剛—柔性垂直防滲墻在填埋場污染治理中的應用

孫曉東　黃志亮　曹占強

[摘要]近年來國家對環境保護越發重視，在大型垃圾填埋場環境污染治理項目中聯合應用剛—柔性垂直防滲墻，可以全面、有效阻隔和管控污染風險。上部松散覆蓋層主要采用以HDPE土工膜為主材的柔性垂直防滲帷幕，防滲性能可達到1×10-7 cm/s以下；下部基巖采用以水泥膨潤土漿液為主材的剛性垂直防滲帷幕，透水率小于10Lu；二者通過灌注密封劑緊密連接，污染阻控效果良好。在穿壩涵管等防滲墻施工有困難的地段，采用環氧樹脂混凝土密封加固，亦可取得良好的防滲效果。

[關鍵詞]剛—柔性垂直防滲墻；HDPE土工膜；帷幕灌漿；污染治理

垂直防滲技術主要是利用地下阻隔封存污染物或改變地下水流向，以達到控制污染水平遷移的目的。為了達到阻止地下污染物遷移的目的，要求垂直防滲墻有非常低的滲透性，實際應用中要求滲透系數小于1.0×10-7 cm/s；同時，防滲墻要有較好的連續性和耐久性。垂直防滲墻種類主要包括：土—膨潤土防滲墻、水泥—膨潤土防滲墻、土—水泥—膨潤土防滲墻、土工膜復合防滲墻、塑性混凝土防滲墻、深層攪拌灌漿土防滲墻、噴射灌漿防滲墻、板樁防滲墻等。在污染源阻控或污染場地具體應用時，需要基于風險控制目標，根據場地條件、污染物性質、風險特征和阻隔技術自身的特點等多種因素綜合考慮，篩選出場地條件下最適宜的工程控制技術。

近年來隨著國家對環境保護工作的越發重視，大型垃圾填埋場的生態修復項目越來越多。作為一種風險管控手段，剛—柔性垂直防滲墻的聯合應用也更加普遍。本文選取某大型垃圾填埋場壩體滲漏治理工程案例，論述采用剛—柔性垂直防滲墻作為風險管控手段的有效性。

1 填埋場現狀

鳥魯木齊市大浦溝生活垃圾填埋場為大型山谷型垃圾填埋場，填埋庫區總占地面積約5×105 m2，總庫容約3×107 m3，已填埋生活垃圾1.08×107 m3。2012年以來，垃圾填埋場出現滲濾液滲漏現象，滲漏的主要原因為庫區內防滲材料破損，同時場底的導排系統嚴重堵塞，造成大量滲濾液貯存在填埋庫區內。導排系統部分失效后，導致下游垃圾壩壩前水位升高、滲透壓力增大，造成壩體滲漏。

填埋庫區所處地貌為沖溝，成因為侵蝕—剝蝕類型，沖溝寬350～650 m，溝深30～80 m，沖溝形態隨切割基巖的軟硬呈V型及U型谷蜿蜒。

根據地勘資料，填埋庫區及垃圾壩壩基區域地層主要分為兩層：

第①層：沖洪積含礫粉土、網礫層（Q4al+pl），在溝底呈三角形分布，為土黃色（壩后坡角處為灰黑色，有臭味），濕，中密，以網礫（50%）、角礫（20%）為主，粉土和砂（25%）為主要充填物，含少量卵石，最大粒徑80 mm，承載力值350 kPa，滲透系數k=7×10-3 cm/s。

第②層：侏羅系地層（J1b）以砂巖為主，含少量泥巖，巖層產狀：走向N42°E，傾向SE，傾角77°，砂巖屬于中硬巖，泥巖屬于較軟巖，遇水易崩解，砂巖承載力3000 kPa。

填埋庫區區域地下水補給源主要為融雪水和暴雨洪水入滲補給，庫區上游及兩岸均為基巖出露，無地下水分布，僅溝底覆蓋第四系沖洪積層，其厚度不大，有少量潛水分布。下伏侏羅系砂、泥巖，因此，庫區地下水主要賦存于溝底第四系沖洪積層中，溝底地下水埋深為0.8～1.8 m，屬第四系孔隙潛水，沿溝谷由上游向下游緩慢徑流，自西南向東北方向流出庫區后轉向北排泄。

2 治理思路

2.1 治理目的

利用現有垃圾壩壩基區域的天然地形，對壩基設置垂直防滲阻隔，采用地下盲管匯集滲漏的滲濾液，形成重力流匯入滲濾液調節池處理，從而降低壩體滲漏形成的污染風險。

2.2 總體方案

垃圾壩壩基上部松散覆蓋層主要截污區域采用柔性垂直防滲帷幕（HDPE土工膜為主要材料），滲透系數k≤1×107 cm/s；下部基巖部分采用剛性垂直防滲帷幕（灌漿漿材為水泥+膨潤土），處理后的基巖透水率q≤10Lu。施工期間，在HDPE土工膜下放完畢后，向土工膜底部灌注密封劑使下部和上部剛—柔性防滲墻體緊密連接。通過設置剛—柔性垂直防滲帷幕，使垃圾壩形成一個半封閉的防滲體，將垃圾壩內側區域被污染的地下水攔截于庫區內側，再通過導流盲管將滲出的滲濾液導排至調節池處理（圖1）。

2.3 柔性垂直防滲帷幕

柔性垂直防滲帷幕是以高密度聚乙烯（HDPE）土工膜為主材，側面配置有“E型”連接鎖扣，內置膨脹止水條。土工膜下放完畢后，底部灌注密封劑與下部剛性垂直防滲帷幕相連，形成半封閉防滲體。本工程選用3 mm厚度HDPE土工膜。

柔性垂直防滲帷幕墻寬0.8 m，帷幕深入全風化基巖不小于1m，柔性帷幕平均深度約16 m。選用開槽式施工工法，主要工藝流程（圖2）：平面定位→導墻設置→便道施工→機械開槽→泥漿護壁→成槽清孔→土工膜下放→回填成墻。

2.4 剛性垂直防滲帷幕

剛性垂直防滲帷幕采用雙排帷幕灌漿孔（圖3），即上游排和下游排，排距1.0m，孔距1.2 m。帷幕孔深入中風化基巖不小于1m，剛性帷幕平均深度約20 m。

帷幕灌漿材料采用穩定性漿液——水泥膨潤土漿材，水泥采用P.042.5，膨潤土采用新疆吐魯番優質膨潤土。水泥膨潤土漿液配比為：水泥：膨潤土=1：0.05～1：0.1，干料：水＝1：1～1：4，外加劑為1%-3%的純堿（以水泥重量計）。

帷幕灌漿采用自上而下孔口封閉循環式灌漿法，最大灌漿壓力不宜大于1.5 MPa。灌漿接觸段長2m，其余段長5～6 m，特殊情況下可適當增減，但不得大于10 m。主要-序流程（圖4）：測量放樣→鉆機就位→開孔鉆進第一段至深相應的深度→埋設孔口管→沖洗鉆孔及壓水→灌漿→第二段及其以下各段鉆孔、壓水、灌漿直至終孔深度→封孔檢驗。

2.5 盲管導排

在垃圾壩壩腳與防滲墻之間設置滲濾液導排盲溝（圖5），盲溝內設滲濾液收集花管，滲濾液收集花管再連接滲濾液輸送實管，重力流導排至滲濾液調節池處理。

3 治理效果

防滲墻施工完成后，上部柔性垂直防滲帷幕經雙電極法檢測，每隔15 m設置一道電極，檢測時保證土工膜用水浸濕。利用HPDE土工膜的電絕緣性，在土工膜一側放置一個發射電極，另一側放置一個接收電極，施工過程中對HDPE土工膜進行實時掃描，采集雙電極之間的電勢差，根據電勢分布變化判斷墻體完整性（圖6）。檢測結果顯示上部柔性垂直防滲帷幕完整性良好。

下部剛性垂直防滲帷幕通過壓水試驗測試，壓水試驗采用“五點法”，壓力呈階梯式設置，P1=0.3 MPa，P2=0.6 MPa. P3=1.0 MPa， P4=0.6MPa，P5=0.3 MPa。每隔30m設置一個檢測孔，檢測得到的透水率均小于10Lu（表1）。

據了解，目前壩體滲漏的滲濾液通過盲管導排系統正常排入調節池處理，污染阻控效果良好，總體達到了設計要求（圖7、圖8）。

需要特別說明的是，本工程垃圾壩底部穿壩涵管位于壩基柔性垂直防滲帷幕上中部，地表下1.2m即達涵管上口，涵管外徑約2.0 m，為混凝土預制管。在對涵管部位進行開挖時，發現護壁泥漿循環后，仍出現塌槽現象，無法進行防滲帷幕正常施工。為了保證人員安全及工程順利進行，決定采用環氧樹脂混凝土對涵管部位進行密封加固，具體工法詳見文獻。施工完成后，經檢驗環氧樹脂混凝土試樣及與內置HDPE防滲膜試樣的滲透系數均小于1×10-7 cm/s，滿足設計對帷幕防滲性能的要求。

4 結論

在大型垃圾填埋場環境污染治理項目中聯合應用剛—柔性垂直防滲墻，是一種非常有效的風險管控手段。上部第四系松散覆蓋層主要采用以HDPE土工膜為主材的柔性垂直防滲帷幕，墻體完整性良好，防滲性能可達到1×10-7 cm/s以下；下部基巖采用以水泥膨潤土漿液為主材的剛性垂直防滲帷幕，透水率小于10Lu。兩者通過灌注密封劑緊密相連，可以全面有效的管控污染風險。