趙 坤

（南京萬(wàn)德斯環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，江蘇 南京 210000）

地下水是重要資源，而全國(guó)90%的地下水遭受到不同程度的污染［1］，在全國(guó)10 168個(gè)國(guó)家級(jí)地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，IV類水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)占70.7%，V類占15.5%，水質(zhì)不合格率高達(dá)86.2%。垃圾填埋場(chǎng)是引起地下水污染的重要因素之一，一些老舊的填埋場(chǎng)由于防滲層老化、破損，產(chǎn)生的滲濾液逐漸滲漏造成了地下水的污染。而早期的垃圾填埋場(chǎng)，未采取相關(guān)的污染擴(kuò)散阻斷措施，導(dǎo)致滲濾液直接遷移到地下水中。垃圾滲濾液成分復(fù)雜，COD和氨氮濃度高，且有機(jī)物多為難降解的長(zhǎng)鏈碳水化合物和腐殖質(zhì)，金屬離子含量高，對(duì)地下水影響極大。

地下水污染防控是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，首先地下水污染具有隱蔽性、復(fù)雜性和不確定性，精確識(shí)別與診斷地下水污染具有挑戰(zhàn)性；二是其污染源和污染組分復(fù)雜多樣，特征污染物主要有氨氮、重金屬和有機(jī)污染物等，且一旦污染，修復(fù)難度極大，因此急需對(duì)地下水污染進(jìn)行源頭控制并建立阻隔屏障。通過(guò)建立保護(hù)屏障阻斷污染物的向下遷移，是地下水污染防控的主要措施。人工在潛在污染源底部設(shè)置水平防滲層是阻止污染廢水下滲的主要措施，但底部防滲層會(huì)隨著時(shí)間、土壤沉降等原因部分失效，因此需要增加側(cè)向污染防控技術(shù)來(lái)控制污染擴(kuò)散［2］。

垂直防滲是常用的側(cè)向污染防控技術(shù)。垂直防滲是在區(qū)域邊界處地面以下設(shè)計(jì)建造有一定深度和滲透系數(shù)的不透水結(jié)構(gòu)，將污染物封閉，控制地下水的流動(dòng)，防止污染物遷移擴(kuò)散，是工程上常用的建立保護(hù)屏障的手段。目前工程應(yīng)用較多的垂直防滲主要有三軸水泥（膨潤(rùn)土）攪拌樁、垂直開(kāi)槽埋設(shè)防滲膜（HDPE膜或PE膜）、置換法垂直開(kāi)槽現(xiàn)澆連續(xù)墻、帷幕灌漿法、鋼板樁防滲墻等。幾種垂直防滲方式各有優(yōu)劣，滲透系數(shù)都可達(dá)到要求，且都具有相應(yīng)的工程實(shí)例，技術(shù)成熟。本文將從兩個(gè)實(shí)例出發(fā)，論述垂直防滲在地下水污染防控中的應(yīng)用。

1 天津某 填埋場(chǎng)的地下水污染防控

1.1 工程概況

該填埋場(chǎng)2013年開(kāi)始臨時(shí)填埋附近居民生活垃圾，填埋深度約11米，由于缺少防滲設(shè)施，如滲濾液、填埋氣體導(dǎo)排處理等環(huán)保設(shè)施，造成地下水污染。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，該填埋場(chǎng)地下水污染主要位于第一層潛水含水層，填埋場(chǎng)區(qū)域地下水特征污染物主要為COD、氨氮。受污染地下水氨氮濃度最高為10.5 mg/L，是地下水V類標(biāo)準(zhǔn)（1.5 mg/L）的7倍；污染羽中心區(qū)域鄰苯二甲酸酯濃度為1 919.628 μg/L，超出地下水V類標(biāo)準(zhǔn)（300 μg/L）6倍。

滲濾液下滲所引起的地下水污染特征多集中于三氮、耗氧量、氯化物、總大腸菌落、重金屬等指標(biāo)［3］，由此可以判斷，該場(chǎng)地的地下水污染多是由填埋場(chǎng)滲濾液所導(dǎo)致。

針對(duì)地下水污染，相關(guān)方面擬采用間歇性曝氣漏斗門式可滲透反應(yīng)墻地下水修復(fù)技術(shù)，實(shí)施局部地下水污染治理，并在填埋場(chǎng)周邊建立垂直防滲阻隔墻，進(jìn)行地下水污染阻隔。

1.2 地質(zhì)條件

本項(xiàng)目地質(zhì)情況見(jiàn)圖1。

圖1 填埋場(chǎng)地質(zhì)情況

潛水含水層：埋深為0～15 m，主要分布不連續(xù)的粉土層或粉質(zhì)黏土層，滲透性較差；在約15～21 m深度范圍內(nèi)，主要為黏土或粉質(zhì)黏土，隔水性較好，滲透系數(shù)數(shù)量級(jí)在10-8～10-7cm/s 之間；第一微承壓含水層頂部埋 深約為20～30 m，土壤類型為粉土、粉砂甚至細(xì)砂；第二微承壓含水層頂部埋深約為33～45 m，主要為不連續(xù)的粉砂、粉土層。

1.3 工程設(shè)計(jì)

1.3.1 設(shè)計(jì)范圍

為有效控制該填埋場(chǎng)滲濾液擴(kuò)散遷移，在整個(gè)場(chǎng)區(qū)四周建立水泥攪拌樁，形成封閉的獨(dú)立單元，保護(hù)周邊地下水環(huán)境。詳見(jiàn)圖2。

圖2 天津某填埋場(chǎng)垂直防滲設(shè)計(jì)范圍

1.3.2 設(shè)計(jì)深度

填埋堆體底部的第一層粉質(zhì)粘土（厚度平均約為7.8 m，滲透系數(shù)小于10-7cm/s）具有一定的防滲性能，經(jīng)計(jì)算，水體及溶質(zhì)穿透這一弱透水層需要數(shù)十年時(shí)間。故本工程的水泥攪拌樁設(shè)計(jì)深度為16.5 m，進(jìn)入粉質(zhì)黏土層頂板以下2 m。

1.3.3 施工工法

三軸攪拌機(jī)樁徑為650 mm；軸心距為900 mm；樁心距為90 mm；設(shè)計(jì)總長(zhǎng)為1650 m。

1.4 工程施工

1.4.1 障礙物清理

在水泥攪拌樁施工前，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行“三通一平”，清理影響施工的障礙物及可能的地下管線，以確保施工順利進(jìn)行。

1.4.2 開(kāi)挖溝槽

使用挖掘機(jī)在攪拌樁樁位上預(yù)先開(kāi)挖溝槽。根據(jù)本工程攪拌樁直徑，溝槽寬約1.0 m，深度約0.6～1.0 m。

1.4.3 導(dǎo)架設(shè)置與樁位放樣

樁位放樣后，三軸攪拌機(jī)就位，整平對(duì)中。本工程使用的三軸攪拌機(jī)樁徑為650 mm，軸心距為900 mm，攪拌樁搭接200 mm；三軸攪拌樁采用套接一孔工藝，因此樁心距為90 mm。

1.4.4 樁機(jī)就位與垂直度校正

本工程施工機(jī)械為自行走式三軸攪拌機(jī)，設(shè)備就位后將樁架垂直度調(diào)整到小于1%。施工中應(yīng)保證垂直度，偏差保證在允許誤差范圍內(nèi)。

1.4.5 配備水泥漿液

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)提供的漿液比進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)配置，漿液應(yīng)流動(dòng)性好、不離析、便于泵送，并嚴(yán)格控制水灰比。

1.4.6 噴漿、攪拌成樁

啟動(dòng)灰漿泵，待確認(rèn)漿液順利噴出后，使攪拌軸沿導(dǎo)向架鉆進(jìn)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)高程，每根樁要求一次噴攪完成。

2 江蘇 某填埋場(chǎng)的地下水污染防控

2.1 項(xiàng)目概況

江蘇某填埋場(chǎng)屬于山谷型填埋場(chǎng)，整個(gè)場(chǎng)域?qū)俚蜕角鹆甑貛?，填埋作業(yè)約二十年。限于當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平，該廢棄物處理場(chǎng)庫(kù)區(qū)建設(shè)期未采用水平防滲系統(tǒng)，底部為天然相對(duì)不透水層。

根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，填埋場(chǎng)周邊地下水已受到不同程度的污染，17項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)均有超標(biāo)，超標(biāo)率為9.1%～63.6%。其污染一方面來(lái)自地表雨水沖刷污染物源頭造成的影響，一方面由于下部庫(kù)區(qū)滲濾液下滲所致。庫(kù)區(qū)的污染水體可在巖基裂隙水中流動(dòng)，故在該填埋場(chǎng)四周建立封閉的垂直防滲系統(tǒng)，從而使庫(kù)區(qū)形成一個(gè)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，既可有效控制垃圾滲濾液向庫(kù)區(qū)外擴(kuò)散，又能控制庫(kù)區(qū)外地下水的流入。

2.2 水文地質(zhì)概況

（1）素填土：黃色、黃褐色、灰褐色等；稍濕～濕，松散，局部稍密～中密；以可塑狀（局部硬塑）黏性土為主，局部夾碎石，為壩體材料，偶夾碎石及植物根莖；普遍分布。

（2）粉質(zhì)黏土：灰、灰黃色；可塑，局部為黏土；無(wú)搖振反應(yīng)，切面稍有光澤，干強(qiáng)度及韌性中等；屬中壓縮性，中等強(qiáng)度地基土；局部分布。

（3）粉質(zhì)黏土～黏土：黃褐色；硬塑；無(wú)搖振反應(yīng)，切面有光澤，干強(qiáng)度及韌性中等偏高；屬中低壓縮性，中等偏高強(qiáng)度地基土，該層底部局部夾礫石；局部分布。

（4）碎石土：黃褐色、紫褐色；呈黏土夾風(fēng)化碎屑狀；黏性土呈可塑～硬塑狀；風(fēng)化碎屑巖密實(shí)狀。

（5.1）強(qiáng)風(fēng)化安山巖：灰白～灰紫色；上部風(fēng)化呈砂土狀，下部風(fēng)化層碎塊狀；巖心破碎，密實(shí)遇水易軟化，風(fēng)化裂隙很發(fā)育；為極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)；普遍分布。

（5.2）中風(fēng)化安山巖：灰白～灰紫色；原巖結(jié)構(gòu)部分破壞，風(fēng)化裂隙發(fā)育；巖芯呈短柱狀～長(zhǎng)柱狀，為軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)；普遍分布。詳見(jiàn)表1。

表1 江蘇某填埋場(chǎng)地質(zhì)情況

2.3 垂直防滲設(shè)計(jì)

研究表明，滲濾液主要危害沿地下水下游的區(qū)域，深層地下水和污染羽上游不受影響。由于土壤的阻滯作用，污染物不易進(jìn)入深層地下水，但滲入深層地下水后擴(kuò)散很快［1］，且一旦污染很難修復(fù)。本著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，本工程垂直防滲沿庫(kù)區(qū)東側(cè)、南側(cè)及西側(cè)設(shè)置，設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度約1 435 m，垂直防滲水泥灌漿帷幕的深度要求應(yīng)穿透至下部基巖不透水層；本工程設(shè)計(jì)深度要求達(dá)到5.2層中風(fēng)化安山巖層以下7 m，垂直防滲體的滲透系數(shù)為n×10-6cm/s；垂直防滲擬采用兩排孔帷幕灌漿法，孔間距為2.0 m，排距為1.5 m。

灌漿材料除結(jié)合部采用1：1水泥粘土漿外，其余部位采用1：3水泥粘土漿，水泥用42.5普通硅酸鹽水泥。灌漿結(jié)束后，采用密度大于1.5 g/cm的稠漿進(jìn)行封孔，封孔頂至設(shè)計(jì)地面高程。帷幕灌漿鉆孔布置如圖3所示。

圖3 鉆孔布置圖

2.4 實(shí)施垂直防滲

2.4.1 控制網(wǎng)布設(shè)

進(jìn)行場(chǎng)區(qū)控制網(wǎng)布設(shè)，辦理交樁手續(xù)。

2.4.2 孔位布置

按施工圖的孔位間距及灌漿孔布置軸線，采用全站儀等測(cè)量?jī)x器定出實(shí)際孔位，依次編號(hào)并做好標(biāo)記。

2.4.3 造孔

選用符合地質(zhì)情況的鉆機(jī)，施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制垂直度，采用電動(dòng)測(cè)斜儀量測(cè)所有帷幕孔鉆孔斜率，如超過(guò)相關(guān)規(guī)定，即時(shí)采取糾偏措施。

2.4.4 鉆孔沖洗

沖洗方法為從孔底向孔外沖洗，采用導(dǎo)管通入大流量水，沖洗壓力為灌漿壓力的80%，直至回水清凈為止。

2.4.5 制漿與監(jiān)測(cè)

漿液應(yīng)攪拌均勻。1層素填土、4層碎石土空隙較大，鉆探過(guò)程中可能存在泥漿滲漏嚴(yán)重等問(wèn)題，帷幕灌漿法施工時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加帷幕體寬度及銜接部位，確保達(dá)到防滲效果。

2.4.6 灌漿壓力

在鉆機(jī)作業(yè)過(guò)程中，壓力的控制需要根據(jù)施工實(shí)際情況選擇合適的升壓法。

2.4.7 封孔

灌漿結(jié)束后，采用全孔灌漿封孔法封孔。灌漿過(guò)程中發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿限流、限量、間歇、待凝等方案進(jìn)行處理。灌漿過(guò)程中發(fā)生串漿時(shí)，若串漿孔具備灌漿條件，應(yīng)一泵一孔同時(shí)進(jìn)行灌漿；否則應(yīng)塞住串漿孔，待灌漿孔灌漿結(jié)束后，再對(duì)串漿孔進(jìn)行掃孔、沖洗，然后繼續(xù)鉆進(jìn)或灌漿［4］。

2.5 實(shí)施效果

本工程進(jìn)行垂直防滲試驗(yàn)，經(jīng)專業(yè)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)，滲透系數(shù)小于n×10-6cm/s，符合設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

垃圾填埋場(chǎng)對(duì)周邊環(huán)境的危害之一即是滲濾液的擴(kuò)散及遷移造成地下水、地表水污染，其污染程度取決于滲濾液的污染潛能、地下水流場(chǎng)以及水文地質(zhì)特性（彌散度、滲透系數(shù)等）等多種因素［5］。在沒(méi)有防滲措施的情況下，垃圾填埋場(chǎng)周圍，特別是下游地下水力梯度高的區(qū)域內(nèi)，地下水將受到嚴(yán)重污染［6］，并隨著時(shí)間的推移，污染程度逐漸加劇。所以利用垂直防滲阻斷污染物的擴(kuò)散及遷移，對(duì)地下水污染防控和修復(fù)工作有重要的促進(jìn)作用。