黏土固化注漿技術在垃圾填埋場防滲中的應用探討

尹蓮花

摘要：黏土固化劑是一種新的灌漿材料，黏土固化注漿技術在垃圾填埋場防滲施工中具有施工成本低、施工簡單方便、堵水防滲效果好等特點，能顯著提高防滲性能，還能大幅度降低工程的施工成本。文章從黏土固化注漿技術的主要特點，結合垃圾填埋場防滲施工的要求，探討了黏土固化注漿技術在垃圾填埋場防滲中的具體應用。

關鍵詞：黏土固化注漿技術；垃圾填埋場；防滲施工；黏土固化劑；灌漿材料 文獻標識碼：A

中圖分類號：X705 文章編號：1009-2374（2016）24-0087-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.24.043

黏土固化劑是一種由黏土和一定比例的結構劑組成的注漿材料，其中黏土為主要成分，這種固化劑具有良好的黏塑性和可滲性，堵水效果好，具有很好的封閉性，而且黏土作為主要材料來源十分廣泛，價格便宜，成本低廉，能節省大量的資金，在防滲工程中有很大的優勢。筆者根據武漢市陳家沖生活垃圾填埋場的防滲工程施工所采用的黏土固化注漿技術進行分析和研究，經總結，黏土固化注漿技術是一種非常經濟適用的防滲方法。位于武漢市新洲區的陳家沖生活垃圾填埋場是武漢市十大重點環保垃圾填埋場之一，為防止垃圾填埋場的污染物滲入地下水污染下游黃岡、鄂州以及江西省的地下水，根據武漢市環保局的要求，對填埋場基本壩前1m左右采用垂直防滲帷幕，該帷幕上部地層為長江中下游沖積平原的砂土粉質地層，厚度約為5m，孔隙較大，土壤透水性好，地表水極易下滲。

1 黏土固化劑的化學機理及主要性能

1.1 黏土固化劑的化學機理

黏土固化劑的化學機理是其中的主要成分與水產生化學反應，生成大量的硅酸根、鋁酸根和硫酸根，這三種根與水泥發生化學反應產生氫氧化鈣水化鋁酸三鈣以及具有較大膨脹性的硫鋁酸鈣和無定型水化硅酸二鈣，黏土固化劑溶于水后，通過與水發生化學反應吸收漿液中大量的水分，能夠加速水泥的水化反應，產生具有一定強度的結石體，通過充填在空隙之中能夠起到封住孔隙，防滲防漏的作用。黏土中的堿性金屬物質與鋁酸根和硅酸根發生化學反應產生明礬，在氫氧化鈣和硫酸鈣的作用下，明礬石出現膨脹生成膠凝鈣礬石和具有一定韌性的膠凝物質，這些物質能夠改善水泥集料界面的孔隙及應力狀態，可以提高結石體的密實度和抗壓強度，增加結石體的防滲效果。

1.2 黏土固化劑的主要性能

廢棄填埋場屬于特殊結構的建筑物，對結構的防滲性能有著更高的要求，選擇防滲效果好的材料是防止有害物質滲入地下的關鍵環節，材料選擇如果不恰當會破壞帷幕的密封性和防滲的持久性，因此在選擇防滲材料時重點是對黏土固化劑的主要成分進行分析選擇，從漿液的析水性能、滲透性能及耐久性把好關。

1.2.1 漿液的析水性能。漿液的析水性不能過高，析水率過高會使漿液中的結石體下沉使結石體與液體分離導致漿液的強度不均勻，影響到漿液的密實性。本次采用的黏土固化漿液的穩定性不太好，是一種沉淀析水率較高的懸浮體漿液，但是因填埋場帷幕地層縫隙較大，灌注過程中有利于地層中多余水分的排除，對漿液結石有一定的擠密效果，因此不影響防滲效果。

1.2.2 漿液的滲透性能。帷幕的抗滲性能對于廢料填埋場密封處理的效果起著決定性的作用，為了起到防止污水擴散滲漏的作用，帷幕形成的封閉空間滲漏系數不能超過10-5cm/s，在試驗過程中，我們以255型滲透儀對部分試樣進行測試，根據測試結果，我們得知漿液中各組分的變化對結石的滲透性能的影響，水玻璃摻入比例越高抗滲性能越好，水泥比例增加也有增強抗滲性的效果，但是沒有水玻璃明顯，水固比則相反，漿液越稀結石的抗滲性能越差。

1.2.3 漿液的耐久性。帷幕注漿的目的是為了防滲，在施工的時候只是填充于裂縫之中，因此，固結物需要達到一定的強度才能抵抗靜水壓力，根據測算得出，在20m水頭壓力下結石體保持穩定性所需要承受的抗剪強度達到0.005～0.01MPa則為合格，本次試驗中根據維卡儀測試結果顯示7天后帷幕抗剪強度均超過0.03MPa，最高能夠達到2～3MPa，而且由于在潮濕的環境下進行注漿體的養護，潮濕環境中的水分能夠一定程度上增強結石體的強度，因此黏土固化注漿能夠滿足耐久性的強度要求，另外，黏土固化注漿液的黏土成分主要為高嶺土，是一種具有一定惰性的土壤，其中活性陽離子含量少，表面為負電荷，礦物分子內聚能大，這些特點有助于帷幕對有害物質滲透到地下的阻擋效果，而且漿液結石具有良好的可塑性，在帷幕受到局部高壓時結石體只會出現一定的變形而不會出現裂縫，不會影響帷幕的密封效果。

1.3 黏土固化注漿技術的經濟指標

相比純水泥進行基巖灌注，黏土固化注漿在材料費和人工費方面最少，節省成本10%以上，黏土固化劑漿液的主要組成材料為黏土、水泥和固化劑，其中黏土所占比例達到80%以上，水泥所占比例為20%，而固化劑的用量僅為水泥的15%，按照市場價水泥約為40元/kg，固化劑為7.5元/kg，而黏土僅為15元/噸，灌漿材料的綜合成本可以節約20%以上，而且黏土固化漿液具有無析水性，膠凝時間可控等特點，形成的結石體具有膨脹性，在對帷幕進行灌注時可以對漿液的擴散距離進行控制，提高灌注的效率，減少漿液的流失，在節省人工方面更是比傳統水泥灌漿方法節省機械和人工工時15%以上。傳統的垃圾填埋場的防滲加固方法一般是對帷幕采用沖抓回填或者高壓旋噴及土工膜技術作為防滲方法，這幾種方法要么是防滲效果不好，要么是造價太高，要么是施工技術難度大，而黏土固化注漿技術防滲效果好、操作簡單、經濟效益顯著。

2 黏土固化注漿技術在垃圾填埋場防滲中的應用試驗

2.1 注漿試驗孔布置

在布置試驗孔的過程中，要根據帷幕線不同地段的不同地質條件和滲透性特點將注漿試驗孔布置于填埋場的兩側，第一組布置3孔，呈等邊三角形分布，布設于南端鄰水一側；第二組為2孔，布設于北端，孔距為3～5m，孔深以壓水試驗為控制依據，約為20～30m。

2.2 注漿參數的選取

注漿的漿液配合比一般來說要根據實驗室的試驗結果得出的參數來確定，但是由于每個工程項目的氣候、水文、地質等條件各不相同，因此要獲得良好的注漿效果就需要根據施工現場不同地段的單位吸水率選擇進行濃度配比的設計，一般固液質量的比例為1∶3～1∶8不等。注漿段長一般為5～10m，具體長度要根據壓水試驗值的大小確定，注漿壓力值的確定要結合地層情況按照按設計壓力0.4～0.6MPa的要求適當調整，一般完整的基巖段注漿壓力為0.4～0.7MPa，但是武漢市陳家沖垃圾填埋場地層為沖積扇地層，底下為砂土質地層，壓力過大會導致地表冒漿現象的出現，因此要適當減小壓力值，延長注漿的時間。

2.3 注漿工藝

在本次注漿過程中采用了上行式和下行式兩種注漿方式，下行式注漿法主要是用于地層條件復雜的項目，對于一般情況則采用上形式注漿法，本次工程的地層條件較為復雜，因此采用的上行式和下行式相結合的方法，下行式注漿法能夠彌補沖洗液漏失嚴重的問題，而上行式注漿法能夠起到復注效果，有利于注漿效果的實現，兩種方法相互結合符合本次施工的地層條件，堵漏效果好，注漿結果表明，對于地層松散的砂土地質漿液不能過稀，水的比例要適當減少，否則會出現冒漿的現象。

2.4 試驗結果

本次壓水試驗分為注漿前和注漿后兩部分進行，壓水試驗的校驗地點位于第一組三角形的中心和第二組兩孔的中間位置，根據壓水試驗的結果可以看出黏土固化注漿具有非常明顯的防滲效果，平均防滲效果提高了50倍，由此可見采用黏土固化注漿防滲方法達到設計及規范要求的標準是可行的。

3 黏土固化注漿技術施工方法及注意要點

3.1 灌漿材料選擇

黏土固化漿液的材料包括黏土、水泥和水，設備包括黏土打漿機，轉速不低于400r/min的兩個高速攪拌筒、泥漿泵和鉆機等。黏土的黏粒不小于25%，塑性指數不低于15的所有自然土均可，以觀音土或高嶺土最佳，水泥為32.5以上的普通硅酸水泥，水的水質無明顯化學污染的灌溉水或自來水，水中的活性粒子不能過高，黏土固化劑為專利產品。

3.2 制漿方法

首先將黏土用打漿機打碎摻水打成泥漿，然后用第一個高速攪拌筒攪拌1～2分鐘，攪拌結束后對黏土量和水料比進行測試待用，按照配比干拌好水泥黏土固化劑，拌好后放入第一高速攪拌筒攪拌7分鐘以上直至完全攪拌均勻，再放入第二高速攪拌筒攪拌7分鐘待灌。

3.3 灌漿方法

黏土固化注漿的開灌水料比為2∶1，由于不同地層滲水性和濕度不同，注漿過程中對于吸漿量特別大的沙土地層可以充分利用注漿液膠凝時間的可控特點進行漿液水料比的調節或者通過間歇灌注的方式控制漿液擴散半徑，減少漿液的流失度，還能節省施工時間，根據漿液基本無析水性的特點在終灌環節時當灌注達到設計壓力值后續灌10～20分鐘，可以再次節省施工時間。

3.4 注意要點

3.4.1 黏土固化注漿技術從試驗結果看能夠有效地防止垃圾填埋場污染物的下滲，下一步工作是要監測好對有害物質的防滲效果，收集漿液結石在有害物質防護能力方面的資料。

3.4.2 如果漿液吸水情況嚴重，可以添加一些優質膨潤土到漿液中，增加固相顆粒的分散效果。

3.4.3 從現場的施工及測試結果來看，黏土固化注漿技術能夠有效地防止污染物下滲，對環境污染的治理和防范有很大的效果，具有明顯的經濟效益，值得大力推廣應用。

3.4.4 對于地質條件松散的地層需要適當地改進注漿工藝，避免因漿液水分過多導致冒漿現象的出現，混凝土防滲墻的填筑可以采用黏土與水泥混合料。

4 結語

黏土固化注漿技術是一種高效、環保、經濟的防滲加固技術，具有操作簡便、適用范圍廣、承載力高的特點，采用黏土固化劑進行防滲加固不但能顯著提高垃圾填埋場及其他工程項目的防滲性能，延長工程的使用周期，還能大幅度降低工程的造價，隨著工程應用領域的不斷發展，黏土固化注漿技術一定能夠發揮出更多更好的作用，為國民經濟發展做出貢獻。

參考文獻

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（責任編輯：王 波）