老垃圾填埋场垂直防渗工艺比选

韩晓峰

摘要：对于一些前期未进行垂直防渗规划设计的老垃圾填埋场，在进行垂直防渗处理时垂直防渗施工工艺的正确选择是保证垂直防渗效果达到规范要求的关键一步。以哈尔滨市某未进行前期规划的老垃圾填埋场垂直防渗治理工程为例，通过对多种施工工艺在适应地层、施工效率、造价、施工质量、防渗效果等特点的分析比较，选择了适宜的施工工艺，也为今后类似工程提供了一定的借鉴作用。

Abstract： For some old landfill sites without vertical anti-seepage planning and design in the early stage， the correct selection of vertical anti-seepage construction technology is a key step to ensure that the vertical anti-seepage effect meets the standard requirements. Taking a vertical anti-seepage treatment project of an old waste landfill that has not been planned in Harbin as an example， through the analysis and comparison of the characteristics of various construction techniques， including adapting stratum， construction efficiency， cost， construction quality， anti-seepage effect， etc.， the suitable construction technology is selected to provide a certain reference for similar projects in the future.

关键词：填埋场;垂直防渗;工艺比选

1  工程概况

哈尔滨市某垃圾堆肥处理场于1991年建场，1995年封场，封场时仅对垃圾分层铺设填土然后分层碾压简易处理，未做垃圾渗滤液防渗系统，已出现渗滤液泄露情况，对周围土壤、空气、地表水、地下水和临近河道造成了污染。该垃圾填埋场垃圾平均埋深11m，最大埋深为30m，因此治理过程无法实现水平防渗治理，需采用可靠的垂直防渗治理措施。

该垃圾场存在的主要问题：建设之初未做整体规划，未进行防渗设计，未采取防渗措施;垃圾填埋层厚度大，组成复杂，包括建筑垃圾、工业垃圾和生活垃圾，而且存在大量生活塑料袋，填埋层已经腐烂变质，呈黑臭状;对周围地层、水體及空气污染严重。

根据表1场地范围内各层岩土的渗透系数可知，第③、⑤层砂性土渗透性较强，为强透水层，厚度较大;第④、⑤2 层黏性土渗透性较低，为弱透水层，分布不连续，局部缺失;第⑥层泥岩（含全风化）和第⑦层泥岩（微风化）渗透性极弱，为不透水层，层位连续且均匀，适宜做为垂直防渗隔水底板。

2  垂直防渗处理工艺及比选

成熟的防渗帷幕施工工艺众多，选择合理适宜的施工工艺应该依据填埋场的现场实际情况，考虑场地工程地质、水文地质条件，隔水层深度、地形及稳定情况、渗滤液水质、帷幕需要达到的渗透系数、深度及刚度、当地的材料供应、施工技术水平与施工设备等因素综合确定。常见的垂直防渗工艺有：三管高压旋喷桩防渗帷幕、袖阀管注浆防渗帷幕、三轴搅拌桩防渗帷幕、TRD工法防渗帷幕、塑性混凝土连续墙、垂直铺塑防渗技术以及CSM工法防渗帷幕。

2.1 三管高压旋喷桩防渗帷幕

三管高压旋喷桩防渗帷幕是将注浆浆液、高压水、压缩空气三种介质通过同心钻杆喷射至设计深度，钻杆边旋转边高压喷射流切削周边土体，形成桩体，相互咬合搭接，形成连续防渗帷幕。

该工艺优点是工艺成熟，施工管理较为简单，但是缺点是质量参差不齐，局部存在渗漏情况较为严重的情况。三管高压旋喷桩注浆效果受地质条件影响较大，对空隙较大的松散地层，浆液较为容易渗透，对于空隙较小或微小的较密实地层，浆液不容易渗透。地层存在异物，如生活垃圾袋，较多也会影响成桩效果。此外，造价较高，耗浆量较大，返浆量较大，因此环保施工问题不易控制。防渗帷幕渗透系数一般在10-6cm/s量级，难以达到本场地要求。又因为钻杆提升速度较慢，一般为0.15～0.25m/min，总体工效不高，且一般需投入大量机械设备。

2.2 袖阀管注浆防渗帷幕

袖阀管注浆法是采用地质钻机在桩位提前成孔，然后插入注浆管或利用钻机钻杆将套壳料浆液注入孔内，最后下放安置袖阀管。待周边套壳料凝固后，利用袖阀管对周边地层分层、分段进行多次循环注浆，达到防渗的目的。

该工艺由于采用分层、分段、多次循环精细控制注浆，注浆量相对较少，造价一般。注浆效果取决于施工过程的精细控制，过程控制的好，效果较好，过程控制不严格，则效果一般。防渗帷幕渗透系数不一，渗透系数一般在10-6～10-7cm/s量级。因为需要多次注浆，所以注浆环节工效不高，一般需投入大量机械设备。

2.3 三轴搅拌桩防渗帷幕

三轴搅拌桩防渗帷幕是采用带三个钻杆的搅拌桩机通过钻杆底部的搅拌叶片对地层边旋转搅拌边喷射浆液和压缩空气，达到将土体充分与浆液混合搅拌的目的。多桩相互咬合成为表面较平整、厚度一致的墙体，起到防渗的做用[2] [9]。

该工艺造价低廉，施工效率较高;缺点是能够实施的深度有限，一般不超过15m，而且与较硬底层或岩石基础的衔接深度也受到限制。防渗帷幕渗透系数一般在10～7cm/s量级。

该工艺一般用于处理土层，对于特别坚硬土层，卵石层，风化岩体无法进入搅拌，因此不适合地质情况复杂的地层。

2.4 TRD工法防渗帷幕

TRD工法（Trench-Cutting & Re-mixing Deep Wall Method），也叫等厚度加固土地下连续墙工法。TRD工法首先在地表原位将链锯式刀具箱竖直插入地层中，然后驱动刀具箱进行水平横向运动，由链条带动刀具做上下回转运动。在刀具端头喷出浆液注进入土体，同时注入高压空气使浆液与原位土体充分搅拌混合，将原位土体固结，从而在地下形成一道等厚度的连续墙体。

TRD工法防渗帷幕设备体积庞大，对地基承载力要求较高，需要提前对墙体施工导墙。TRD工法可以充分搅拌土体，耗浆量较少，墙体连续、防渗效果好，但是与岩石基础的衔接深度受限制。防渗帷幕渗透系數一般在10-7～10-8cm/s量级。

该工艺一般用于处理土质较为软弱的土层，对于特别坚硬土层、卵石层、风化岩体，无法切削和搅拌，因此不适合地质情况复杂的地层。

2.5 塑性混凝土连续墙

塑性混凝土连续墙（垂直开槽置换法）是用专门的挖槽设备，沿构筑物边缘，按设计的长度、宽度和深度开挖沟槽，采用触变泥浆护壁，待沟槽成形后，浇筑塑性混凝土形成一定厚度的地下连续墙，以达到防渗效果。塑性混凝土连续墙法防渗效果较好。但该工艺需要进行成槽，采用泥浆护壁，在存在水头差、地下水位不稳定、层间土壤承载力差异较大的地层，易塌孔，且槽段间结合及与基底岩石的衔接是薄弱环节。该方案适用于一般的软黏土、砂土和碎石类土。

2.6 垂直铺塑防渗技术

垂直铺塑技术的原理是利用开槽机械锯杆底部锯齿状刮片的往复运动和锯管喷嘴喷射处的高压水流共同切割土体并造浆，利用反循环泵排渣，首先开出一定深度和宽度（一般为0.15～0.5m）的土槽，然后在槽内铺设土工膜，形成防渗帷幕，以截断渗流通道，从而达到防渗的目的。

垂直铺塑防渗技术最大开槽深度可达16m，且可边开槽边铺塑，一次铺设长度可达50m，接头质量控制技术也已比较成熟，防渗效果较好。垂直铺塑防渗技术造价适中，地层适用情况较好，粘土、细砂、中粗砂及粒径不大于开槽宽度的砾石地层均适用。但该工艺技术无法与基岩有效衔接，且施工深度有限。

2.7 CSM工法防渗帷幕

CSM（Cutter Soil Mixing）工法属于铣削深层搅拌技术，使用两组铣轮绕轴旋转，当铣轮旋转深入地层，同时削掘与破坏土体时，注入固化浆液材料，两铣轮强制性搅拌己松化的土体，以改良土体，形成连续矩形槽段，从而达到防渗的目的。该工法对地层的适应性更高，可以切削坚硬地层（卵砾石地层、泥岩或砂岩等岩层），且可以保证施工质量。

CSM工法防渗帷幕设备体积较庞大，对地基承载力要求较高，由于采用双轮铣切削同时搅拌土体，每个断面均搅拌两次，因此土体搅拌充分，耗浆量较少，防渗效果较好，同时可以连续作业施工，墙体之间搭接较好，可以形成真正意义上的墙体。该工艺造价相比三轴搅拌桩偏高，由于采用了可以切削岩体的双轮铣作为切削钻头，所以施工效率极高，平均每天可施工约600m3，返浆量约为加固土体的20～30%，因此存在一定的废浆外运的问题。防渗帷幕渗透系数一般在10-7cm/s量级。

3  结语

①通过对多种垂直防渗工艺比选的探讨，得到以下结论：各种垂直防渗类型其使用条件各不相同，在进行比选时应根据工程实际地质条件及施工效率、造价、防身效果等各方面的要求综合考虑选择合理合适的垂直防渗型式。

三轴搅拌桩、TRD工法桩无法适用于砂层、垃圾土层、岩层等复杂地层;旋喷桩和袖阀管注浆桩体搭接风险大，效果较差;塑性混凝土防渗墙造价过高，施工工艺复杂，而垂直铺塑防渗技术施工深度有限;CSM工法防渗帷幕完全适用于本地层的砂卵石和风化砂岩、泥岩，同时防渗效果好，施工效率高，工期快。因此本工程适合采用CSM工法桩施工工艺。

②经过对5幅试验墙的顺利施工表明CSM工法完全适用于生活垃圾填埋场地层，能保证成桩垂直度及咬合质量。施工过程中浆液的置换作用，确保了对垃圾填埋土的有效置换，可以看到置换后将也有了明显的颜色变化，此外，随着被置换的浆液一些较大的生活垃圾也一同被置换出来，进一步保证了防渗墙的成桩质量。值得将CSM工法在类似项目中推广使用。

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