試驗提供的漿液比進行現場配置，漿液應流動性好、不離析、便于泵送，并嚴格控制水灰比。

1.4.6 噴漿、攪拌成樁

啟動灰漿泵，待確認漿液順利噴出后，使攪拌軸沿導向架鉆進，直至達到設計高程，每根樁要求一次噴攪完成。

2 江蘇 某填埋場的地下水污染防控

2.1 項目概況

江蘇某填埋場屬于山谷型填埋場，整個場域屬低山丘陵地帶，填埋作業約二十年。限于當時經濟技術水平，該廢棄物處理場庫區建設期未采用水平防滲系統，底部為天然相對不透水層。

根據檢測數據，填埋場周邊地下水已受到不同程度的污染，17項常規指標均有超標，超標率為9.1%～63.6%。其污染一方面來自地表雨水沖刷污染物源頭造成的影響，一方面由于下部庫區滲濾液下滲所致。庫區的污染水體可在巖基裂隙水中流動，故在該填埋場四周建立封閉的垂直防滲系統，從而使庫區形成一個獨立的水文地質單元，既可有效控制垃圾滲濾液向庫區外擴散，又能控制庫區外地下水的流入。

2.2 水文地質概況

（1）素填土：黃色、黃褐色、灰褐色等；稍濕～濕，松散，局部稍密～中密；以可塑狀（局部硬塑）黏性土為主，局部夾碎石，為壩體材料，偶夾碎石及植物根莖；普遍分布。

（2）粉質黏土：灰、灰黃色；可塑，局部為黏土；無搖振反應，切面稍有光澤，干強度及韌性中等；屬中壓縮性，中等強度地基土；局部分布。

（3）粉質黏土～黏土：黃褐色；硬塑；無搖振反應，切面有光澤，干強度及韌性中等偏高；屬中低壓縮性，中等偏高強度地基土，該層底部局部夾礫石；局部分布。

（4）碎石土：黃褐色、紫褐色；呈黏土夾風化碎屑狀；黏性土呈可塑～硬塑狀；風化碎屑巖密實狀。

（5.1）強風化安山巖：灰白～灰紫色；上部風化呈砂土狀，下部風化層碎塊狀；巖心破碎，密實遇水易軟化，風化裂隙很發育；為極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級；普遍分布。

（5.2）中風化安山巖：灰白～灰紫色；原巖結構部分破壞，風化裂隙發育；巖芯呈短柱狀～長柱狀，為軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級；普遍分布。詳見表1。

表1 江蘇某填埋場地質情況

2.3 垂直防滲設計

研究表明，滲濾液主要危害沿地下水下游的區域，深層地下水和污染羽上游不受影響。由于土壤的阻滯作用，污染物不易進入深層地下水，但滲入深層地下水后擴散很快［1］，且一旦污染很難修復。本著嚴謹的態度，本工程垂直防滲沿庫區東側、南側及西側設置，設計總長度約1 435 m，垂直防滲水泥灌漿帷幕的深度要求應穿透至下部基巖不透水層；本工程設計深度要求達到5.2層中風化安山巖層以下7 m，垂直防滲體的滲透系數為n×10-6cm/s；垂直防滲擬采用兩排孔帷幕灌漿法，孔間距為2.0 m，排距為1.5 m。

灌漿材料除結合部采用1：1水泥粘土漿外，其余部位采用1：3水泥粘土漿，水泥用42.5普通硅酸鹽水泥。灌漿結束后，采用密度大于1.5 g/cm的稠漿進行封孔，封孔頂至設計地面高程。帷幕灌漿鉆孔布置如圖3所示。

圖3 鉆孔布置圖

2.4 實施垂直防滲

2.4.1 控制網布設

進行場區控制網布設，辦理交樁手續。

2.4.2 孔位布置

按施工圖的孔位間距及灌漿孔布置軸線，采用全站儀等測量儀器定出實際孔位，依次編號并做好標記。

2.4.3 造孔

選用符合地質情況的鉆機，施工過程中應嚴格控制垂直度，采用電動測斜儀量測所有帷幕孔鉆孔斜率，如超過相關規定，即時采取糾偏措施。

2.4.4 鉆孔沖洗

沖洗方法為從孔底向孔外沖洗，采用導管通入大流量水，沖洗壓力為灌漿壓力的80%，直至回水清凈為止。

2.4.5 制漿與監測

漿液應攪拌均勻。1層素填土、4層碎石土空隙較大，鉆探過程中可能存在泥漿滲漏嚴重等問題，帷幕灌漿法施工時，應適當增加帷幕體寬度及銜接部位，確保達到防滲效果。

2.4.6 灌漿壓力

在鉆機作業過程中，壓力的控制需要根據施工實際情況選擇合適的升壓法。

2.4.7 封孔

灌漿結束后，采用全孔灌漿封孔法封孔。灌漿過程中發現冒漿、漏漿時，應根據具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿限流、限量、間歇、待凝等方案進行處理。灌漿過程中發生串漿時，若串漿孔具備灌漿條件，應一泵一孔同時進行灌漿；否則應塞住串漿孔，待灌漿孔灌漿結束后，再對串漿孔進行掃孔、沖洗，然后繼續鉆進或灌漿［4］。

2.5 實施效果

本工程進行垂直防滲試驗，經專業機構檢驗，滲透系數小于n×10-6cm/s，符合設計要求。

3 結語

垃圾填埋場對周邊環境的危害之一即是滲濾液的擴散及遷移造成地下水、地表水污染，其污染程度取決于滲濾液的污染潛能、地下水流場以及水文地質特性（彌散度、滲透系數等）等多種因素［5］。在沒有防滲措施的情況下，垃圾填埋場周圍，特別是下游地下水力梯度高的區域內，地下水將受到嚴重污染［6］，并隨著時間的推移，污染程度逐漸加劇。所以利用垂直防滲阻斷污染物的擴散及遷移，對地下水污染防控和修復工作有重要的促進作用。