防滲帷幕在污染場地中的應用

張子美

（湘潭市勘測設計院，湖南 湘潭411100）

目前，城市化過程中，原來處在主城區(qū)的工業(yè)企業(yè)紛紛搬遷。一些化工、冶金等企業(yè)的退役污染場地并沒有納入相應管理程序或經(jīng)簡單處置就急匆匆進行土地用途變更，存在著較大的環(huán)境安全隱患。據(jù)不完全統(tǒng)計，2000-2005 年期間，江蘇省共有400 家化工企業(yè)搬出城區(qū)，城區(qū)內(nèi)關停的小化工企業(yè)數(shù)量更是多達1000 多家。預計在2010 年前，江蘇省城區(qū)內(nèi)的所有化工企業(yè)將集中布局在化工園區(qū)，將置換出30 萬畝土地，這些工業(yè)場地如不能有效的管理就將成為一顆顆“化學定時炸彈（Chemical Time - Bomb）”。[1]

根據(jù)原生產(chǎn)企業(yè)的不同，工業(yè)場地主要污染物包括：重金屬污染；有機污染物。重金屬污染具有隱蔽性、長期性和不可逆轉性的特點，難降解、易積累、毒性大，是影響生態(tài)系統(tǒng)安全的一類重要污染物質(zhì)[2]。而持久性有機污染物（POPs）具有持久性，生物富集性，高毒性。對人體危害很大，具體表現(xiàn)有：內(nèi)分泌干擾，免疫毒性，對生殖和發(fā)育的影響，致癌性及其他組織病變。

圍封法是在污染地下水與未污染地下水之間采用隔離帶，阻止污染物進一步向周圍區(qū)域擴散。工程中常用的是豎向防滲帷幕，其在地下水污染防護和地下水的防滲中有較廣泛的應用，可以有效截斷污染物的水平運移通道。

本文以江蘇省某待治理污染區(qū)域場地為例，利用Geo-studio 建立場地的滲流模型，分析不同防滲帷幕長度和厚度的土層滲流量，對于類似工程具有一定的理論意義和工程實踐意義。

1 概況

污染區(qū)域場地位于江蘇省某地。在場地東部有一南北向河道，寬度約20-23 米，長約150 米，深約3-4 米。場地地勢較平坦，地貌單元屬長江三角洲沖、湖積平原。

場地地表下70 米深度范圍內(nèi)除雜填土外，其余均為第四紀濱海、河湖相沉積物，由粘土、粉土和粉砂組成。地下水位較高，位于地表以下1.0～2.6m。從地表至地下約25 米深度范圍內(nèi)各土層及其深度，主要物理力學指標如表1 所示。

污染場地污染主要有有機污染和鉻污染兩種。其中有機污染區(qū)面積較小，但深度較深，位于場地北部，有兩塊。鉻污染區(qū)位于場地南部。平面圖如下圖所示。目標區(qū)域為鉻污染區(qū)，該區(qū)域面積較大，成矩形平行于河道，長度方向約為168m，寬度方向約為80m。污染深度約為6m，主要污染土層為1、2、3、4，有可能污染到第5 層粉砂層。采用水泥攪拌樁防滲帷幕對其進行防滲處理。

2 有限元模擬

2.1 計算模型及參數(shù)選取

模擬采用geo-studio 軟件包中seep/w模塊。滲流滿足達西定律。取地下水位埋深為1.8m。旁邊的河流寬24m，深取4m?？紤]最危險情況，模型中河流按滿水位計算。水泥攪拌樁防滲帷幕滲透系數(shù)取5×10-7cm/s。防滲帷幕設置三種長度L：5m、8m、15m，設置兩種厚度H：0.65m 和0.85m。未考慮駁岸的防水性能。

模擬中所采用的土層參數(shù)參考表1，表中數(shù)據(jù)來源于該場地的巖土勘察報告。

2.2 模型建立

本模型邊界條件為：防滲帷幕兩邊根據(jù)實際水位設置水頭邊界。防滲帷幕設置為滲透系數(shù)5×10-7cm/s 的材料。其余邊界默認設置為零流量節(jié)點邊界。

3 結果分析

圖2 場地滲流圖（H=0.65m）

圖2 為厚度H=0.65m 對應的場地滲流圖。如圖所示，滲流主要以水平滲流為主。不同帷幕長度對滲流場影響巨大，滲流主要是從強透水土層通過，特別是防滲帷幕以下的強透水層。當帷幕長L=15m 時，即防滲帷幕穿過第五層粉砂層時，最主要的流量仍然從這一層通過。這是由于第六層土為粉質(zhì)黏土，其滲透系數(shù)遠小于第五層。結合土層參數(shù)可知，第五層粉砂層滲透系數(shù)較大，是滲流的主要通道。由于下面第六層土的低滲透性，繼續(xù)增加防滲帷幕長度對防滲的作用不明顯。另外也計算了帷幕厚度H=0.85m 的情況。同理，由于決定該場地防滲性能的不是防滲帷幕的防滲能力，增加樁身厚度對防滲效果影響不大，具體計算結果見表2。

從表2 可知若無防滲帷幕時滲流沿河岸往污染區(qū)域滲流量很大；有防滲帷幕時，第一層的滲透量顯著較小。由于各土層間滲透系數(shù)相差較大，土層中滲流主要以在透水性大的土層中，如土層4、5 中水平向滲流為主。

當攪拌樁長度為5m 或8m 時，由于未穿透第5 層粉砂層時，故第五層滲透量較大。當攪拌樁長15m 時，攪拌樁穿透粉砂層到達下部滲透系數(shù)小的粉質(zhì)粘土時，第5 層的滲流量明顯減小，其他上面各層無明顯變化。可見攪拌樁長度對上面各層的滲透量影響不大。當帷幕厚度一定時，攪拌樁的最優(yōu)長度應該是令繞過攪拌樁底的流速等于直接穿過攪拌樁的流速。根據(jù)帷幕厚0.65，取樁長為18.5m 為最優(yōu)。通過第五層粉砂層的流量為4.01×10-3m3/d。根據(jù)目前的結果知厚度0.65m 和0.85m 的防滲帷幕已經(jīng)有比較好的擋水效果，兩者之間差別不大。從經(jīng)濟性的角度考慮，建議采用插入深度18.5m、厚度0.65m 的攪拌樁，以減少粉砂層的滲流量，從而減少污染物的擴散。

表2 模擬計算各層的流量（m3/d）

4 結論

場地中滲流主要以水平滲流為主，說明污染物遷移也主要以水平遷移為主。不同帷幕長度對滲流場影響巨大，滲流主要是從強透水土層通過，特別是防滲帷幕以下的強透水層。針對本場地，建議采用插入深度18.5m、厚度0.65m 的攪拌樁，以減少粉砂層的滲流量，從而減少污染物的擴散。