刚—柔性垂直防渗墙在填埋场污染治理中的应用

孙晓东　黄志亮　曹占强

[摘要]近年来国家对环境保护越发重视，在大型垃圾填埋场环境污染治理项目中联合应用刚—柔性垂直防渗墙，可以全面、有效阻隔和管控污染风险。上部松散覆盖层主要采用以HDPE土工膜为主材的柔性垂直防渗帷幕，防渗性能可达到1×10-7 cm/s以下；下部基岩采用以水泥膨润土浆液为主材的刚性垂直防渗帷幕，透水率小于10Lu；二者通过灌注密封剂紧密连接，污染阻控效果良好。在穿坝涵管等防渗墙施工有困难的地段，采用环氧树脂混凝土密封加固，亦可取得良好的防渗效果。

[关键词]刚—柔性垂直防渗墙；HDPE土工膜；帷幕灌浆；污染治理

垂直防渗技术主要是利用地下阻隔封存污染物或改变地下水流向，以达到控制污染水平迁移的目的。为了达到阻止地下污染物迁移的目的，要求垂直防渗墙有非常低的渗透性，实际应用中要求渗透系数小于1.0×10-7 cm/s；同时，防渗墙要有较好的连续性和耐久性。垂直防渗墙种类主要包括：土—膨润土防渗墙、水泥—膨润土防渗墙、土—水泥—膨润土防渗墙、土工膜复合防渗墙、塑性混凝土防渗墙、深层搅拌灌浆土防渗墙、喷射灌浆防渗墙、板桩防渗墙等。在污染源阻控或污染场地具体应用时，需要基于风险控制目标，根据场地条件、污染物性质、风险特征和阻隔技术自身的特点等多种因素综合考虑，筛选出场地条件下最适宜的工程控制技术。

近年来随着国家对环境保护工作的越发重视，大型垃圾填埋场的生态修复项目越来越多。作为一种风险管控手段，刚—柔性垂直防渗墙的联合应用也更加普遍。本文选取某大型垃圾填埋场坝体渗漏治理工程案例，论述采用刚—柔性垂直防渗墙作为风险管控手段的有效性。

1 填埋场现状

鸟鲁木齐市大浦沟生活垃圾填埋场为大型山谷型垃圾填埋场，填埋库区总占地面积约5×105 m2，总库容约3×107 m3，已填埋生活垃圾1.08×107 m3。2012年以来，垃圾填埋场出现渗滤液渗漏现象，渗漏的主要原因为库区内防渗材料破损，同时场底的导排系统严重堵塞，造成大量渗滤液贮存在填埋库区内。导排系统部分失效后，导致下游垃圾坝坝前水位升高、渗透压力增大，造成坝体渗漏。

填埋库区所处地貌为冲沟，成因为侵蚀—剥蚀类型，冲沟宽350～650 m，沟深30～80 m，冲沟形态随切割基岩的软硬呈V型及U型谷蜿蜒。

根据地勘资料，填埋库区及垃圾坝坝基区域地层主要分为两层：

第①层：冲洪积含砾粉土、网砾层（Q4al+pl），在沟底呈三角形分布，为土黄色（坝后坡角处为灰黑色，有臭味），湿，中密，以网砾（50%）、角砾（20%）为主，粉土和砂（25%）为主要充填物，含少量卵石，最大粒径80 mm，承载力值350 kPa，渗透系数k=7×10-3 cm/s。

第②层：侏罗系地层（J1b）以砂岩为主，含少量泥岩，岩层产状：走向N42°E，倾向SE，倾角77°，砂岩属于中硬岩，泥岩属于较软岩，遇水易崩解，砂岩承载力3000 kPa。

填埋库区区域地下水补给源主要为融雪水和暴雨洪水入渗补给，库区上游及两岸均为基岩出露，无地下水分布，仅沟底覆盖第四系冲洪积层，其厚度不大，有少量潜水分布。下伏侏罗系砂、泥岩，因此，库区地下水主要赋存于沟底第四系冲洪积层中，沟底地下水埋深为0.8～1.8 m，属第四系孔隙潜水，沿沟谷由上游向下游缓慢径流，自西南向东北方向流出库区后转向北排泄。

2 治理思路

2.1 治理目的

利用现有垃圾坝坝基区域的天然地形，对坝基设置垂直防渗阻隔，采用地下盲管汇集渗漏的渗滤液，形成重力流汇入渗滤液调节池处理，从而降低坝体渗漏形成的污染风险。

2.2 总体方案

垃圾坝坝基上部松散覆盖层主要截污区域采用柔性垂直防渗帷幕（HDPE土工膜为主要材料），渗透系数k≤1×107 cm/s；下部基岩部分采用刚性垂直防渗帷幕（灌浆浆材为水泥+膨润土），处理后的基岩透水率q≤10Lu。施工期间，在HDPE土工膜下放完毕后，向土工膜底部灌注密封剂使下部和上部刚—柔性防渗墙体紧密连接。通过设置刚—柔性垂直防渗帷幕，使垃圾坝形成一个半封闭的防渗体，将垃圾坝内侧区域被污染的地下水拦截于库区内侧，再通过导流盲管将渗出的渗滤液导排至调节池处理（图1）。

2.3 柔性垂直防渗帷幕

柔性垂直防渗帷幕是以高密度聚乙烯（HDPE）土工膜为主材，侧面配置有“E型”连接锁扣，内置膨胀止水条。土工膜下放完毕后，底部灌注密封剂与下部刚性垂直防渗帷幕相连，形成半封闭防渗体。本工程选用3 mm厚度HDPE土工膜。

柔性垂直防渗帷幕墙宽0.8 m，帷幕深入全风化基岩不小于1m，柔性帷幕平均深度约16 m。选用开槽式施工工法，主要工艺流程（图2）：平面定位→导墙设置→便道施工→机械开槽→泥浆护壁→成槽清孔→土工膜下放→回填成墙。

2.4 刚性垂直防渗帷幕

刚性垂直防渗帷幕采用双排帷幕灌浆孔（图3），即上游排和下游排，排距1.0m，孔距1.2 m。帷幕孔深入中风化基岩不小于1m，刚性帷幕平均深度约20 m。

帷幕灌浆材料采用稳定性浆液——水泥膨润土浆材，水泥采用P.042.5，膨润土采用新疆吐鲁番优质膨润土。水泥膨润土浆液配比为：水泥：膨润土=1：0.05～1：0.1，干料：水＝1：1～1：4，外加剂为1%-3%的纯碱（以水泥重量计）。

帷幕灌浆采用自上而下孔口封闭循环式灌浆法，最大灌浆压力不宜大于1.5 MPa。灌浆接触段长2m，其余段长5～6 m，特殊情况下可适当增减，但不得大于10 m。主要-序流程（图4）：测量放样→钻机就位→开孔钻进第一段至深相应的深度→埋设孔口管→冲洗钻孔及压水→灌浆→第二段及其以下各段钻孔、压水、灌漿直至终孔深度→封孔检验。

2.5 盲管导排

在垃圾坝坝脚与防渗墙之间设置渗滤液导排盲沟（图5），盲沟内设渗滤液收集花管，渗滤液收集花管再连接渗滤液输送实管，重力流导排至渗滤液调节池处理。

3 治理效果

防渗墙施工完成后，上部柔性垂直防渗帷幕经双电极法检测，每隔15 m设置一道电极，检测时保证土工膜用水浸湿。利用HPDE土工膜的电绝缘性，在土工膜一侧放置一个发射电极，另一侧放置一个接收电极，施工过程中对HDPE土工膜进行实时扫描，采集双电极之间的电势差，根据电势分布变化判断墙体完整性（图6）。检测结果显示上部柔性垂直防渗帷幕完整性良好。

下部刚性垂直防渗帷幕通过压水试验测试，压水试验采用“五点法”，压力呈阶梯式设置，P1=0.3 MPa，P2=0.6 MPa. P3=1.0 MPa， P4=0.6MPa，P5=0.3 MPa。每隔30m设置一个检测孔，检测得到的透水率均小于10Lu（表1）。

据了解，目前坝体渗漏的渗滤液通过盲管导排系统正常排入调节池处理，污染阻控效果良好，总体达到了设计要求（图7、图8）。

需要特别说明的是，本工程垃圾坝底部穿坝涵管位于坝基柔性垂直防渗帷幕上中部，地表下1.2m即达涵管上口，涵管外径约2.0 m，为混凝土预制管。在对涵管部位进行开挖时，发现护壁泥浆循环后，仍出现塌槽现象，无法进行防渗帷幕正常施工。为了保证人员安全及工程顺利进行，决定采用环氧树脂混凝土对涵管部位进行密封加固，具体工法详见文献。施工完成后，经检验环氧树脂混凝土试样及与内置HDPE防渗膜试样的渗透系数均小于1×10-7 cm/s，满足设计对帷幕防渗性能的要求。

4 结论

在大型垃圾填埋场环境污染治理项目中联合应用刚—柔性垂直防渗墙，是一种非常有效的风险管控手段。上部第四系松散覆盖层主要采用以HDPE土工膜为主材的柔性垂直防渗帷幕，墙体完整性良好，防渗性能可达到1×10-7 cm/s以下；下部基岩采用以水泥膨润土浆液为主材的刚性垂直防渗帷幕，透水率小于10Lu。两者通过灌注密封剂紧密相连，可以全面有效的管控污染风险。