黏土固化注漿技術(shù)在垃圾填埋場(chǎng)防滲中的應(yīng)用探討

尹蓮花

摘要：黏土固化劑是一種新的灌漿材料，黏土固化注漿技術(shù)在垃圾填埋場(chǎng)防滲施工中具有施工成本低、施工簡(jiǎn)單方便、堵水防滲效果好等特點(diǎn)，能顯著提高防滲性能，還能大幅度降低工程的施工成本。文章從黏土固化注漿技術(shù)的主要特點(diǎn)，結(jié)合垃圾填埋場(chǎng)防滲施工的要求，探討了黏土固化注漿技術(shù)在垃圾填埋場(chǎng)防滲中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：黏土固化注漿技術(shù)；垃圾填埋場(chǎng)；防滲施工；黏土固化劑；灌漿材料 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：X705 文章編號(hào)：1009-2374（2016）24-0087-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.24.043

黏土固化劑是一種由黏土和一定比例的結(jié)構(gòu)劑組成的注漿材料，其中黏土為主要成分，這種固化劑具有良好的黏塑性和可滲性，堵水效果好，具有很好的封閉性，而且黏土作為主要材料來(lái)源十分廣泛，價(jià)格便宜，成本低廉，能節(jié)省大量的資金，在防滲工程中有很大的優(yōu)勢(shì)。筆者根據(jù)武漢市陳家沖生活垃圾填埋場(chǎng)的防滲工程施工所采用的黏土固化注漿技術(shù)進(jìn)行分析和研究，經(jīng)總結(jié)，黏土固化注漿技術(shù)是一種非常經(jīng)濟(jì)適用的防滲方法。位于武漢市新洲區(qū)的陳家沖生活垃圾填埋場(chǎng)是武漢市十大重點(diǎn)環(huán)保垃圾填埋場(chǎng)之一，為防止垃圾填埋場(chǎng)的污染物滲入地下水污染下游黃岡、鄂州以及江西省的地下水，根據(jù)武漢市環(huán)保局的要求，對(duì)填埋場(chǎng)基本壩前1m左右采用垂直防滲帷幕，該帷幕上部地層為長(zhǎng)江中下游沖積平原的砂土粉質(zhì)地層，厚度約為5m，孔隙較大，土壤透水性好，地表水極易下滲。

1 黏土固化劑的化學(xué)機(jī)理及主要性能

1.1 黏土固化劑的化學(xué)機(jī)理

黏土固化劑的化學(xué)機(jī)理是其中的主要成分與水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成大量的硅酸根、鋁酸根和硫酸根，這三種根與水泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫氧化鈣水化鋁酸三鈣以及具有較大膨脹性的硫鋁酸鈣和無(wú)定型水化硅酸二鈣，黏土固化劑溶于水后，通過(guò)與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)吸收漿液中大量的水分，能夠加速水泥的水化反應(yīng)，產(chǎn)生具有一定強(qiáng)度的結(jié)石體，通過(guò)充填在空隙之中能夠起到封住孔隙，防滲防漏的作用。黏土中的堿性金屬物質(zhì)與鋁酸根和硅酸根發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生明礬，在氫氧化鈣和硫酸鈣的作用下，明礬石出現(xiàn)膨脹生成膠凝鈣礬石和具有一定韌性的膠凝物質(zhì)，這些物質(zhì)能夠改善水泥集料界面的孔隙及應(yīng)力狀態(tài)，可以提高結(jié)石體的密實(shí)度和抗壓強(qiáng)度，增加結(jié)石體的防滲效果。

1.2 黏土固化劑的主要性能

廢棄填埋場(chǎng)屬于特殊結(jié)構(gòu)的建筑物，對(duì)結(jié)構(gòu)的防滲性能有著更高的要求，選擇防滲效果好的材料是防止有害物質(zhì)滲入地下的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，材料選擇如果不恰當(dāng)會(huì)破壞帷幕的密封性和防滲的持久性，因此在選擇防滲材料時(shí)重點(diǎn)是對(duì)黏土固化劑的主要成分進(jìn)行分析選擇，從漿液的析水性能、滲透性能及耐久性把好關(guān)。

1.2.1 漿液的析水性能。漿液的析水性不能過(guò)高，析水率過(guò)高會(huì)使?jié){液中的結(jié)石體下沉使結(jié)石體與液體分離導(dǎo)致漿液的強(qiáng)度不均勻，影響到漿液的密實(shí)性。本次采用的黏土固化漿液的穩(wěn)定性不太好，是一種沉淀析水率較高的懸浮體漿液，但是因填埋場(chǎng)帷幕地層縫隙較大，灌注過(guò)程中有利于地層中多余水分的排除，對(duì)漿液結(jié)石有一定的擠密效果，因此不影響防滲效果。

1.2.2 漿液的滲透性能。帷幕的抗?jié)B性能對(duì)于廢料填埋場(chǎng)密封處理的效果起著決定性的作用，為了起到防止污水?dāng)U散滲漏的作用，帷幕形成的封閉空間滲漏系數(shù)不能超過(guò)10-5cm/s，在試驗(yàn)過(guò)程中，我們以255型滲透儀對(duì)部分試樣進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，我們得知漿液中各組分的變化對(duì)結(jié)石的滲透性能的影響，水玻璃摻入比例越高抗?jié)B性能越好，水泥比例增加也有增強(qiáng)抗?jié)B性的效果，但是沒(méi)有水玻璃明顯，水固比則相反，漿液越稀結(jié)石的抗?jié)B性能越差。

1.2.3 漿液的耐久性。帷幕注漿的目的是為了防滲，在施工的時(shí)候只是填充于裂縫之中，因此，固結(jié)物需要達(dá)到一定的強(qiáng)度才能抵抗靜水壓力，根據(jù)測(cè)算得出，在20m水頭壓力下結(jié)石體保持穩(wěn)定性所需要承受的抗剪強(qiáng)度達(dá)到0.005～0.01MPa則為合格，本次試驗(yàn)中根據(jù)維卡儀測(cè)試結(jié)果顯示7天后帷幕抗剪強(qiáng)度均超過(guò)0.03MPa，最高能夠達(dá)到2～3MPa，而且由于在潮濕的環(huán)境下進(jìn)行注漿體的養(yǎng)護(hù)，潮濕環(huán)境中的水分能夠一定程度上增強(qiáng)結(jié)石體的強(qiáng)度，因此黏土固化注漿能夠滿足耐久性的強(qiáng)度要求，另外，黏土固化注漿液的黏土成分主要為高嶺土，是一種具有一定惰性的土壤，其中活性陽(yáng)離子含量少，表面為負(fù)電荷，礦物分子內(nèi)聚能大，這些特點(diǎn)有助于帷幕對(duì)有害物質(zhì)滲透到地下的阻擋效果，而且漿液結(jié)石具有良好的可塑性，在帷幕受到局部高壓時(shí)結(jié)石體只會(huì)出現(xiàn)一定的變形而不會(huì)出現(xiàn)裂縫，不會(huì)影響帷幕的密封效果。

1.3 黏土固化注漿技術(shù)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

相比純水泥進(jìn)行基巖灌注，黏土固化注漿在材料費(fèi)和人工費(fèi)方面最少，節(jié)省成本10%以上，黏土固化劑漿液的主要組成材料為黏土、水泥和固化劑，其中黏土所占比例達(dá)到80%以上，水泥所占比例為20%，而固化劑的用量?jī)H為水泥的15%，按照市場(chǎng)價(jià)水泥約為40元/kg，固化劑為7.5元/kg，而黏土僅為15元/噸，灌漿材料的綜合成本可以節(jié)約20%以上，而且黏土固化漿液具有無(wú)析水性，膠凝時(shí)間可控等特點(diǎn)，形成的結(jié)石體具有膨脹性，在對(duì)帷幕進(jìn)行灌注時(shí)可以對(duì)漿液的擴(kuò)散距離進(jìn)行控制，提高灌注的效率，減少漿液的流失，在節(jié)省人工方面更是比傳統(tǒng)水泥灌漿方法節(jié)省機(jī)械和人工工時(shí)15%以上。傳統(tǒng)的垃圾填埋場(chǎng)的防滲加固方法一般是對(duì)帷幕采用沖抓回填或者高壓旋噴及土工膜技術(shù)作為防滲方法，這幾種方法要么是防滲效果不好，要么是造價(jià)太高，要么是施工技術(shù)難度大，而黏土固化注漿技術(shù)防滲效果好、操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2 黏土固化注漿技術(shù)在垃圾填埋場(chǎng)防滲中的應(yīng)用試驗(yàn)

2.1 注漿試驗(yàn)孔布置

在布置試驗(yàn)孔的過(guò)程中，要根據(jù)帷幕線不同地段的不同地質(zhì)條件和滲透性特點(diǎn)將注漿試驗(yàn)孔布置于填埋場(chǎng)的兩側(cè)，第一組布置3孔，呈等邊三角形分布，布設(shè)于南端鄰水一側(cè)；第二組為2孔，布設(shè)于北端，孔距為3～5m，孔深以壓水試驗(yàn)為控制依據(jù)，約為20～30m。

2.2 注漿參數(shù)的選取

注漿的漿液配合比一般來(lái)說(shuō)要根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果得出的參數(shù)來(lái)確定，但是由于每個(gè)工程項(xiàng)目的氣候、水文、地質(zhì)等條件各不相同，因此要獲得良好的注漿效果就需要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)不同地段的單位吸水率選擇進(jìn)行濃度配比的設(shè)計(jì)，一般固液質(zhì)量的比例為1∶3～1∶8不等。注漿段長(zhǎng)一般為5～10m，具體長(zhǎng)度要根據(jù)壓水試驗(yàn)值的大小確定，注漿壓力值的確定要結(jié)合地層情況按照按設(shè)計(jì)壓力0.4～0.6MPa的要求適當(dāng)調(diào)整，一般完整的基巖段注漿壓力為0.4～0.7MPa，但是武漢市陳家沖垃圾填埋場(chǎng)地層為沖積扇地層，底下為砂土質(zhì)地層，壓力過(guò)大會(huì)導(dǎo)致地表冒漿現(xiàn)象的出現(xiàn)，因此要適當(dāng)減小壓力值，延長(zhǎng)注漿的時(shí)間。

2.3 注漿工藝

在本次注漿過(guò)程中采用了上行式和下行式兩種注漿方式，下行式注漿法主要是用于地層條件復(fù)雜的項(xiàng)目，對(duì)于一般情況則采用上形式注漿法，本次工程的地層條件較為復(fù)雜，因此采用的上行式和下行式相結(jié)合的方法，下行式注漿法能夠彌補(bǔ)沖洗液漏失嚴(yán)重的問(wèn)題，而上行式注漿法能夠起到復(fù)注效果，有利于注漿效果的實(shí)現(xiàn)，兩種方法相互結(jié)合符合本次施工的地層條件，堵漏效果好，注漿結(jié)果表明，對(duì)于地層松散的砂土地質(zhì)漿液不能過(guò)稀，水的比例要適當(dāng)減少，否則會(huì)出現(xiàn)冒漿的現(xiàn)象。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

本次壓水試驗(yàn)分為注漿前和注漿后兩部分進(jìn)行，壓水試驗(yàn)的校驗(yàn)地點(diǎn)位于第一組三角形的中心和第二組兩孔的中間位置，根據(jù)壓水試驗(yàn)的結(jié)果可以看出黏土固化注漿具有非常明顯的防滲效果，平均防滲效果提高了50倍，由此可見(jiàn)采用黏土固化注漿防滲方法達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的標(biāo)準(zhǔn)是可行的。

3 黏土固化注漿技術(shù)施工方法及注意要點(diǎn)

3.1 灌漿材料選擇

黏土固化漿液的材料包括黏土、水泥和水，設(shè)備包括黏土打漿機(jī)，轉(zhuǎn)速不低于400r/min的兩個(gè)高速攪拌筒、泥漿泵和鉆機(jī)等。黏土的黏粒不小于25%，塑性指數(shù)不低于15的所有自然土均可，以觀音土或高嶺土最佳，水泥為32.5以上的普通硅酸水泥，水的水質(zhì)無(wú)明顯化學(xué)污染的灌溉水或自來(lái)水，水中的活性粒子不能過(guò)高，黏土固化劑為專利產(chǎn)品。

3.2 制漿方法

首先將黏土用打漿機(jī)打碎摻水打成泥漿，然后用第一個(gè)高速攪拌筒攪拌1～2分鐘，攪拌結(jié)束后對(duì)黏土量和水料比進(jìn)行測(cè)試待用，按照配比干拌好水泥黏土固化劑，拌好后放入第一高速攪拌筒攪拌7分鐘以上直至完全攪拌均勻，再放入第二高速攪拌筒攪拌7分鐘待灌。

3.3 灌漿方法

黏土固化注漿的開(kāi)灌水料比為2∶1，由于不同地層滲水性和濕度不同，注漿過(guò)程中對(duì)于吸漿量特別大的沙土地層可以充分利用注漿液膠凝時(shí)間的可控特點(diǎn)進(jìn)行漿液水料比的調(diào)節(jié)或者通過(guò)間歇灌注的方式控制漿液擴(kuò)散半徑，減少漿液的流失度，還能節(jié)省施工時(shí)間，根據(jù)漿液基本無(wú)析水性的特點(diǎn)在終灌環(huán)節(jié)時(shí)當(dāng)灌注達(dá)到設(shè)計(jì)壓力值后續(xù)灌10～20分鐘，可以再次節(jié)省施工時(shí)間。

3.4 注意要點(diǎn)

3.4.1 黏土固化注漿技術(shù)從試驗(yàn)結(jié)果看能夠有效地防止垃圾填埋場(chǎng)污染物的下滲，下一步工作是要監(jiān)測(cè)好對(duì)有害物質(zhì)的防滲效果，收集漿液結(jié)石在有害物質(zhì)防護(hù)能力方面的資料。

3.4.2 如果漿液吸水情況嚴(yán)重，可以添加一些優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土到漿液中，增加固相顆粒的分散效果。

3.4.3 從現(xiàn)場(chǎng)的施工及測(cè)試結(jié)果來(lái)看，黏土固化注漿技術(shù)能夠有效地防止污染物下滲，對(duì)環(huán)境污染的治理和防范有很大的效果，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，值得大力推廣應(yīng)用。

3.4.4 對(duì)于地質(zhì)條件松散的地層需要適當(dāng)?shù)馗倪M(jìn)注漿工藝，避免因漿液水分過(guò)多導(dǎo)致冒漿現(xiàn)象的出現(xiàn)，混凝土防滲墻的填筑可以采用黏土與水泥混合料。

4 結(jié)語(yǔ)

黏土固化注漿技術(shù)是一種高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的防滲加固技術(shù)，具有操作簡(jiǎn)便、適用范圍廣、承載力高的特點(diǎn)，采用黏土固化劑進(jìn)行防滲加固不但能顯著提高垃圾填埋場(chǎng)及其他工程項(xiàng)目的防滲性能，延長(zhǎng)工程的使用周期，還能大幅度降低工程的造價(jià)，隨著工程應(yīng)用領(lǐng)域的不斷發(fā)展，黏土固化注漿技術(shù)一定能夠發(fā)揮出更多更好的作用，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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（責(zé)任編輯：王 波）