一般污染地面防渗做法方案比较与分析

徐 建

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌330038）

目前，一般污染防治区防渗处理主要采取黏土和高密度聚乙烯（HDPE）膜。某工程建设单位依据《石油化工工程防渗技术规范》（GB/T 50934—2013）拟对一般污染防治区各厂房、 固废堆场等地面铺设不低于 100 mm 抗渗混凝土（P6），确保一般污染防治区防渗级别满足等效黏土防渗层 Mb≥1.5 m、K≤1×10-7cm/s 要求。由于本工程现场没有符合要求的黏土，所以采用黏土作为防渗层的做法在本工程不可行。本文拟结合工程实际情况针对采用抗渗混凝土作为防渗层的可行性进行研究，并将该方法与高密度聚乙烯（HDPE）膜处理方式进行经济性比较。

1 工程概况

本建设工程建设规模为年产阴极铜40×104t，年产硫酸 152×104t；建（构）筑物占地面积约 33.8×104m2，主要由熔炼主厂房、精矿仓、铜精矿过滤车间、电解车间、磨浮厂房、酸库及装酸设施、余热发电、收尘系统、生活污水处理设施等组成。依据勘察报告，本工程水文地质情况土层分布见表1。

表1 水文地质分层情况 m

2 环评报告内容

2.1 编制依据

生态环境保护部2016 年1 月7 日发布的《环境影响评价技术导则 地下水环境》（HJ 610—2016）第11.2.2.1 条中的表7[1]明确：一般污染防治区防渗技术要求为 “等效黏土防渗层 Mb≥1.5 m、K≤1×10-7cm/s，或参照 GB 16899—2008 执行”要求。

2.2 污染防治区划分原则

根据项目物料或者污染物泄漏的途径和生产功能单元所处的位置，厂区可划分为重点污染防治区、一般污染防治区和简单污染防治区：1）重点污染防治区指污染地下水环境的物料或污染物泄漏后，不易及时发现和处理的区域或部位；；2）一般污染防治区指污染地下水环境的物料或污染物泄漏后，可及时发现和处理的区域或部位；3）简单污染防治区指没有物料或污染物泄漏，对地下水环境造成污染可能性较小的区域或部位。

2.3 防渗工程的设计标准

防渗工程的设计使用年限宜按 50 年进行设计：1）对于重点污染防治区，防渗级别为等效黏土防渗层 Mb≥6.0 m，K≤1×10-7cm/s；2）对于一般污染防治区，防渗级别为等效黏土防渗层 Mb≥1.5 m，K≤1×10-7cm/s；3）对于简单污染防治区，视情况进行防渗或地面硬化处理，不采取专门针对地下水污染的防治措施。

2.4 分区防渗措施

根据项目可研，不同的防渗区域采用不同典型防渗措施，在具体设计中应根据实际情况在满足防渗标准的前提下做必要的调整。不同的防渗区域典型防渗措施如下：1）重点污染防治区，指污酸处理站、酸性废水处理站、事故水池、初期雨水收集池、制酸区、电解与净液厂房（非架空区域）、硫化砷渣矿化解毒设施、中和渣固化设施、危废渣临时堆场、白烟尘仓区等。建设单位拟对重点污染防治区中的各生产厂房、 废物暂存场等采用的防渗层结构组成为600 mm 压实黏性土+2 mm 的 HPDE 膜（主防渗层）+600 g/m2土工布（膜上保护层）+场地平整后的基础层的防渗措施，对重点污染防治区中的各水池采用250 mm 抗渗混凝土（P8）浇筑，池壁铺设防渗膜或在池壁内表面刷水泥基防渗涂层或防水砂浆。以此，确保重点污染防治区防渗级别满足等效黏土防渗层Mb≥6.0 m、K≤1×10-7cm/s 的要求。2）一般污染防治区，指熔炼主厂房、电解与净液工段（架空生产区域）、原料库、成品库、硫酸储罐区、渣缓冷场、渣尾矿临时堆场、 冷却循环水池、回用水池、生产废水处理站、渣选矿生产厂房、分析检测中心、综合仓库中机油堆放区、废耐火材料堆放区等。建设单位拟对一般污染防治区各厂房、固废堆场等地面铺设不低于100 mm 抗渗混凝土（P6），各水池铺设不低于250 mm抗渗混凝土（P8），确保一般污染防治区防渗级别满足等效黏土防渗层 Mb≥1.5 m、 K≤1×10-7cm/s 的要求。3）简单污染防治区，指项目其他对厂区地下水基本不存在风险的车间以及各路面、室外地面等部分，应视情况进行防渗或地面硬化处理。

3 相关规范条文

3.1 对防渗做法要求

《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16899—2008）[2]对防渗做法要求如下：1）如果天然基础层饱和油透系数＜1.0×10-7cm/s，且厚度≥2 m，可采用天然黏土防渗衬层。采用天然黏土防渗衬层应满足以下基本条件：压实后的黏土防渗衬层饱和油透系数应＜1.0×10-7cm/s； 黏土防渗衬层的厚度应≥2 m。2）如果天然基础层饱和油透系数＜1.0×10-7cm/s，且厚度≥2 m，可采用单层人工合成材料防渗衬层。人工合成材料衬层下应具有厚度≥0.75 m，且其被压实后的饱和渗透系数＜1.0×10-7cm/s 的天然黏土防渗衬层，或具有同等以上隔水效力的其他材料防渗衬层。人工合成材料防渗衬层应采用满足CJ/T 234—2006 中规定技术要求的高密度聚乙烯或者其他具有同等效力的人工合成材料。3）如果天然基础层饱和油透系数≥1.0×10-5cm/s，或者天然基础层厚度＜2 m，应采用双层人工合成材料防渗衬层。下层人工合成材料防衬层下应具有厚度≥0.75 m，且其被压实后的饱和油透系数＜1.0×10-7cm/s 的天然黏土衬层，或具有同等以上隔水效力的其他材料衬层；两层人工合成材料衬层之间应布设导水层及渗漏检测层。

3.2 对防渗材料及铺设基本要求

《有色金属工业环境保护工程设计规范》[3]（GB 50988—2014）对防渗材料及铺设基本要求如下。

1）黏土防渗衬层应符合下列要求：（1）黏土塑性指数应＞10%，粒径应为0.075～4.740 mm，应至少含有20%的细粉，含砂砾量应＜10%，不应含有直径＞30 mm 的土粒。若现场缺乏合格黏土，可添加4%～5%的膨润土。宜选用钙质膨润土或钠质膨润土，选用钠质膨润土时，应防止化学品和渗滤液的侵害。（2） 黏土防渗层的处理应对黏土衬层进行压实，压实系数应≥0.94，压实后的厚度应≥0.5 m，且渗透系数应≤1.0×10-7cm／s。黏土衬层应设计一定坡度,在周边斜坡上可铺设平行于斜坡表面或水平的铺层，但平行铺层不应建在坡度＞1∶2.5 的斜坡上，应使1 个铺层中的高渗透区与另1 个铺层中的高渗透区不连续。

2)人工合成衬层的性能应符合下列要求：（1）人工衬层材料应选择具有化学兼容性、耐久性、耐热性、高强度、低渗透率、易维护、无二次污染的材料。采用合成材料膜时，其渗透系数应≤1.0×10-12cm/s。（2）柔性处置场中，上层合成材料膜的厚度应≥2.0 mm，下层合成材料膜的厚度应≥1.0 mm。（3）刚性处置场的底部以及侧面的合成材料膜的厚度均应≥2.0 mm。

3.3 防渗要求

《石油化工工程防渗技术规范》(GB/T 50934—2013)[4]防渗要求如下。1）地面防渗层可采用黏土、抗渗混凝土、高密度聚乙烯(HDPE)膜、钠基膨润土防水毯或其他防渗性能等效的材料。2）当建设场地具有符合要求的黏土时，地面防渗宜采用黏土防渗层，防渗层顶面宜采用混凝土地面或设置厚度≥200 mm的砂石层。3）混凝土防渗层可采用抗渗钢纤维混凝土、抗渗合成纤维混凝土、抗渗钢筋混凝土和抗渗素混凝土。4）混凝土防渗层的耐久性应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2019）的有关规定，并应符合下列规定：混凝土的强度等级不应低于C25，抗渗等级不应低于P6，厚度≥100 mm；钢纤维体积率宜为0.25%～1.00%； 合成纤维体积率宜为0.10%～0.20%；混凝土的配合比设计应符合现行行业标准 《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2011） 和 《纤维混凝土应用技术规程》(JGJ／T 221—2010)的有关规定。5）混凝土防渗层应设置缩缝和胀缝，并应符合下列规定：纵向和横向缩缝、胀缝宜垂直相交，缩缝和胀缝的间距应符合表2 的规定。

表2 缩缝和胀缝的间距 m

4 方案比较

4.1 技术方面

1）依据环评报告防渗工程的设计标准，防渗工程的设计使用年限宜按 50 年进行设计。工业地面在设计使用年限内，要保证不开裂和很难被破坏，抗渗混凝土作为工业地面的防渗层不可取。

2）依据GB/T 50934—2013，当地面有硬化要求且基层后期沉降不大时，一般采用混凝土防渗层；当基层后期沉降较大时，一般铺设高密度聚乙烯(HDPE)膜或钠基膨润土防水毯防渗层。依据本工程工勘报告，场地大部分区域存在3～5 m 的素填土，且场地采用的地基处理方式为强夯处理，故应按基层后期沉降较大考虑。

3）依据 GB/T 50934—2013 第 5.2.4 和 5.2.5 的条文说明，工业地面掺加钢纤维的目的主要是抗裂、提高整体性，掺加合成纤维的目的主要是控制混凝土早期收缩裂缝。纤维体积率是纤维混凝土中纤维含量的表示方法之一,在设计参数选择时可采用。目前工程中，用于钢纤维混凝土的纤维体积率多数为0.25%～1.00%，用于合成纤维混凝土的纤维体积率多数为0.10%～0.20%。最终确定采用的纤维体积率值应经试验验证。混凝土防渗层板缝可分为缩缝、胀缝。为有效地控制裂缝，设置合理的板缝间距是非常重要的。影响缩缝间距的主要因素有混凝土板厚、混凝土的强度等级、骨料类型、气候条件、是否配钢筋或掺加纤维。添加钢钎维会增加成本，设置缩缝、胀缝会影响地面的美观和使用。

4） 结合 GB 16889—2008、GB 50988—2014 和GB/T 50934—2013，铺设高密度聚乙烯(HDPE)膜（图1），做法如下：（1）高密度聚乙烯(HDPE)膜，厚度不宜＜1.50 mm，埋深不宜＜300 mm。（2）膜上、膜下应设置保护层，保护层可采用长丝无纺土工布，膜下保护层也可采用不含尖锐颗粒的砂层，厚度不宜＜100 mm；（3）膜上保护层以上应设置砂石层，厚度不宜＜200 mm。

图1 高密度聚乙烯(HDPE)膜防渗层示意

此做法在安全性和可行性上都是可靠的，适用于本工程。

4.2 造价方面

1）经询价 1.5 mmHDPE 膜的价格约为 21.5 元/m2；土工布价格（断裂强度不宜＜30 kN／m，单位面积质量不宜＜600 g／m2）约为 6 元/m2；施工费用约为 5 元/m2；累计费用约为38.5 元/m2。

2）采用钢筋混凝土刚性地面做法，按照GB/T 50934—2013 第 5.2.5 条和第 5.2.4 条文说明。增加抗渗添加剂费用约为 20 元/m2；添加钢纤维（55 kg/m3）费用约为50 元/m2；缩缝、胀缝填缝材料及施工费用约为 10 元/m2。这些措施累计费用约为 80 元/m2。

5 结论

综上所述，一般污染防治区采用抗渗混凝土作为防渗层的做法，其不可控因素比较多，如：沉降引起的开裂、混凝土早期收缩裂缝、温度引起的干缩裂缝、后期裂缝及分缝处理等，而且在设计使用周期内保证工业地面不开裂是很难实现的。即使能实现所产生的措施成本及后期的维修费用，也将远远大于铺设防渗膜的成本。因此本工程采用抗渗混凝土作为防渗层的做法是不可取的，采用“1.5 mm HDPE膜+两层600 g 土工布”的做法是既安全、经济又可行的，是本工程一般污染防治区地面防渗做法的优选方案。