干拌法柔性阻隔墻在污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)阻控中的應(yīng)用及研究

占升 元妙新 徐華鍾 張飛 陳歡

關(guān)鍵詞：填埋場(chǎng)；滲漏；柔性阻隔墻；干拌法；風(fēng)險(xiǎn)阻控

前言

自2020年開(kāi)始，中國(guó)原生垃圾的處理將逐漸步入“零填埋”時(shí)代，但仍有大量存量垃圾填埋場(chǎng)分布于中國(guó)境內(nèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2019年，中國(guó)現(xiàn)役衛(wèi)生填埋場(chǎng)1885座。截止2018.07，中國(guó)非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)（堆放點(diǎn)）的數(shù)量為27874座。中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院在對(duì)國(guó)內(nèi)10余個(gè)省市約30家衛(wèi)生垃圾填埋場(chǎng)的調(diào)研中，發(fā)現(xiàn)填埋場(chǎng)的防滲層漏洞平均約34個(gè)，防滲層的缺乏及破損易致使?jié)B濾液泄露，從而對(duì)周邊地下水環(huán)境存在污染風(fēng)險(xiǎn)。由于歷史遺留原因，非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)（堆放點(diǎn)）多未鋪設(shè)防滲系統(tǒng)，污染周邊地下水環(huán)境的問(wèn)題尤為凸顯。因而，中國(guó)垃圾填埋場(chǎng)普遍存在滲漏風(fēng)險(xiǎn)，易對(duì)周邊水系造成影響。

針對(duì)滲濾液滲漏污染周邊地下水的問(wèn)題，垂直阻隔技術(shù)是現(xiàn)工程領(lǐng)域中較為常用的風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)。相比于帷幕灌漿、三軸攪拌樁、塑性混凝土墻等阻隔墻體，柔性阻隔墻具備滲透系數(shù)低、防滲效果及化學(xué)相容性好的特點(diǎn)，但在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用相對(duì)較少，施工工藝不夠成熟。文章以南方某非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)為研究對(duì)象，分別開(kāi)展干拌、濕拌法工藝構(gòu)筑復(fù)合阻隔墻，分析墻體滲透系數(shù)，結(jié)合阻隔區(qū)內(nèi)、外水頭差及水質(zhì)變化情況探究其風(fēng)險(xiǎn)阻控效果，以期為類似工程提供參考及借鑒。

1研究區(qū)概況

此填埋場(chǎng)位于浙江東南部，場(chǎng)地周邊分布河流、工廠宿舍、公寓等環(huán)境敏感點(diǎn)，屬未設(shè)有任何環(huán)保設(shè)施的簡(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)，對(duì)周邊環(huán)境存在較大的污染風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)該簡(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)，總體采用開(kāi)挖篩分資源化利用的綜合治理技術(shù)，但填埋場(chǎng)臨河側(cè)的部分填埋垃圾存在較大的開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)，為有效控制該區(qū)域地下水污染的擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)，在其四周構(gòu)筑阻隔墻，形成阻隔區(qū)，阻隔區(qū)占地面積約0.4萬(wàn)m2。阻隔區(qū)地層及水文地質(zhì)條件如下。

1.1地層結(jié)構(gòu)

自地表以下，地層主要分布有生活垃圾層、粉質(zhì)粘土層、含砂層及淤泥質(zhì)粘土層，其中生活垃圾層埋深為0m～5.2m，粉質(zhì)粘土層埋深為3.8m～8.4m，含砂層埋深為7.0m～20.6m，淤泥質(zhì)粘土層埋深為19.5m～23.0m。

1.2水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地地下水主要為淺部粘性土中的孔隙潛水和下部圓礫層中的孔隙承壓水。淺部孔隙潛水賦存介質(zhì)主要為垃圾土、淤泥與細(xì)砂的互層，其中垃圾土中多為包氣帶水，水徑流條件一般，水量主要受季節(jié)變化及賦存介質(zhì)中砂含量高低的影響。地下水位埋深淺，主要受大氣降水及周邊潮水位的影響，排泄以蒸發(fā)為主。

結(jié)合地勘信息可知，垃圾層底分布有3.0m～3.4m厚的粉質(zhì)粘土層，滲透系數(shù)達(dá)10cm/s～7cm/s級(jí)別，滲透系數(shù)低、整場(chǎng)均勻分布，可視為天然的隔水層。故在此基礎(chǔ)上構(gòu)筑垂直阻隔墻可有效控制污染物擴(kuò)散，為確保污染物的有效阻隔，墻體滲透系數(shù)需達(dá)10cm/s～7cm/s級(jí)別。

2阻隔墻設(shè)計(jì)

為有效阻控未開(kāi)挖垃圾的地下水污染風(fēng)險(xiǎn)，在未開(kāi)挖垃圾四周建設(shè)阻隔墻構(gòu)筑阻隔區(qū)，而針對(duì)污染擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)更大的臨河側(cè)．綜合場(chǎng)地條件、墻體防滲效果及耐久性等因素，研究采用土一膨潤(rùn)土-HDPE膜復(fù)合阻隔墻進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)阻控。

2.1阻隔墻長(zhǎng)度

結(jié)合場(chǎng)地信息，阻隔墻長(zhǎng)度約145m。

2.2阻隔墻厚度

阻隔墻的設(shè)計(jì)厚度主要由阻隔墻兩側(cè)的水頭差和由此產(chǎn)生的滲透、污染物的遷移擴(kuò)散，開(kāi)挖設(shè)備能力，工后沉降以及其自身的吸附能力決定，設(shè)計(jì)土一膨潤(rùn)土墻的寬度為60cm。

2.3阻隔墻深度

結(jié)合地勘信息，設(shè)計(jì)阻隔墻嵌入場(chǎng)地粉質(zhì)粘土層1m，土一膨潤(rùn)土-HDPE膜復(fù)合阻隔墻平均建設(shè)深度為5.5m。

2.4阻隔墻材料

墻體的主要試驗(yàn)材料為土、膨潤(rùn)土、HDPE膜。土的顆粒大小和級(jí)配影響阻隔墻的滲透系數(shù)，設(shè)計(jì)采用細(xì)顆粒土為主的場(chǎng)地粉質(zhì)粘土作為原料土；膨潤(rùn)土選用湖州產(chǎn)地的納基膨潤(rùn)土，膨脹系數(shù)為23ml/2g，使用前，采用PAC-LV進(jìn)行改性；采用具有卓越的抗化學(xué)性能，使用壽命長(zhǎng)的HDPE膜作為復(fù)合阻隔結(jié)構(gòu)的土工膜，膜規(guī)格為3mm厚。

3阻隔墻構(gòu)筑

鑒于柔性阻隔墻施工工藝不夠成熟的現(xiàn)狀，分別采用干拌法、濕拌法進(jìn)行土-膨潤(rùn)土-HDPE膜復(fù)合阻隔墻實(shí)踐，探究不同施工工藝對(duì)構(gòu)筑阻隔墻的效果影響。

3.1室內(nèi)配合比試驗(yàn)

在阻隔墻構(gòu)筑前，基于前期研究成果，采用施工材料開(kāi)展兩組室內(nèi)配合比試驗(yàn)，墻體填料為粉質(zhì)粘土、膨潤(rùn)土、PAC-LV、水，A組投加量為1000g、89g、4.2g、320g，B組投加量為1000g、100g、10g.430g，墻體滲透系數(shù)檢測(cè)結(jié)果表明A組的滲透系數(shù)為5.69E-08cm/s、B組的滲透系數(shù)為3.78E-08cm/s，兩組配合比試驗(yàn)制備的填料的滲透系數(shù)均可達(dá)10cm/s～8cm/s，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)性及粉質(zhì)粘土含水率等因素，確定墻體填料中原料土：膨潤(rùn)土：PAC-LV的干重比為89.5%：10%：0.5%。

3.2現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

干拌法工藝主要施工步驟包括：（1）測(cè)量放樣；（2）填充泥漿配制；（3）開(kāi)挖成槽；（4）干拌填料的制備；（5） HDPE膜安裝下放；（6）干料回填。

濕拌法工藝主要施工步驟包括：（1）測(cè)量放樣；（2）拌合泥漿配制；（3）開(kāi)挖成槽；（4）濕拌填料的制備；（5） HDPE膜安裝下放；（6）濕料回填。

具體施工步驟見(jiàn)圖1。

3.2.1測(cè)量放樣

根據(jù)阻隔結(jié)構(gòu)的布設(shè)位置，采用RTK進(jìn)行測(cè)量放樣。

3.2.2泥漿配制

干拌法的填充泥漿及濕拌法的拌合泥漿特性要求一致，同時(shí)開(kāi)展制備。利用現(xiàn)場(chǎng)條件，開(kāi)挖坑槽作為泥漿配制的泥漿池，采用高速攪拌機(jī)進(jìn)行膨潤(rùn)土泥漿配制，泥漿中膨潤(rùn)土質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制為6%。配制泥漿進(jìn)行比重、粘度測(cè)量，檢測(cè)結(jié)果分別為1.04～1.06g/cm3、>101s，滿足設(shè)計(jì)使用要求。為避免漿液結(jié)塊情況的出現(xiàn)，制備后的泥漿放置24小時(shí)后進(jìn)行使用，確保膨潤(rùn)土充分水化。

3.2.3開(kāi)挖成槽

此場(chǎng)地表層為穩(wěn)定沉降數(shù)十年的礦化垃圾，開(kāi)挖穩(wěn)定性較好，復(fù)合阻隔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)深度約為5.5m，開(kāi)挖深度較淺。結(jié)合開(kāi)挖需求及相關(guān)施工工程經(jīng)驗(yàn)，采用長(zhǎng)臂挖機(jī)直接開(kāi)挖成槽。成槽過(guò)程中對(duì)槽的寬度、深度、垂直度等進(jìn)行檢測(cè)，出現(xiàn)與設(shè)計(jì)不符情況時(shí)，及時(shí)進(jìn)行修正。

3.2.4回填料制備

3.2.4.1干拌填料制備

將粉質(zhì)粘土、膨潤(rùn)土、PAC-LV置于現(xiàn)場(chǎng)空地中，采用挖掘機(jī)攪拌的方式，反復(fù)翻拋、攪拌，直至混合均勻至外觀分散均勻、無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象。

3.2.4.2濕拌填料制備

在攪拌機(jī)中加入設(shè)計(jì)配比的現(xiàn)場(chǎng)粉質(zhì)粘土及混合均勻的納基膨潤(rùn)土、PAC-LV，而后逐漸加入配置好的拌合膨潤(rùn)土泥漿進(jìn)行攪拌混合。在填料使用前，對(duì)回填填料進(jìn)行坍落度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為100mm～120mm，滿足100mm～150mm的設(shè)計(jì)要求。

3.2.5HDPE膜安裝下放

HDPE膜是復(fù)合阻隔結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵組成，HDPE膜的安裝下放主要包含HDPE膜的裁剪、HDPE膜與鎖扣的焊接、焊接效果檢測(cè)、HDPE膜的運(yùn)輸、HDPE膜的固定、膨脹止水條的安裝、HDPE膜的下放等。

由于復(fù)合阻隔結(jié)構(gòu)建設(shè)深度較淺，焊接有鎖扣的HDPE膜采用“挖機(jī)直壓+人工配合”的方式進(jìn)行下放，下放過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行膨脹止水條的安裝。

3.2.6填料回填

3.2.6.1干拌填料回填

采用裝載機(jī)直接將混合均勻的填料緩慢導(dǎo)入溝槽進(jìn)行回填，每回填50cm～80cm高度的填料后，加入填充膨潤(rùn)土泥漿填充干料之間的孔隙，促進(jìn)墻體的成型，而后再回填填料，依次交替，直至回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.2.6.2濕拌填料回填

濕拌填料采用導(dǎo)管法澆筑回填，導(dǎo)管的開(kāi)澆順序?yàn)樽缘吞幹粮咛?，利用填料的自重作用自底部往上均勻進(jìn)料，注料過(guò)程中，槽孔內(nèi)拌合料面高差控制在0.5m內(nèi)。

4效果監(jiān)測(cè)及分析

在阻隔墻構(gòu)筑完成后，分別通過(guò)注水試驗(yàn)、取芯試驗(yàn)對(duì)墻體的滲透系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并建設(shè)地下水監(jiān)測(cè)井對(duì)阻隔區(qū)內(nèi)外的水位差、水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析其風(fēng)險(xiǎn)管控效果。墻體檢測(cè)點(diǎn)位及地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)見(jiàn)圖2。

4.1墻體滲透系數(shù)檢測(cè)

采用注水試驗(yàn)、鉆探取芯試驗(yàn)對(duì)墻體的滲透系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)分析，具體如下：

4.1.1注水試驗(yàn)

在墻體完成建設(shè)后的20d，參照《水利水電工程注水試驗(yàn)規(guī)程》（SL345-2007）分別對(duì)干拌法、濕拌法構(gòu)筑的墻體開(kāi)展降水頭注水試驗(yàn)工作，試驗(yàn)結(jié)果表明干拌法滲透系數(shù)達(dá)9.6E-08cm/s，而濕拌法滲透系數(shù)達(dá)2.3E-08cm/s。

4.1.2取芯試驗(yàn)

在墻體完成建設(shè)后的20d、40d、90d，分別對(duì)Z1、22進(jìn)行鉆探取樣，參照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123-2019）分析取芯樣品的滲透系數(shù)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

根據(jù)注水試驗(yàn)及取芯試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果可知，干法、濕法墻體均可達(dá)10cm/s～7cm/s級(jí)別，滿足工程要求。濕拌法、干拌法制備墻體的滲透系數(shù)隨時(shí)間變化關(guān)系見(jiàn)圖3。

由圖3可知，在相同時(shí)間條件下，濕拌法墻體的滲透系數(shù)比干拌法低，而干拌法墻體樣品滲透系數(shù)隨著時(shí)間變化，變小的趨勢(shì)顯著，分析原因如下：濕拌法墻體的填料在制備過(guò)程中，以膨潤(rùn)土泥漿作為土、改性膨潤(rùn)土混合的拌合泥漿，可使填料充分混合，且處于水化轉(zhuǎn)態(tài)的改性膨潤(rùn)土與土的固結(jié)性較好，因而濕拌法墻體在墻體構(gòu)筑初期即表現(xiàn)了較低的滲透系數(shù)特性；干拌法填料在制備過(guò)程中，僅將原料土與改性膨潤(rùn)土直接拌合，回填溝槽后，在場(chǎng)地地下水作用下，改性膨潤(rùn)土逐步水化膨脹，進(jìn)而粘結(jié)為稠狀膠體、與原料土進(jìn)一步固結(jié)，逐步提升防滲性能，故滲透系數(shù)在初期較高而后逐漸降低。

另外，在相同時(shí)間條件下，注水試驗(yàn)對(duì)滲透系數(shù)的檢測(cè)結(jié)果低于取芯試驗(yàn)。

4.2水位差監(jiān)測(cè)

在阻隔墻建設(shè)完成后的30d，通過(guò)遙測(cè)水位計(jì)持續(xù)監(jiān)測(cè)各監(jiān)測(cè)井的地下水水位，分析其水位差，水位差變化見(jiàn)圖4。

由圖4可知，阻隔區(qū)內(nèi)側(cè)地下水水位基本低于阻隔區(qū)外側(cè)，阻隔區(qū)內(nèi)側(cè)與濕拌法墻體外側(cè)、干拌法墻體外側(cè)的平均水位差分別為-0.43m、-0.02m，由于逆水頭差的存在，阻隔區(qū)內(nèi)污染物不易隨地下水向周邊環(huán)境遷移，利于阻隔墻對(duì)污染物的風(fēng)險(xiǎn)阻控。

4.3水質(zhì)監(jiān)測(cè)

在阻隔墻建設(shè)完成后的第50d、第100d、第240d、第360d，對(duì)各監(jiān)測(cè)井中地下水進(jìn)行采樣，分析COD、BOD、氨氮、總氮、鎳、砷、鉛、汞、糞大腸菌群等一般填埋場(chǎng)地下水特征污染因子，具體情況如下：

阻隔區(qū)內(nèi)、外地下水中的重金屬汞、糞大腸菌群指標(biāo)均未檢出。

阻隔區(qū)內(nèi)、外地下水中重金屬鉛的濃度總體呈下降趨勢(shì)，其中阻隔區(qū)內(nèi)J1點(diǎn)位地下水中重金屬鉛濃度由31ug/L下降至9.14ug/L，阻隔區(qū)外地下水中重金屬鉛的濃度最終下降至未檢出，J2點(diǎn)位濃度變化情況為3.96ug/L-2.95ug/L-0.15ug/L-ND，J3點(diǎn)位濃度變化情況為1.74ug/L-6.03ug/L-0.13ug/L-ND。

阻隔區(qū)內(nèi)、外地下水中COD、BOD5、氨氮、總氮、鎳、砷等指標(biāo)的濃度變化情況見(jiàn)圖5。

綜上，阻隔區(qū)內(nèi)、外地下水水質(zhì)均呈現(xiàn)總體下降趨勢(shì)，且阻隔區(qū)內(nèi)污染物檢出濃度高于阻隔區(qū)外側(cè)，說(shuō)明阻隔墻對(duì)地下水污染起到了較好的阻控效果。

5結(jié)論

針對(duì)垃圾填埋場(chǎng)滲漏致使的地下水污染風(fēng)險(xiǎn)，文章以南方某非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)為對(duì)象，探究了干拌、濕拌法工藝構(gòu)筑柔性阻隔墻的應(yīng)用效果，發(fā)現(xiàn)干拌、濕拌法施工構(gòu)筑土一膨潤(rùn)土阻隔墻的滲透系數(shù)均可達(dá)10cm/s～7cm/s級(jí)別，可結(jié)合場(chǎng)地的地層、水位及施工等條件選擇合適的墻體構(gòu)筑工藝，墻體與HDPE膜構(gòu)筑的復(fù)合阻隔墻可進(jìn)一步保障防滲效果，而相比于濕拌法工藝，干拌法具備施工工藝簡(jiǎn)單，操作便利，施工效率高的特點(diǎn)。在360d的監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，阻隔區(qū)內(nèi)、外側(cè)水位總體呈逆水頭特征，阻隔區(qū)內(nèi)側(cè)地下水污染物檢出濃度高于外側(cè)，阻隔區(qū)周邊地下水水質(zhì)總體呈下降趨勢(shì)。應(yīng)用于本場(chǎng)地的阻隔墻有效發(fā)揮了對(duì)地下水風(fēng)險(xiǎn)的阻控作用，為類似場(chǎng)地及工程項(xiàng)目提供了參考及借鑒。