污染場地環境調查中分層止水方法探討

陳 蓓

(北京國環清華環境工程設計研究院有限公司,北京 100084)

1 引言

分層止水是污染場地環境調查中進行多含水層污染調查的一種常用方法，通過采取該方法，可有效地判斷和監測場地各含水層地下水水質污染狀況，為后續整體修復治理提供科學參考指導。對分層止水方法在污染場地環境調查中的實踐應用進行了探討和分析，對于提高場地環境調查質量和技術水平具有重要的意義。

2 污染場地環境調查中分層止水方法的實踐

2.1 場地概況

某地化工廠始建于20世紀80年代，廠區南側緊鄰河道，周邊分布有大量耕地與居民區，生產歷史超過30年。該企業產品包括間羥基-N,N-二甲基苯胺、間胺基苯磺酸、二苯胺等。由于生產污水處理效果差且不規范散排，廠區附近土壤、地下水長期接納污染物遷移擴散，出現不同程度的污染，嚴重影響廠區周邊農作物生長，威脅周邊居民人體健康。

當地水文地質現狀如下：從上至下，0～15 m為潛水含水層(以下稱為1含水層)，廣泛分布有粉砂、粉土，局部分布有粉質粘土，不連續；15～19 m連續分布有弱透水層，主要土質為粉質土，可起到一定阻隔污染物作用；19～32 m為微承壓含水層(以下稱為2含水層)，主要土質以粉砂、粉細砂為主，局部分布有粉質粘土，不連續，并與上述潛水含水層具有一定水力聯系；32～49 m為隔水層，主要土質為粉質粘土，地層分布均勻，污染物阻隔作用較強；在49～71 m為第一承壓含水層(以下稱為3含水層)，主要土質為粉砂、細粉砂，由于其上部有為隔水層，因此與微承壓含水層無水力聯系；71～77 m為隔水層，主要土質為粉質粘土，隔水效果良好，是承壓含水層的隔水底板；77～84 m為第二承壓含水層(以下稱為4含水層)，主要土質為粉細砂，84 m以下是該含水層底板。

2.2 分層止水施工技術

(1)確定成孔結構。結合初步環境調查結果，場地0～32 m深度范圍(包含1、2含水層)的地下水質已受到污染，本次分層止水實驗目的是通過抽取深層地下水，進行水質化驗分析，了解承壓層的水質狀況。結合實際場地水文地質結構分為2層，第一承壓層深度為49～71 m，第二承壓層深度為78～84 m。在該實驗中，孔徑結構為四級孔徑結構。

(2)做好鉆探設備的選擇。分層止水實驗對鉆孔要求較高，需結合現場實際條件，考慮地形、地層結構、鉆探深度、污染物種類等因素，做好鉆探設備選型，一般設備鉆深能力應在100 m以上，成孔孔徑應大于500 mm。在本次調查中，選擇的鉆探設備為型鉆機，泥漿泵型號為型，鉆具孔徑為89 mm。

(3)做好成孔施工。針對每層段成孔，先進行小開孔，然后在原基礎之上，再次擴孔，這種成孔方式質量更好。為更好的控制泥漿，應選擇飲用水作為泥漿液(飲用水未污染)，成孔鉆進時，采用原土造漿，由于這種漿液有著較高的粘稠度，影響鉆進速度，還會致使孔壁厚度增加，阻礙含水層出水，不利于后續洗井施工。結合以往施工實踐，需要盡量降低沖洗液失水量(小于20 mL/30 min)，從而有效將粘稠度控制在合理范圍內(泥漿密度為1.10～1.25 g/cm3)，并在鉆進時，可裹攜顆粒巖粉，起到良好護壁作用。

2.3 止水實驗方法分析

針對第一承壓層止水實驗(深度為49～71 m)，先進行鉆頭(直徑為30 mm)開孔，待鉆進至第一層設計止水位置后，換用另一鉆頭(直徑為500 mm)，在原本的基礎上進行二級擴孔。待成孔完畢(0～40 m處)，進行表層套管吊裝，套管規格為377 mm×5.75 mm，不同套管連接采用焊接方式。待完成護壁管下吊后，采用水泥漿封孔固化(密度為1.75 g/cm3)直至地表，在護孔管內，換用直徑為245 mm的鉆頭，將止水目的層鉆穿，到達隔水層孔段，最后采用152 mm鉆頭，繼續下鉆，直至70.5 m，將第一層目的含水層鉆穿。然后將鉆具連接在自制鋼絲破壁器上部(鋼絲破壁器鋼外徑略大于三開孔徑)，并將其下入孔內，針對含水層段，需要做好通井破壁處理，待完成破壁后，要及時做好換漿，有效控制泥漿的粘度，保障含水層出水順利。最后將破壁鉆具拔出，考慮實際含水層段厚度及止水深度，做好止水器管串安裝。完成破壁、換漿后，根據過濾器、錐形體、連通管、取水泵室管先后順序，在孔內位置處，下入止水器管串，確保錐形體靠止水器管串自重，成功坐封于隔水層的變徑臺階上，在止水器管串外注滿未污染泥漿，并對水位變化進行觀察，保證其止水密封效果良好。完成洗井后，可進行抽水實驗，掌握目的層靜水位、動水位狀況，結合調查要求做好水質取樣。

第二承壓層止水實驗(深度為77～84 m)，首先在原孔內采用鉆頭(直徑為350 mm)進行擴孔，并鉆進至設計止水位置，然后下吊表層套管，套管規格為273 mm×8 mm護壁管，不同套管連接采用焊接方式。待完成護壁管下吊后，采用水泥漿封孔固化(密度為1.75 g/cm3)直至地表，并等候72 h，保證水泥凝固徹底。然后換用鉆頭(直徑為245 mm)，鉆穿止水目的層73.5 m，最后采用152 mm鉆頭，繼續下鉆至83.5 m，將第二目的含水層鉆穿。后續破壁、換漿、洗井等工序同上一層。在完成第二止水目的層抽水、取樣后，將孔內的止水器管串提出。

后做好封孔，封孔土質可選擇潔凈的半風干優質粘土球，待黏土球沉淀密實后，在其上部3 m采用水泥漿，做好封固工作，保證封孔質量。

2.4 分層止水施工技術質量檢驗

本項目采用了兩層分層止水實驗，在整個實驗進行過程中，實時監測泵室管內、外水位，確保管外泥漿液面始終與地表基本持平，無明顯變化，且管外泥漿液面還能夠與管內水位保持一定的水位差。在實驗期間，管內靜水位與區域對應層水位基本符合，實驗層水位得到真實有效的測量，可初步判定止水效果良好，沒有串層問題。在完成水質化驗后，發現化驗結果基于層數不同，污染檢出物濃度值均有顯著變化，從側面印證了各層止水效果可靠穩定。其中第一層(0～13 m)硝基苯含量為50600，苯胺為640，COD(化學需氧量)為4490，(單位統一為μg/L)第二層(19.5～32.5 m)，污染檢出物量按照上述順序分別為0.97、8、397。第三層(48.5～70.5 m)<0.5、<2.5、39;第四層(77.9～83)為<0.5、<2.5、45。上述數據均小于國家《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)，可確定本次分層止水實驗操作精確可靠，效果達到預期要求，可確定32 m以下的承壓含水層未受污染。

3 污染場地環境調查中分層止水的質量保證措施

在地質結構穩定、鉆進過程不易塌孔的情況下，盡量不使用泥漿，避免泥、水的引入干擾檢測結果，必要時使用套管護壁。該項目第一承壓層為粉砂、細粉砂結果，第二承壓層為細粉砂結果，即使鉆進過程中全程采用套管，仍無法避免提鉆到放套管的極短時間內發生塌孔，不得已采用盡可能少量的泥漿護壁。為避免向含水層內引入雜質甚至污染物，采用經化學檢測無干擾物質和污染物的潔凈膨潤土和純凈水作為制漿材料，所有的儀器設備和材料均單獨密封存放于潔凈處，嚴格控制材、機污染。

由于鉆進過程中使用了泥漿護壁，每個含水層內的潔凈泥漿只能在該層循環使用，不得用于下一個含水層。抽水取樣前為將注入的泥漿抽出，將鉆孔附近的環境恢復至未受擾動的狀態，使抽出的地下水樣品科學反映含水層的真實狀況，采用先徹底后慢速的洗井。篩管安裝到位后，立即將含水層內泥漿徹底抽取干凈，洗井出水清澈、水質穩定，濁度小于1NTU方能確認洗凈。靜置監測井24 h后，繼續采用洗井速度控制在100～500 ml/min的慢速洗井，持續到pH值、電導率等水質參數達到平衡，即對于緊鄰的三次測量pH值變化<0.1，溶氧變化<10%，電導率變化<3%，溫度變化<3%，氧化還原電位變化<10 millivolts，濁度變化濁度<10%。

如擔心注入的泥漿和鉆進、洗井過程干擾樣品，徹底洗井并靜置24h后，可先將井內受到擾動的地下水慢速排空三次，再采取慢速洗井，以獲得場地原狀地下水樣品。

4 總結

在污染場地環境調查過程中，分層止水是對多含水層進行水質調查的重要環節，因此需要加強該實驗方法在具體實施過程中的應用分析，以保證該方法在場調中的作用和價值得到充分發揮，有效提升污染場地環境調查工作質量和技術水平。