干拌法柔性阻隔墙在污染场地风险阻控中的应用及研究

占升 元妙新 徐华锺 张飞 陈欢

关键词：填埋场；渗漏；柔性阻隔墙；干拌法；风险阻控

前言

自2020年开始，中国原生垃圾的处理将逐渐步入“零填埋”时代，但仍有大量存量垃圾填埋场分布于中国境内。据统计，截止2019年，中国现役卫生填埋场1885座。截止2018.07，中国非正规垃圾填埋场（堆放点）的数量为27874座。中国环境科学研究院在对国内10余个省市约30家卫生垃圾填埋场的调研中，发现填埋场的防渗层漏洞平均约34个，防渗层的缺乏及破损易致使渗滤液泄露，从而对周边地下水环境存在污染风险。由于历史遗留原因，非正规垃圾填埋场（堆放点）多未铺设防渗系统，污染周边地下水环境的问题尤为凸显。因而，中国垃圾填埋场普遍存在渗漏风险，易对周边水系造成影响。

针对渗滤液渗漏污染周边地下水的问题，垂直阻隔技术是现工程领域中较为常用的风险管控技术。相比于帷幕灌浆、三轴搅拌桩、塑性混凝土墙等阻隔墙体，柔性阻隔墙具备渗透系数低、防渗效果及化学相容性好的特点，但在工程领域中的应用相对较少，施工工艺不够成熟。文章以南方某非正规垃圾填埋场为研究对象，分别开展干拌、湿拌法工艺构筑复合阻隔墙，分析墙体渗透系数，结合阻隔区内、外水头差及水质变化情况探究其风险阻控效果，以期为类似工程提供参考及借鉴。

1研究区概况

此填埋场位于浙江东南部，场地周边分布河流、工厂宿舍、公寓等环境敏感点，属未设有任何环保设施的简易垃圾填埋场，对周边环境存在较大的污染风险。针对该简易垃圾填埋场，总体采用开挖筛分资源化利用的综合治理技术，但填埋场临河侧的部分填埋垃圾存在较大的开挖风险，为有效控制该区域地下水污染的扩散风险，在其四周构筑阻隔墙，形成阻隔区，阻隔区占地面积约0.4万m2。阻隔区地层及水文地质条件如下。

1.1地层结构

自地表以下，地层主要分布有生活垃圾层、粉质粘土层、含砂层及淤泥质粘土层，其中生活垃圾层埋深为0m～5.2m，粉质粘土层埋深为3.8m～8.4m，含砂层埋深为7.0m～20.6m，淤泥质粘土层埋深为19.5m～23.0m。

1.2水文地质条件

场地地下水主要为浅部粘性土中的孔隙潜水和下部圆砾层中的孔隙承压水。浅部孔隙潜水赋存介质主要为垃圾土、淤泥与细砂的互层，其中垃圾土中多为包气带水，水径流条件一般，水量主要受季节变化及赋存介质中砂含量高低的影响。地下水位埋深浅，主要受大气降水及周边潮水位的影响，排泄以蒸发为主。

结合地勘信息可知，垃圾层底分布有3.0m～3.4m厚的粉质粘土层，渗透系数达10cm/s～7cm/s级别，渗透系数低、整场均匀分布，可视为天然的隔水层。故在此基础上构筑垂直阻隔墙可有效控制污染物扩散，为确保污染物的有效阻隔，墙体渗透系數需达10cm/s～7cm/s级别。

2阻隔墙设计

为有效阻控未开挖垃圾的地下水污染风险，在未开挖垃圾四周建设阻隔墙构筑阻隔区，而针对污染扩散风险更大的临河侧．综合场地条件、墙体防渗效果及耐久性等因素，研究采用土一膨润土-HDPE膜复合阻隔墙进行风险阻控。

2.1阻隔墙长度

结合场地信息，阻隔墙长度约145m。

2.2阻隔墙厚度

阻隔墙的设计厚度主要由阻隔墙两侧的水头差和由此产生的渗透、污染物的迁移扩散，开挖设备能力，工后沉降以及其自身的吸附能力决定，设计土一膨润土墙的宽度为60cm。

2.3阻隔墙深度

结合地勘信息，设计阻隔墙嵌入场地粉质粘土层1m，土一膨润土-HDPE膜复合阻隔墙平均建设深度为5.5m。

2.4阻隔墙材料

墙体的主要试验材料为土、膨润土、HDPE膜。土的颗粒大小和级配影响阻隔墙的渗透系数，设计采用细颗粒土为主的场地粉质粘土作为原料土；膨润土选用湖州产地的纳基膨润土，膨胀系数为23ml/2g，使用前，采用PAC-LV进行改性；采用具有卓越的抗化学性能，使用寿命长的HDPE膜作为复合阻隔结构的土工膜，膜规格为3mm厚。

3阻隔墙构筑

鉴于柔性阻隔墙施工工艺不够成熟的现状，分别采用干拌法、湿拌法进行土-膨润土-HDPE膜复合阻隔墙实践，探究不同施工工艺对构筑阻隔墙的效果影响。

3.1室内配合比试验

在阻隔墙构筑前，基于前期研究成果，采用施工材料开展两组室内配合比试验，墙体填料为粉质粘土、膨润土、PAC-LV、水，A组投加量为1000g、89g、4.2g、320g，B组投加量为1000g、100g、10g.430g，墙体渗透系数检测结果表明A组的渗透系数为5.69E-08cm/s、B组的渗透系数为3.78E-08cm/s，两组配合比试验制备的填料的渗透系数均可达10cm/s～8cm/s，结合现场试验的经济性及粉质粘土含水率等因素，确定墙体填料中原料土：膨润土：PAC-LV的干重比为89.5%：10%：0.5%。

3.2现场实施

干拌法工艺主要施工步骤包括：（1）测量放样；（2）填充泥浆配制；（3）开挖成槽；（4）干拌填料的制备；（5） HDPE膜安装下放；（6）干料回填。

湿拌法工艺主要施工步骤包括：（1）测量放样；（2）拌合泥浆配制；（3）开挖成槽；（4）湿拌填料的制备；（5） HDPE膜安装下放；（6）湿料回填。

具体施工步骤见图1。

3.2.1测量放样

根据阻隔结构的布设位置，采用RTK进行测量放样。

3.2.2泥浆配制

干拌法的填充泥浆及湿拌法的拌合泥浆特性要求一致，同时开展制备。利用现场条件，开挖坑槽作为泥浆配制的泥浆池，采用高速搅拌机进行膨润土泥浆配制，泥浆中膨润土质量分数控制为6%。配制泥浆进行比重、粘度测量，检测结果分别为1.04～1.06g/cm3、>101s，满足设计使用要求。为避免浆液结块情况的出现，制备后的泥浆放置24小时后进行使用，确保膨润土充分水化。

3.2.3开挖成槽

此场地表层为稳定沉降数十年的矿化垃圾，开挖稳定性较好，复合阻隔结构的设计深度约为5.5m，开挖深度较浅。结合开挖需求及相关施工工程经验，采用长臂挖机直接开挖成槽。成槽过程中对槽的宽度、深度、垂直度等进行检测，出现与设计不符情况时，及时进行修正。

3.2.4回填料制备

3.2.4.1干拌填料制备

将粉质粘土、膨润土、PAC-LV置于现场空地中，采用挖掘机搅拌的方式，反复翻抛、搅拌，直至混合均匀至外观分散均匀、无明显团聚现象。

3.2.4.2濕拌填料制备

在搅拌机中加入设计配比的现场粉质粘土及混合均匀的纳基膨润土、PAC-LV，而后逐渐加入配置好的拌合膨润土泥浆进行搅拌混合。在填料使用前，对回填填料进行坍落度测试，测试结果为100mm～120mm，满足100mm～150mm的设计要求。

3.2.5HDPE膜安装下放

HDPE膜是复合阻隔结构中的关键组成，HDPE膜的安装下放主要包含HDPE膜的裁剪、HDPE膜与锁扣的焊接、焊接效果检测、HDPE膜的运输、HDPE膜的固定、膨胀止水条的安装、HDPE膜的下放等。

由于复合阻隔结构建设深度较浅，焊接有锁扣的HDPE膜采用“挖机直压+人工配合”的方式进行下放，下放过程中同时进行膨胀止水条的安装。

3.2.6填料回填

3.2.6.1干拌填料回填

采用装载机直接将混合均匀的填料缓慢导入沟槽进行回填，每回填50cm～80cm高度的填料后，加入填充膨润土泥浆填充干料之间的孔隙，促进墙体的成型，而后再回填填料，依次交替，直至回填至设计标高。

3.2.6.2湿拌填料回填

湿拌填料采用导管法浇筑回填，导管的开浇顺序为自低处至高处，利用填料的自重作用自底部往上均匀进料，注料过程中，槽孔内拌合料面高差控制在0.5m内。

4效果监测及分析

在阻隔墙构筑完成后，分别通过注水试验、取芯试验对墙体的渗透系数进行检测，并建设地下水监测井对阻隔区内外的水位差、水质进行监测，分析其风险管控效果。墙体检测点位及地下水位监测点布设见图2。

4.1墙体渗透系数检测

采用注水试验、钻探取芯试验对墙体的渗透系数进行检测分析，具体如下：

4.1.1注水试验

在墙体完成建设后的20d，参照《水利水电工程注水试验规程》（SL345-2007）分别对干拌法、湿拌法构筑的墙体开展降水头注水试验工作，试验结果表明干拌法渗透系数达9.6E-08cm/s，而湿拌法渗透系数达2.3E-08cm/s。

4.1.2取芯试验

在墙体完成建设后的20d、40d、90d，分别对Z1、22进行钻探取样，参照《土工试验方法标准》（GB/T 50123-2019）分析取芯样品的渗透系数，检测结果见表1。

根据注水试验及取芯试验检测结果可知，干法、湿法墙体均可达10cm/s～7cm/s级别，满足工程要求。湿拌法、干拌法制备墙体的渗透系数随时间变化关系见图3。

由图3可知，在相同时间条件下，湿拌法墙体的渗透系数比干拌法低，而干拌法墙体样品渗透系数随着时间变化，变小的趋势显著，分析原因如下：湿拌法墙体的填料在制备过程中，以膨润土泥浆作为土、改性膨润土混合的拌合泥浆，可使填料充分混合，且处于水化转态的改性膨润土与土的固结性较好，因而湿拌法墙体在墙体构筑初期即表现了较低的渗透系数特性；干拌法填料在制备过程中，仅将原料土与改性膨润土直接拌合，回填沟槽后，在场地地下水作用下，改性膨润土逐步水化膨胀，进而粘结为稠状胶体、与原料土进一步固结，逐步提升防渗性能，故渗透系数在初期较高而后逐渐降低。

另外，在相同时间条件下，注水试验对渗透系数的检测结果低于取芯试验。

4.2水位差监测

在阻隔墙建设完成后的30d，通过遥测水位计持续监测各监测井的地下水水位，分析其水位差，水位差变化见图4。

由图4可知，阻隔区内侧地下水水位基本低于阻隔区外侧，阻隔区内侧与湿拌法墙体外侧、干拌法墙体外侧的平均水位差分别为-0.43m、-0.02m，由于逆水头差的存在，阻隔区内污染物不易随地下水向周边环境迁移，利于阻隔墙对污染物的风险阻控。

4.3水质监测

在阻隔墙建设完成后的第50d、第100d、第240d、第360d，对各监测井中地下水进行采样，分析COD、BOD、氨氮、总氮、镍、砷、铅、汞、粪大肠菌群等一般填埋场地下水特征污染因子，具体情况如下：

阻隔区内、外地下水中的重金属汞、粪大肠菌群指标均未检出。

阻隔区内、外地下水中重金属铅的浓度总体呈下降趋势，其中阻隔区内J1点位地下水中重金属铅浓度由31ug/L下降至9.14ug/L，阻隔区外地下水中重金属铅的浓度最终下降至未检出，J2点位浓度变化情况为3.96ug/L-2.95ug/L-0.15ug/L-ND，J3点位浓度变化情况为1.74ug/L-6.03ug/L-0.13ug/L-ND。

阻隔区内、外地下水中COD、BOD5、氨氮、总氮、镍、砷等指标的浓度变化情况见图5。

综上，阻隔区内、外地下水水质均呈现总体下降趋势，且阻隔区内污染物检出浓度高于阻隔区外侧，说明阻隔墙对地下水污染起到了较好的阻控效果。

5结论

针对垃圾填埋场渗漏致使的地下水污染风险，文章以南方某非正规垃圾填埋场为对象，探究了干拌、湿拌法工艺构筑柔性阻隔墙的应用效果，发现干拌、湿拌法施工构筑土一膨润土阻隔墙的渗透系数均可达10cm/s～7cm/s级别，可结合场地的地层、水位及施工等条件选择合适的墙体构筑工艺，墙体与HDPE膜构筑的复合阻隔墙可进一步保障防渗效果，而相比于湿拌法工艺，干拌法具备施工工艺简单，操作便利，施工效率高的特点。在360d的监测周期内，阻隔区内、外侧水位总体呈逆水头特征，阻隔区内侧地下水污染物检出浓度高于外侧，阻隔区周边地下水水质总体呈下降趋势。应用于本场地的阻隔墙有效发挥了对地下水风险的阻控作用，为类似场地及工程项目提供了参考及借鉴。