郭曉芳 董洋 張景鑫 孫鐳 李大偉*

(1.湖南湘江新區(qū)管理委員會(huì)，湖南 長(zhǎng)沙 410000；2.中科鼎實(shí)環(huán)境工程有限公司，北京 100000)

0 引言

2005 年4 月-2013 年12 月，我國(guó)開展了首次全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查，結(jié)果顯示，在調(diào)查的81 塊工業(yè)廢棄地的775 個(gè)土壤點(diǎn)位中，超標(biāo)點(diǎn)位占34.9%，鉻為主要污染物之一。鉻鹽是重要的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于金屬表面處理、化工、冶金、機(jī)械等行業(yè)，然而鉻鹽使用后產(chǎn)生鉻渣，長(zhǎng)期存在地下會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的地下水和土壤污染[1]。2017 年環(huán)保部門實(shí)地考察統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已經(jīng)有超過(guò)四百萬(wàn)噸鉻渣未經(jīng)處理被堆放在遺留場(chǎng)中。因此，近年來(lái)土壤中鉻污染問(wèn)題已引起重視，修復(fù)工作迫在眉睫。

2016 年“土十條”的發(fā)布實(shí)施，為我國(guó)土壤環(huán)境管理提供了頂層設(shè)計(jì)，標(biāo)志著我國(guó)土壤污染防治工作進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代，修復(fù)行業(yè)發(fā)展開始進(jìn)入由政策法規(guī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)展階段。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)用于鉻污染土壤修復(fù)技術(shù)包括固化/穩(wěn)定化技術(shù)[2-3]、淋洗修復(fù)技術(shù)[4]、電動(dòng)修復(fù)技術(shù)[5-6]、植物修復(fù)技術(shù)[7]及阻隔管控技術(shù)等，工程實(shí)踐中所采用的技術(shù)主要依據(jù)該場(chǎng)地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、周邊環(huán)境以及修復(fù)資金和工期等因素。在修復(fù)技術(shù)快速發(fā)展過(guò)程中存在著不少難題和挑戰(zhàn)，風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)作為修復(fù)技術(shù)的補(bǔ)充，越來(lái)越受到重視。該技術(shù)能夠快速、有效的切斷鉻污染物的暴漏途徑，阻止污染土壤與人體的直接接觸及受污染地下水遷移擴(kuò)散。

文章結(jié)合在長(zhǎng)沙鉻鹽廠鉻污染整體治理項(xiàng)目中應(yīng)用柔性垂直風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)的工程實(shí)例，重點(diǎn)介紹柔性垂直防滲墻阻隔的特點(diǎn)和施工工藝，為類似工程提供參考。

1 工程概況

1.1 工程背景

原長(zhǎng)沙市鉻鹽廠位于長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)三汊磯大橋工業(yè)區(qū)(湘江西岸)，見圖1。多年生產(chǎn)鉻產(chǎn)品導(dǎo)致遺留大量鉻渣，造成廠區(qū)及周邊土壤和地下水嚴(yán)重污染。廠區(qū)所處區(qū)域最近處距離湘江不足50m，生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)隱患非常大。鉻污染若得不到有效控制，將影響湘江長(zhǎng)沙綜合樞紐工程的安全蓄水和長(zhǎng)沙市民的用水安全，存在較高風(fēng)險(xiǎn)隱患。

1.2 場(chǎng)地工程與水文地質(zhì)條件

(1)地形地貌。原長(zhǎng)沙鉻鹽廠廠區(qū)位于長(zhǎng)沙市三汊磯，北臨長(zhǎng)沙市湘岳化工廠，南臨長(zhǎng)沙鋅廠，東側(cè)緊鄰湘江，西臨鉻鹽廠家屬院。原始地貌單元為湘江沖積階地，標(biāo)高介于39.56～49.78m 之間。

(2)水文條件。廠區(qū)東側(cè)緊鄰湘江長(zhǎng)沙段，湘江由南而北縱貫城區(qū)，每年4～7 月為豐水期。據(jù)湘江長(zhǎng)沙站觀測(cè)資料，最高洪水位39.52m，最低水位24.87m，多年平均水位29.48m。

(3)地層分布。根據(jù)鉆探成果，場(chǎng)地內(nèi)地層主要存人工填土①、粉質(zhì)粘土②、粉質(zhì)粘土③、細(xì)砂③、圓礫④為、強(qiáng)風(fēng)化板巖⑤、中風(fēng)化板巖⑦1、中風(fēng)化板巖⑦2。

圖1 工程范圍

(4)防滲性能。人工填土①屬?gòu)?qiáng)透水地層，但同一地層、不同地段，其滲透系數(shù)變異較大；粉質(zhì)粘土②及粉質(zhì)粘土③屬微透水地層；細(xì)砂③、圓礫④為強(qiáng)透水層;強(qiáng)風(fēng)化板巖⑤為中等透水一強(qiáng)透水地層，中風(fēng)化板巖⑦1 和⑦2 為弱透水一中等透水地層。

(5)腐蝕性評(píng)價(jià)。該場(chǎng)地的場(chǎng)地環(huán)境類型為Ⅱ類，場(chǎng)地地下水對(duì)砼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性，對(duì)砼結(jié)構(gòu)中鋼筋具微腐蝕性；土壤對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。

1.3 工程范圍

原長(zhǎng)沙鉻鹽廠鉻污染整體治理分為兩個(gè)階段：第一階段風(fēng)險(xiǎn)管控和污染源治理、第二階段污染土壤及地下水修復(fù)和鉻渣堆最終處置?；谏鲜鲋卫矸桨?，首先進(jìn)行污染源區(qū)域四周建設(shè)封閉式柔性垂直防滲墻，阻斷污染地下水向湘江排泄。

2 修復(fù)技術(shù)及修復(fù)目標(biāo)

2.1 修復(fù)技術(shù)

原長(zhǎng)沙鉻鹽廠廠址土壤受污染面積達(dá)300 多畝，修復(fù)工程量大，立即開展修復(fù)難以實(shí)現(xiàn)，因此阻隔管控技術(shù)成為首選技術(shù)。

《鉻污染地塊風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)指南(試行)》[8]中對(duì)風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)的定義為：“采取移除或清理重污染源、污染隔離阻斷、環(huán)境介質(zhì)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、污染擴(kuò)散及時(shí)補(bǔ)救等工程和張貼告示牌等非工程措施防止污染擴(kuò)散和暴漏的過(guò)程”。即阻隔管控目的是建設(shè)垂直或水平阻隔工程截?cái)嗟叵滤畯搅魍ǖ?，控制污染物向下游遷移，盡可能減少有毒有害物質(zhì)的使用，以防止產(chǎn)生新的二次污染[9]。目前，工程常用的阻隔管控技術(shù)有HDPE 膜柔性防滲墻、高壓噴射灌漿墻、水泥攪拌樁墻等[10]。

表1 為幾種常用阻隔管控技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)。從長(zhǎng)期防滲效果綜合考慮，該工程選用HDPE 膜柔性垂直防滲墻技術(shù)。

2.2 修復(fù)目標(biāo)

該工程是在污染區(qū)域四周建設(shè)柔性垂直防滲墻，在垂直方向上連續(xù)閉合，并與基巖不透水層(中風(fēng)化板巖)形成完整一體，起到阻隔作用，即當(dāng)防滲墻外側(cè)沒有污染源時(shí)，可截?cái)喾罎B墻位置處地下水滲流通道，控制地下水中污染擴(kuò)散至垂直防滲墻外側(cè)；柔性垂直防滲墻實(shí)施后，其外側(cè)地下水中鉻濃度能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，或能達(dá)到柔性垂直防滲墻外側(cè)(外側(cè)無(wú)其他污染源區(qū)域)地下水中鉻濃度保持穩(wěn)定或持續(xù)降低。

3 工程設(shè)計(jì)

柔性防滲材料采用高密度聚乙烯(HDPE)土工膜膜，防滲系統(tǒng)服務(wù)年限可達(dá)到50 年，滲透系數(shù)滿足小于等于10-7cm/s，側(cè)面采用鎖扣形式進(jìn)行連接。防滲墻設(shè)計(jì)深度到相對(duì)不透水層頂面高程下2m，同時(shí)底部灌注密封材料，使得HDPE 膜與相對(duì)不透水層連成整體，全面封堵污染區(qū)域。

4 工程重點(diǎn)與難點(diǎn)

根據(jù)地勘資料場(chǎng)地標(biāo)高約為39～49m，中風(fēng)化板巖面標(biāo)高埋深約為20～39m。垂直防滲墻設(shè)計(jì)深度為到相對(duì)不透水層頂面高程2m 以下，最大深度達(dá)到46m。綜合考慮，該工程柔性垂直防滲墻施工的重點(diǎn)與難點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：

(1)工程所在地地質(zhì)條件復(fù)雜，防滲墻成槽困難，成槽效率低。

(2)垂直防滲墻深度最深達(dá)46m，超深環(huán)境下HDPE 膜下放鋪設(shè)困難。

(3)長(zhǎng)沙市冬寒季節(jié)短、四季分明，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，具有春季溫變化大、夏初雨水多、伏秋高溫早、冬季少嚴(yán)寒的特點(diǎn)。每年4-9 月為汛期，汛期平均雨量達(dá)1500 毫米，占了全年總雨量的80%以上。根據(jù)工期(26 個(gè)月)要求，至少經(jīng)歷2 個(gè)雨季，雨季及炎熱高溫期等多種惡劣天氣施工是難點(diǎn)。

(4)工程所在地位污染場(chǎng)地，施工過(guò)程中可能產(chǎn)生廢水、廢氣、噪聲等二次污染，因此做好二次污染防治措施是重點(diǎn)。

(5)工程周邊存在湘江、學(xué)校、家屬區(qū)等多個(gè)環(huán)境敏感點(diǎn)，周邊環(huán)境復(fù)雜，輿情控制是重點(diǎn)。

5 工程實(shí)施過(guò)程

(1)平面測(cè)量定位。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，布置垂直防滲墻拐點(diǎn)，相關(guān)測(cè)量結(jié)果經(jīng)監(jiān)理單位復(fù)合確認(rèn)后，方可進(jìn)行下一步施工。

表1 幾種阻隔管控技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)一覽表

(2)便道施工。沿平行于垂直防滲墻中心線鋪設(shè)施工便道，確保能夠承受機(jī)械設(shè)備施工荷載。

(3)導(dǎo)墻施工。導(dǎo)墻在設(shè)計(jì)、施工時(shí)要充分考慮所選用銑槽機(jī)、吊車等大型設(shè)備的質(zhì)量，確保在施工過(guò)程中保持穩(wěn)定。

(4)高壓旋噴樁施工。針對(duì)本工程所在地地質(zhì)條件復(fù)雜，成槽困難問(wèn)題，采用“高壓旋噴樁+泥漿護(hù)壁”的槽壁支護(hù)形式。高壓旋噴樁的主要目的是防止開槽時(shí)槽壁塌陷，根據(jù)各地層的自我穩(wěn)定性，樁體設(shè)計(jì)深度為進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化板巖。鉻鹽廠區(qū)域東側(cè)湘江段采用雙排高壓旋噴樁，兩側(cè)布設(shè)，其余段均采用單排高壓旋噴樁。

(5)泥漿護(hù)壁。成槽施工過(guò)程中，采用泥漿護(hù)壁的支護(hù)形式。泥漿具有一定的密度，對(duì)槽壁產(chǎn)生一定的液柱壓強(qiáng)，相當(dāng)于一種液體支撐；泥漿中的自由水能滲入地層，并在槽壁形成一層弱透水的泥皮，具有一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和阻止泥漿中自由水繼續(xù)滲透的作用，有助于維護(hù)槽壁的穩(wěn)定性[15]。泥漿循環(huán)過(guò)程中會(huì)攜帶一部分土渣及降低雙輪銑鉆具表面溫度[16]。本工程設(shè)計(jì)槽內(nèi)泥漿面高出地下水位1m 以上。

(6)成槽施工。導(dǎo)墻施工結(jié)束后，在導(dǎo)墻頂面劃出分幅線。先使用液壓抓斗進(jìn)行抓土后，使用雙輪銑槽機(jī)進(jìn)行成槽施工。成槽過(guò)程中使用泥漿循環(huán)處理系統(tǒng)。所有操作均采用計(jì)算機(jī)控制，自動(dòng)反映槽段垂直情況，并對(duì)各種故障實(shí)行自動(dòng)報(bào)警模式。液壓抓斗和雙輪銑槽機(jī)均配備隨鉆測(cè)斜儀，隨時(shí)可以對(duì)槽斜和槽深進(jìn)行測(cè)量。本工程最大開槽深度46m，槽寬0.8m。

(7)下膜施工。成槽清渣后，防滲膜安裝架就位，沿槽口下方HDPE 防滲膜，下放時(shí)應(yīng)注意控制防滲膜安裝架滾輪，以調(diào)節(jié)防滲膜下放速度，下放至設(shè)計(jì)深度(進(jìn)入相對(duì)不透水層深度至少2m)。下一幅膜鋪設(shè)施工時(shí)，需與上一幅土工膜采用鎖扣形式連接。本工程HDPE 土工膜幅寬7.5m，平均設(shè)計(jì)深度40m。

(8)回填施工。防滲膜下放至設(shè)計(jì)深度后，灌注底部密封材料至膜底部，連接相對(duì)不透水層與HDPE 膜，防治污染物繞滲。上部回填銜接槽底密封層，采用土回填至導(dǎo)墻墻頂，不含有大粒徑石子，防止刮傷膜體。回填要分層、均勻，確保回填后墻體穩(wěn)定。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)本工程采用柔性垂直防滲墻技術(shù)，是一種高效的快速阻隔污染擴(kuò)散的處理手段。

(2)柔性垂直防滲墻采用低滲透性HDPE 膜為主要工程材料，采用鎖扣形式連接，底部灌注密封劑，在垂直方向上連續(xù)閉合無(wú)漏點(diǎn)。

(3)本工程順利完成超深(平均深度40m)環(huán)境下HDPE 膜連續(xù)墻的施工，在施工過(guò)程中未出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。