金 晶，王 慶，儲 翔，林 春，戴云波，朱逸馨

(1.光大環(huán)境修復(fù)(江蘇)有限公司，江蘇 南京 211100；2.上田環(huán)境修復(fù)有限公司，江蘇 常州 213000)

1 引言

危廢填埋場通常具備污染物濃度高、毒性大以及成分復(fù)雜等特點(diǎn)[1～4]。隨著我國危廢填埋場需求及數(shù)量增多，加之其設(shè)計(jì)、施工或運(yùn)營管理等多環(huán)節(jié)可能存在問題，許多危廢填埋場存在不同程度的泄漏問題，對周圍居民人體健康以及周邊土壤環(huán)境質(zhì)量造成極大威脅，因而危廢填埋場防滲系統(tǒng)的建立一直是填埋場全生命周期最為重要的工程內(nèi)容。

危廢填埋場防滲系統(tǒng)一般包括水平防滲和垂直防滲，水平防滲通常通過黏土/黏土-膨潤土改性土、HDPE防滲膜等材料按層序鋪設(shè)在庫區(qū)底部、邊坡實(shí)現(xiàn)防滲效果，本文不予深入討論。垂直防滲技術(shù)是一種適應(yīng)性強(qiáng)、效果好的防滲方式，采用垂直防滲可以有效阻止污染物隨地下水水平遷移，保證周邊土壤環(huán)境不受污染的同時能夠?qū)崿F(xiàn)控制填埋庫區(qū)地下水位不高于0.5 m，使得整個填埋庫區(qū)形成相對獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，阻止填埋區(qū)在內(nèi)外水位差的作用下向填埋區(qū)內(nèi)滲流、防止由此而產(chǎn)生的流砂等滲流破壞。垂直防滲主要包括：黏土-膨潤土防滲墻、水泥-膨潤土防滲墻、黏土-水泥-膨潤土防滲墻、土工膜防滲墻、塑性砼防滲墻、深層攪拌灌漿土防滲墻、噴射灌漿防滲墻、板樁防滲墻等[5～7]。相比黏土-膨潤土、水泥系垂直防滲墻，塑性砼防滲墻具有極限應(yīng)變大、成墻整體性好、厚度均勻連續(xù)的優(yōu)點(diǎn)，而土工膜防滲墻目前應(yīng)用案例少、施工質(zhì)量難以把控，因而，本文選取塑性砼防滲墻進(jìn)行研究[8～13]。

我國沿江、沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，該地區(qū)工業(yè)園區(qū)多，對危廢處置的需求較大[14,15]。在該地區(qū)建設(shè)危廢填埋場受淤泥質(zhì)軟土的影響大，必須對土體進(jìn)行加固，塑性砼墻的成墻亦是如此。水泥攪拌樁技術(shù)在軟土地基加固處理中應(yīng)用較多，且效果明顯，本文以某濱水危廢填埋場工程為例，詳細(xì)說明塑性砼墻防滲效果和水泥攪拌樁對淤泥質(zhì)軟土的加固效果的影響，以期為類似工程提供參考。

2 場地基本情況

2.1 工程地質(zhì)條件

本案例據(jù)勘探揭露，在勘探深度范圍內(nèi)，除填土外，其余均為第四紀(jì)河湖相沉積物。主要由黏性土、粉砂組成，按其工程特性從上到下可主要分為9 個工程地質(zhì)層次，分述如下。

第①層：素填土，黃色，松散，以黏性土與粉土為主。場區(qū)普遍分布，厚度：0.50～3.00 m，平均1.45 m；層底埋深：0.50～3.00 m，平均1.45 m。

第②層：淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，淺灰色。場區(qū)普遍分布，厚度：2.10～9.50 m，平均5.81 m；層底埋深：4.00～12.00 m，平均5.45 m。

第③-1層：粉砂：淺灰色，松散，夾大量黏性土薄層。場區(qū)普遍分布，厚度：0.80～5.50 m，平均2.80 m；平均-6.36 m；層底埋深：5.80～10.40 m，平均8.05 m。

第③-2層：粉質(zhì)黏土，淺灰色，軟塑，夾大量粉土薄層。場區(qū)大部分有分布，厚度：0.50～8.20 m，平均3.49 m；層底埋深：8.40～19.30 m，平均11.59 m。

第③-3層：粉砂，淺灰色，松散～稍密，夾大量黏性土薄層，砂質(zhì)不均勻。場區(qū)普遍分布，厚度：0.90～5.80 m，平均2.74 m；層底埋深：10.10～15.80 m，平均13.90 m。

第③-4層：粉質(zhì)黏土，淺灰色，軟塑，均勻性差。場區(qū)大部分有分布，厚度：0.60～4.50 m，平均1.18 m；層底埋深：12.30～16.80 m，平均15.07 m。

第③-5層：粉砂，淺灰色，稍密～中密，砂質(zhì)不均勻。場區(qū)普遍分布，厚度：1.40～6.30 m，平均3.43 m；層底埋深：16.70～20.80 m，平均18.50 m。

第④層：粉質(zhì)黏土：青灰色，軟～可塑。場區(qū)大部分有分布，厚度：0.60～4.70 m，平均2.45 m；層底埋深：18.80～23.00 m，平均20.80 m。

第⑤層：粉質(zhì)黏土：灰黃色，可～硬塑，土質(zhì)均勻。場區(qū)普遍分布，厚度：6.10～11.70 m，平均8.82 m；層底埋深：27.10～31.70 m，平均29.52 m(圖1)。

圖1 場地工程地質(zhì)剖面

2.2 滲透系數(shù)分布

本案例危廢填埋場庫區(qū)范圍內(nèi)各土層進(jìn)行了室內(nèi)滲透試驗(yàn)，結(jié)果如表1。

表1 土層滲透系數(shù)成果

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

根據(jù)室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)和原位測試結(jié)果，對本案例危廢填埋場庫區(qū)范圍內(nèi)各土層的地基承載力特征值fak進(jìn)行了計(jì)算，詳見表2。

表2 地基承載力特征值fak、壓縮模量Es1～2

根據(jù)表1，第⑤層粉質(zhì)黏土層屬微透水層，其滲透系數(shù)為3.86×10-7cm/s，基本滿足相對不透水層的技術(shù)要求。因此，該危廢填埋場采用水平防滲的同時采用垂直防滲技術(shù)即可有效控制污染物擴(kuò)散。本案例采用落底式塑性砼防滲墻方案，并且塑性砼防滲墻深入第⑤層粉質(zhì)黏土層不小于2.0 m，即垂直止水帷幕底部埋深達(dá)18.62～22.85 m。

根據(jù)表2，本案例危廢填埋場，上部土層承載力較低，第①層、第②層、第③-2、第③-4層工程性質(zhì)較差，此外根據(jù)濱水地區(qū)施工經(jīng)驗(yàn)，塑性砼防滲墻在成槽施工過程極易發(fā)生塌槽，需采取土體加固措施。根據(jù)濱水地區(qū)地基加固工程經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)研究，水泥攪拌樁加固效果好，具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性，因而選擇水泥攪拌樁工藝作為塑性砼墻支護(hù)措施。

3 垂直防滲實(shí)施方案

3.1 總體實(shí)施方案

本實(shí)施案例按照先試驗(yàn)段后正式段的實(shí)施順序，試驗(yàn)段塑性砼墻養(yǎng)護(hù)28 d，滲透系數(shù)不大于1.0×10-7cm/s，即開展正式段施工，總體施工流程見如2所示。

圖2 總體施工流程

3.1.1 試驗(yàn)段方案

垂直防滲試驗(yàn)段分為2 段，每段長度18 m，位于填埋場北線和南線。

水泥攪拌樁支護(hù)：試驗(yàn)段開始前取第②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室配合比實(shí)驗(yàn)，確保28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.3 MPa。試驗(yàn)段支護(hù)方案采用Φ800@500、Φ600@500、Φ400@320三種規(guī)格的水泥土攪拌樁，每種規(guī)格12 m，通過試驗(yàn)段實(shí)際效果最終確定支護(hù)方案。

塑性砼墻：試驗(yàn)段開始前進(jìn)行塑性砼墻室內(nèi)配合比試驗(yàn)，確保墻體滲透系數(shù)不大于1.0×10-7cm/s，抗壓強(qiáng)度大于3 MPa。通過試驗(yàn)段驗(yàn)證塑性砼墻成槽及混凝土澆筑過程，確保不塌槽、成品養(yǎng)護(hù)28 d，確保墻體滲透系數(shù)不大于1.0×10-7cm/s，抗壓強(qiáng)度大于2.0 MPa。

3.1.2 正式段方案

試驗(yàn)段工程滿足設(shè)計(jì)、現(xiàn)場實(shí)施要求后，開展正式段施工，正式段水泥攪拌樁、塑性砼墻參數(shù)按照試驗(yàn)段執(zhí)行。

3.2 施工方法

3.2.1 試驗(yàn)段部分

3.2.1.1 水泥攪拌樁施工

室內(nèi)配合比試驗(yàn)：取第②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室配合比實(shí)驗(yàn)。借鑒李宜成、周恒、王曉晶等的研究，軟土地基采用15%～30%水泥產(chǎn)量、水灰比1.0～1.5可達(dá)到最佳支護(hù)效果。試驗(yàn)方案如下：制定4種水泥摻入量方案10%、15%、20%、25%，優(yōu)選最佳摻量；根據(jù)第①步最佳摻量，按照2%梯度加密水泥摻量，優(yōu)選最優(yōu)摻量；根據(jù)第②步最優(yōu)摻量，調(diào)整水灰比1.0、1.2、1.5、1.7，優(yōu)選最優(yōu)水灰比。

支護(hù)方案：采用Φ800@500、Φ600@500、Φ400@320三種規(guī)格的水泥土攪拌樁現(xiàn)場試驗(yàn)，根據(jù)28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及成槽過程是否塌孔，選擇最優(yōu)規(guī)格。

施工工藝流程見圖3。

圖3 水泥攪拌樁工藝流程

3.2.1.2 塑性砼墻施工

室內(nèi)配合比試驗(yàn)：借鑒鮑曉煜、胡良明等的研究，結(jié)合濱水地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，選擇各原材料的用量范圍：水泥用量130～180 kg/m3，膨潤土用量130～160 kg/m3，骨料用量1300～1600 kg/m3，減水劑用量3～4.5 kg/m3，具體試驗(yàn)配合比見表3。

表3 塑性混凝土設(shè)計(jì)配合比 kg/m3

施工工藝：根據(jù)配合比試驗(yàn)，根據(jù)滲透系數(shù)及抗壓強(qiáng)度，選擇最佳參數(shù)作為本項(xiàng)目配合比，本次塑性砼墻采用液壓抓斗成槽機(jī)在修建好的導(dǎo)墻中分段進(jìn)行溝槽開挖，采用優(yōu)質(zhì)膨潤土泥漿進(jìn)行槽孔護(hù)壁，槽段開挖完成后，擬采用雙導(dǎo)管法水下灌注防滲材料澆筑成墻，防滲墻施工流程見圖4。

圖4 施工流程

3.2.2 正式段部分

3.2.2.1 水泥攪拌樁施工

正式段水泥攪拌樁規(guī)格根據(jù)試驗(yàn)段支護(hù)效果判定。水泥攪拌樁正式段施工自試驗(yàn)段水泥攪拌樁養(yǎng)護(hù)28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測合格，且試驗(yàn)段塑性砼墻成槽無塌槽現(xiàn)象，即可開展正式段施工，施工方法同試驗(yàn)段。

3.2.2.2 塑性砼墻施工

試驗(yàn)段塑性砼墻養(yǎng)護(hù)28 d，經(jīng)第三方檢測塑性砼墻強(qiáng)度、滲透系數(shù)滿足要求，即開展正式段施工，施工方法同試驗(yàn)段。

4 結(jié)果與討論

4.1 水泥攪拌樁

水泥攪拌樁配合比試驗(yàn)結(jié)果見表4，由表可知，水泥摻量>15%，28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度即>0.3 MPa。為保證一定強(qiáng)度余量，選擇20%摻量作為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行2%加密試驗(yàn)，選擇性價比最優(yōu)摻量，加密摻量分別為18%、16%。經(jīng)試驗(yàn)可知18%、16%強(qiáng)度下降較多，分別為0.39 MPa、0.32 MPa，最終選擇20%摻量。

表4 水泥攪拌樁配合比試驗(yàn)

確定20%摻量后，進(jìn)行水灰比試驗(yàn)，1∶1.2和1∶1.5試驗(yàn)結(jié)果較近，分別為0.47 MPa和0.46 MPa，1∶1.7 強(qiáng)度下降較多，為0.41 MPa，1∶1.0 和易性較差，且結(jié)果為0.45 MPa，最終選擇1∶1.5 作為水灰比。

試驗(yàn)段采用20% 水泥摻量，水灰比1∶1.5，采用Φ800@500、Φ600@500、Φ400@320 三種規(guī)格的水泥土攪拌樁現(xiàn)場試驗(yàn)，其中Φ400@320 方案部分區(qū)域出現(xiàn)塌孔，Φ800@500、Φ600@500 兩種方案28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度滿足要求，且支護(hù)效果良好，考慮成本及現(xiàn)場空間受限，選擇Φ600@500作為支護(hù)方案，且四攪兩噴施工工藝最佳，確定支護(hù)方案后即開展正式段施工，正式段采用雙排水泥攪拌樁支護(hù)。

4.2 塑性砼墻

塑性砼墻試驗(yàn)段室內(nèi)配合比試驗(yàn)結(jié)果見表6、圖5、圖6，由分析結(jié)果可知，在一定配合比范圍內(nèi)膨潤土用量與塑性混凝土滲透系數(shù)成反比，水泥的用量對滲透系數(shù)無明顯影響，水泥的用量與抗壓強(qiáng)度成正比。其中S1 和S3 滲透系數(shù)分別為6.8×10-8cm/s和8.1×10-8cm/s，抗壓強(qiáng)度分別為3.57 Mpa和2.55 Mpa，均滿足工程要求，結(jié)合工程造價，選擇S3作為最優(yōu)配合比，即水泥摻量7.54%、膨潤土摻量7.10%。

表5 支護(hù)方案結(jié)果

表6 塑性砼室內(nèi)配合比試驗(yàn)

圖5 膨潤土摻量與滲透系數(shù)關(guān)系

圖6 水泥摻量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系

按照室內(nèi)配合比試驗(yàn)成果開展試驗(yàn)段，試驗(yàn)成果見表7所示，本次墻體滲透系數(shù)測試共完成2 個鉆孔6 個段次的降水頭注水試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：塑性混凝土防滲墻墻體的滲透系數(shù)為 3.35×10-8～8.82×10-8cm/s，滿足工程要求。

表7 28天鉆孔降水頭注水試驗(yàn)成果

5 結(jié)論

為通過垂直防滲帷幕解決濱水地區(qū)危廢填埋場潛在泄漏及地下水滲流問題，使得整個填埋庫區(qū)形成相對獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，并以某濱水危廢填埋場工程為例，探討了膨潤土對塑性砼墻防滲效果和攪拌樁的水泥配合比對淤泥質(zhì)黏土的加固效果的影響。結(jié)果如下：

(1)水泥攪拌樁采用“四攪兩噴”工藝，規(guī)格Φ600@500，水泥摻量20%，水灰比1∶1.5對濱水相淤泥質(zhì)黏土有較好支護(hù)效果，28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)0.45 MPa。

(2)在一定配合比范圍內(nèi)膨潤土用量與塑性混凝土滲透系數(shù)成反比，水泥的用量對滲透系數(shù)無明顯影響，水泥的用量與抗壓強(qiáng)度成正比。膨潤土摻量7.10%、7.24%時，滲透系數(shù)滿足要求，分別為6.8×10-8cm/s和8.1×10-8cm/s。