簡易垃圾填埋場治理中垂直防滲治理技術(shù)的應(yīng)用

楊 樂

（泛華建設(shè)集團(tuán)有限公司湖南設(shè)計分公司，湖南 長沙 410000）

1 工程概況

湘南地區(qū)的某垃圾填埋場建于上世紀(jì)90年代，屬于典型的山谷型垃圾填埋場，場區(qū)南、北、東側(cè)為山體，西側(cè)緊靠河流。由于該填埋場投入使用時間較早，所以未經(jīng)過專門的設(shè)計和建設(shè)，是純天然狀態(tài)下的垃圾堆場，導(dǎo)致垃圾堆放隨意散亂，填埋深度超過15 m。該填埋場廢棄后一直處于缺乏維護(hù)和管理的狀態(tài)，而且未設(shè)置防滲層，致使垃圾滲濾液直接滲透到地下，從而污染了土壤、地下水以及近岸水系。近年來，隨著城市的發(fā)展，場區(qū)周邊的居民小區(qū)、學(xué)校逐步興建，因此，對該填埋場的封場和整治迫在眉睫。目前，針對該填埋場的現(xiàn)狀問題，制定了整治計劃：主要包括雨水截流導(dǎo)排工程、封場工程、滲濾液收集系統(tǒng)、填埋氣體導(dǎo)排系統(tǒng)、垃圾壩、調(diào)節(jié)池以及垂直防滲系統(tǒng)等。但因該填埋場垃圾埋深較深，無法再設(shè)置人工水平防滲系統(tǒng)，因此，建設(shè)合適的垂直防滲工藝和選擇合理的布置方案，對于減少污染源、控制滲濾液擴(kuò)散，以及達(dá)到整治目標(biāo)就顯得尤為關(guān)鍵[1]。

2 場地水文地質(zhì)分析

（1）根據(jù)填埋場場地水文地質(zhì)勘察資料發(fā)現(xiàn)，本項(xiàng)目地下水主要分為賦存于素填土及第四系黏性土層中的上層滯水、賦存于卵石中的潛水以及賦存于各風(fēng)化基巖層中的基巖裂隙水。而場區(qū)地下水是由場區(qū)南側(cè)、北側(cè)以及東側(cè)山體向中部山凹地帶排泄，水力坡度較大，徑流途徑較短，最后從場區(qū)西側(cè)垃圾壩位置流向河流。

（2）填埋場場地土層由上至下分別為：人工填土、粉質(zhì)黏土、卵石、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。場地內(nèi)的各土層特性指標(biāo)詳見表1。由表1中的數(shù)據(jù)分析可知，卵石層屬于強(qiáng)透水層，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為強(qiáng)－中等透水性地層，中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為中－微等透水性地層，微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖屬于弱－微透水性地層。根據(jù)《生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)規(guī)范》（GB 50869－2013）中的規(guī)定，如果天然基礎(chǔ)層的飽和滲透系數(shù)在1.0×10－7cm/s以下，同時，場底以及四壁襯里厚度均在2 m以上時，可采用天然黏土類結(jié)構(gòu)。但場地內(nèi)的人工填土層、粉質(zhì)黏土層、卵石層、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層滲透系數(shù)都大于1.0×10－7cm/s，均不符合作為天然防滲層的條件。而微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層滲透系數(shù)為3.2×10－8cm/s，可利用該層作為天然水平防滲層[2]。

表1 場地內(nèi)土層特性

3 處理方案選擇

3.1 垂直防滲系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）在實(shí)際應(yīng)用垂直防滲系統(tǒng)時，首先要從填埋場場地整體的地質(zhì)、水文等各方面特征進(jìn)行綜合考慮，且合理利用場地下方的不透水層、弱透水層以及獨(dú)立水文地質(zhì)單元等，并在場地的周邊或一側(cè)，選擇合適的位置布設(shè)垂直防滲工程，將可能產(chǎn)生或已經(jīng)產(chǎn)生的污染物全部封控至封閉區(qū)，然后再按照既定的導(dǎo)排方案有序?qū)С觯员苊鉂B濾液繼續(xù)滲透而導(dǎo)致地下水受到污染，同時也可以降低地下水流入到污染場地內(nèi)的機(jī)率，從而最終實(shí)現(xiàn)污染源的隔離與控制，以及生態(tài)環(huán)境的修復(fù)。

（2）垂直防滲系統(tǒng)，最早廣泛應(yīng)用在巖土以及水利項(xiàng)目中。但隨著技術(shù)的發(fā)展，垂直防滲系統(tǒng)越來越多的應(yīng)用于各類防污控制工程，如污水控制、化工廠和油庫的污染物控制等方面。近年來，由于需要治理的簡易生活垃圾填埋場越來越多，且新建的垃圾填埋場滲濾液滲漏的情況也時有發(fā)生，因此，垂直防滲系統(tǒng)在填埋場整治和修復(fù)工程中也得到越來越廣泛的應(yīng)用。因此，根據(jù)對本工程場地水文地質(zhì)分析，場地下微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層可作為天然水平防滲層，且和垂直防滲組成完整的防滲系統(tǒng)。由此可以看出，選擇一種或多種適合的垂直防滲系統(tǒng)，是整治方案中的重中之重。在實(shí)際應(yīng)用中，垂直防滲技術(shù)的種類較多，一般包括：剛性、塑性以及柔性三個類型[3]。

3.2 剛性垂直防滲技術(shù)

剛性垂直防滲技術(shù)屬于三個類型中最傳統(tǒng)的一項(xiàng)技術(shù)，主要包括：深層攪拌樁、高壓旋噴樁、帷幕灌漿、槽（孔）式混凝土四個類型的防滲墻。

（1）攪拌樁防滲墻是將水泥等作為固化劑，并利用深層攪拌機(jī)械，在地基深處將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌進(jìn)而產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，從而形成具有一定承載能力和固結(jié)度的柱體、墻體；而在相應(yīng)反應(yīng)后，土體強(qiáng)度顯著增加，隨之滲透性下降，因此，適合在由不同原因引起的飽和軟黏土中應(yīng)用，例如淤泥、黏土、淤泥質(zhì)土、亞黏土等地質(zhì)條件中，同時，也包括地質(zhì)復(fù)雜、區(qū)域狹長、沉降要求較高的場地。在實(shí)際應(yīng)用過程，攪拌樁防滲墻造價較低、施工速度快、防滲效果好，而且可以通過調(diào)整樁長以及調(diào)整置換率，使其適應(yīng)各類土質(zhì)和各項(xiàng)防滲要求。

（2）應(yīng)用高壓旋噴樁防滲墻需借助高壓噴射技術(shù)，通過同心鉆桿，將注漿漿液、高壓水、壓縮空氣共同噴射至設(shè)計深度位置，而鉆桿在進(jìn)行高壓噴射過程中還應(yīng)同時旋轉(zhuǎn)，以構(gòu)成噴射流加速土層的破壞，使土粒脫落于土體，這樣部分土粒可隨漿液冒出地面，其余被灌入的漿液會進(jìn)行攪拌，并在土體內(nèi)部凝結(jié)成為樁體，當(dāng)樁體相互咬合搭接后，就可借此達(dá)到加固和防滲的目的。

（3）帷幕灌漿防滲墻就是將漿液灌注于巖體內(nèi)，或灌注于土層的裂隙、孔隙之中，從而共同構(gòu)成連續(xù)性的阻水帷幕，便于能有效控制滲流量，同時也降低滲透壓力。在巖石或砂礫石的地基中，一般需要應(yīng)用灌漿的模式構(gòu)建防滲帷幕，且帷幕底部需要向相對不透水的巖層中進(jìn)入一定深度，以盡可能控制地基部分的地下水滲透。帷幕灌漿一直是垂直防滲處理的主要手段，按照其中的灌漿孔排數(shù)，孔帷幕可以分為“兩排”和“多排”兩種類型，如果地質(zhì)條件較為復(fù)雜，并且水頭相對較高，一般應(yīng)選擇至少三排的孔帷幕。此外，可根據(jù)灌漿孔底部針對相對不透水巖層是否進(jìn)行深入，可判斷其為“封閉式帷幕”或“懸掛式帷幕”。

（4）槽（孔）式混凝土防滲墻是在松散透水土中實(shí)施連續(xù)造孔施工，并采用泥漿護(hù)壁的模式，向孔內(nèi)灌注混凝土，以構(gòu)成具有防滲效果的墻。混凝土防滲墻是采用分段的方式進(jìn)行防滲墻建造工作，并針對每一個圓孔或槽孔實(shí)施混凝土澆筑后，即形成一個墻段，而數(shù)個墻段就可聯(lián)結(jié)成一整道防滲墻。需要注意的是，防滲墻底部還應(yīng)適當(dāng)嵌入搭配基巖內(nèi)，或嵌入相對不透水土層中，以盡可能地控制滲透水流。

3.3 塑性垂直防滲技術(shù)

（1）塑性混凝土防滲墻的主要原材料為柔性混凝土材料，其可在水利工程或其他地區(qū)防滲處理工程中充分應(yīng)用。而塑性混凝土，即將常規(guī)形式混凝土中的大部分水泥采用膨潤土或黏土替代，進(jìn)而形成的類柔性墻體材料。塑性混凝土墻指采用塑性混凝土的一種防滲墻形式。相對于普通混凝土，塑性混凝土的彈性模量要小很多，其變形模量與周圍土體基本一致，因此，可充分適應(yīng)地基部分出現(xiàn)的變形情況，還可以有效減小墻體內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而可有效降低墻體開裂等不良情況出現(xiàn)的機(jī)率，同時還有利于節(jié)約水泥等主要材料的使用量。

（2）在通常情況下，塑性垂直防滲墻中應(yīng)用的材料主要包括水泥、粉煤灰、膨潤土以及黏土。根據(jù)塑性防滲墻使用材料的不同，防滲墻的主要類型包括以下幾種：①土－水泥－膨潤土防滲墻；②水泥－膨潤土防滲墻；③土－膨潤土防滲墻。

3.4 柔性垂直防滲技術(shù)

（1）HDPE（高密度聚乙烯）膜的使用，為柔性垂直防滲技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展提供了重要基礎(chǔ)。柔性垂直防滲膜的屏障系統(tǒng)即采用柔性HDPE土工膜為主體防滲材料，是通過震動或垂直開槽技術(shù)將柔性HDPE土工膜垂直插入到基巖或黏土層等相對不透水層，并利用灌漿密封材料對底端進(jìn)行止水固結(jié)。同時，通過連接鎖扣與止水條實(shí)現(xiàn)多幅土工膜的無縫連接，且構(gòu)筑對土壤和地下水中污染物阻控的立體式垂直生態(tài)屏障，以此達(dá)到防控污染物水平和垂直遷移的目的。

（2）在實(shí)際應(yīng)用中，HDPE土工膜防滲墻可以根據(jù)現(xiàn)場施工的具體情況選擇采用震擊式或開槽式的鋪膜方法，目前開槽施工的應(yīng)用頻率更高。其建設(shè)過程是，在通過長臂挖機(jī)或液壓抓斗開槽完成后，需要對槽段進(jìn)行泥漿護(hù)壁，而護(hù)壁完成后要采用下膜機(jī)鋪膜。目前，我國能實(shí)現(xiàn)的最大垂直鋪膜深度已達(dá)到30 m，但相對于黏土－膨潤土泥漿防滲墻來說，可達(dá)到的防滲深度相對較低。由于HDPE土工膜防滲墻是由礦物材料以及土工膜的共同作用，因此，HDPE土工膜防滲墻針對鹽、堿、酸以及無機(jī)類等有腐蝕性的污染物，均具有較好的抗侵蝕性能，同時，還具有滲透系數(shù)低的特點(diǎn)，非常適合在阻隔期較長且對于防滲要求較為嚴(yán)格的工程中應(yīng)用。

4 處理方案設(shè)計

（1）本項(xiàng)目的簡易生活垃圾填埋場下游緊鄰耒水，所以，地下水受到污染之后會被直接排入河流，導(dǎo)致河流水質(zhì)受到嚴(yán)重影響，且下游水環(huán)境也會遭到破壞。因此，為了解決滲濾芯液的滲漏問題，需選用技術(shù)成熟、安全性高、經(jīng)濟(jì)性好、并適合本工程實(shí)際情況的垂直防滲系統(tǒng)，以達(dá)到本項(xiàng)目整治的目的，進(jìn)而促使本區(qū)域內(nèi)的環(huán)境得到改善。

（2）槽（孔）式混凝土防滲墻強(qiáng)度較高，但工程造價也略高，但抗?jié)B能力一般，且混凝土一旦被腐蝕后，防滲性能將大幅降低；而高壓旋噴樁防滲墻工藝成熟，施工簡便，但在施工過程中容易對環(huán)境造成二次污染，且在松散土層中的漿液容易滲透，工程造價也較高。又由于本項(xiàng)目場地中有卵石層以及中、微風(fēng)化的泥質(zhì)粉砂巖層，所以高壓旋噴樁防滲墻技術(shù)不適用；攪拌樁防滲墻施工簡便、技術(shù)成熟、造價一般，但施工深度一般不超過20 m，且在硫酸根等污染物腐蝕下易開裂，長期穩(wěn)定性差；塑性垂直防滲技術(shù)抗?jié)B性能好、造價低、施工簡便、施工深度大，但難以保證墻體底部有效嵌固，且阻滯能力也會隨時間的推移而削弱。通過上述分析，槽（孔）式混凝土防滲墻、高壓旋噴樁防滲墻、攪拌樁防滲墻以及塑性垂直防滲技術(shù)均不適合本項(xiàng)目垂直防滲系統(tǒng)的建設(shè)。

（3）灌漿帷幕法施工便捷性良好，可適應(yīng)的地層較廣、造價低、工期短、見效快、安全性能良好，其防滲效果以及工程造價相對容易被接受，但灌漿帷幕施工質(zhì)量需進(jìn)行嚴(yán)格控制，否則抗?jié)B性將不能滿足整治需求。柔性垂直防滲技術(shù)的防滲性能良好，可針對污染源滲漏情況起到較好的垂直屏障作用，同時，還可以針對地下污染源進(jìn)行充分封堵。并且，柔性垂直防滲技術(shù)可與其他類型的阻隔技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，從而進(jìn)一步提升了阻隔作用。因此，從技術(shù)成熟性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等多方面進(jìn)行綜合考慮，并結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，本項(xiàng)目垂直防滲系統(tǒng)采用帷幕灌漿防滲墻和HDPE土工膜防滲墻相結(jié)合的整治方案。

（4）本次項(xiàng)目在填埋庫區(qū)的南、北以及東側(cè)設(shè)置帷幕灌漿防滲墻，在西側(cè)垃圾壩處及其兩側(cè)位置設(shè)置HDPE土工膜防滲墻。采用這兩種技術(shù)聯(lián)合的處理方案，既可以通過帷幕灌漿防滲墻防止場外地下水進(jìn)入場內(nèi)，減少滲濾液的產(chǎn)生量，又可以利用HDPE土工膜防滲墻良好的防滲性能使場內(nèi)滲濾液，以及受到污染的地下水均能夠被攔截，再通過滲濾液收集井導(dǎo)排至調(diào)節(jié)池，最后采用吸污車運(yùn)至城區(qū)垃圾填埋場滲濾液處理中心進(jìn)行處理。帷幕灌漿防滲墻和HDPE土工膜防滲墻相聯(lián)合的處理方案可較好地阻隔場區(qū)外地下水進(jìn)入填埋區(qū)內(nèi)，同時也能保證場區(qū)內(nèi)受到污染的地下水能得到有效收集，從而實(shí)現(xiàn)整治目的，同時也大幅度節(jié)省了工程造價。在實(shí)際應(yīng)用中，帷幕灌漿防滲墻和HDPE土工膜防滲墻兩種工藝技術(shù)成熟，施工難度較低，既縮短了建設(shè)工期，又保證了本項(xiàng)目的整治進(jìn)程。

（5）根據(jù)水文地質(zhì)的勘察結(jié)果可知，場地中的強(qiáng)、中風(fēng)化巖層滲透系數(shù)偏大，所以，需將帷幕灌漿防滲墻穿透至強(qiáng)、中風(fēng)化巖層，并深入至微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層的頂面位置。因此，為了保證帷幕灌漿的防滲效果，本工程采用三排灌漿的模式，將孔距控制在2.0 m，將排距控制在1.0 m，施工過程分為3序，每序采用“自下而上” 的分段灌漿模式；灌漿孔孔徑為75 mm，平均注漿段長9 m，平均孔深15 m，共1 467個孔，墻體長度917 m，帷幕灌漿形成后下面深入微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖約為2 m，而兩側(cè)和柔性垂直防滲系統(tǒng)交叉重疊，可以對地下水形成良好隔離；在垃圾壩位置及兩側(cè)設(shè)置柔性垂直防滲（HDPE膜）系統(tǒng)，該系統(tǒng)會進(jìn)入微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，深度為1 m，而底部防繞滲密封劑灌注厚度不小于1 m；成槽護(hù)壁泥漿制作選用膨潤土，每個槽段長為4 m，柔性垂直防滲系統(tǒng)總長度為330 m。

5 結(jié)論

（1）針對簡易垃圾填埋場開展?jié)B漏修復(fù)工作，對于保護(hù)環(huán)境具有重要意義，但在實(shí)際施工作業(yè)時，應(yīng)避免出現(xiàn)二次污染情況，并保障水體質(zhì)量，優(yōu)化生態(tài)環(huán)境。基于此，在簡易垃圾填埋場整治工程中，應(yīng)考慮采用柔性垂直防滲系統(tǒng)，因?yàn)樵摲罎B系統(tǒng)屬于應(yīng)用效果良好的新型系統(tǒng)，可以將可能產(chǎn)生或已經(jīng)產(chǎn)生的各類污染物控制于屏障之外，因此，既能起到良好的污染物控制作用，也可以為生態(tài)環(huán)境的持續(xù)優(yōu)化奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。同時，該防滲系統(tǒng)能有效保障垃圾填埋場下游的水體不受污染，所以，在山地環(huán)境中，也體現(xiàn)出了較好的應(yīng)用效果，并逐漸構(gòu)成了較為完善的防滲技術(shù)應(yīng)用體系。此外，還可以將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于污染工業(yè)、場地、土壤或其他存在污染情況的地下水修復(fù)工程之中，均能體現(xiàn)出較高的應(yīng)用價值。而帷幕灌漿防滲墻采用多次、分層、分段的方式進(jìn)行精細(xì)注漿，可有效減少注漿材料，節(jié)省工程投資，且技術(shù)成熟、施工便捷、工期短，同時對環(huán)境的二次污染較小。在實(shí)際應(yīng)用中，采用兩種垂直防滲技術(shù)的聯(lián)合，與地下不透水水層以及場區(qū)上部封場系統(tǒng)一起形成封閉性較好的防滲系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)了良好的環(huán)境治理效果，還可以節(jié)約占地，便于滲濾液收集，且能大幅度地減少工程投資。

（2）針對簡易垃圾填埋場的場區(qū)周邊設(shè)置一道封閉的垂直防滲墻，防滲墻的底部應(yīng)該深入天然相對不透水層，可有效控制地下水的流入和流出，從而就可以使庫區(qū)構(gòu)成獨(dú)立的、完善的水文地質(zhì)單元。由此，即可以有效阻隔場外的地下水滲入到填埋區(qū)域內(nèi)，也可以有效避免滲濾液由填埋區(qū)域內(nèi)滲入到場外，從而有效控制污染情況擴(kuò)散，使周邊水土環(huán)境得到了優(yōu)化。此外，受到地質(zhì)條件、地形地貌以及其他客觀因素的影響，不同的填埋場均具有各自的特殊性，所以，在應(yīng)用垂直防滲墻時，必須要充分考慮其可行性和適用性，從而有效提升防滲墻的應(yīng)用效果。