垂直防滲在濱海地區(qū)危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)中的應(yīng)用

路 青，王 慶，馮 旭，李宜成，汪 濤，劉 元，于高建，王殿二

(光大環(huán)境修復(fù)(江蘇)有限公司，江蘇 南京 211100)

1 引言

危險(xiǎn)廢物是國(guó)家明文規(guī)定的納入國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄或者根據(jù)國(guó)家危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)和鑒別方法認(rèn)定的具有急性毒性、易燃性、腐蝕性、反應(yīng)性和感染性等至少一種危險(xiǎn)特性的，可能對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成直接危害，或者經(jīng)過(guò)不適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸、儲(chǔ)存、處理和處置過(guò)程產(chǎn)生的對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成間接危害的固體廢物[1，2]。

危險(xiǎn)廢物安全填埋是國(guó)際社會(huì)無(wú)害化處理處置的普遍措施[3，4]，但其滲漏污染危害巨大，不僅使土壤鹽堿化、毒化，也會(huì)污染地下水，最終進(jìn)入人類的食物鏈?？煽堪踩姆罎B工程是杜絕填埋場(chǎng)重復(fù)污染的有效屏障。

危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)的防滲系統(tǒng)通常由基礎(chǔ)層、四壁防滲襯層、表面密封系統(tǒng)以及垂直防滲系統(tǒng)組成[5]。垂直防滲是指在滲濾液滲漏路徑上進(jìn)行垂直帷幕灌漿，以減少滲漏量，達(dá)到防滲的目的。垂直防滲系統(tǒng)在危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)應(yīng)用具有低成本、投資少及易修復(fù)等特點(diǎn)，相對(duì)于基礎(chǔ)層、四壁防滲襯層、表面密封系統(tǒng)而言具有明顯優(yōu)勢(shì)[6]。

2 垂直防滲研究現(xiàn)狀

地下連續(xù)墻是最常用的垂直防滲帷幕形式，該方法也在世界各地的各種工行才能獲得廣泛應(yīng)用。我國(guó)于1958年引進(jìn)防滲墻，目前已廣泛應(yīng)用于各類工程中，地下連續(xù)墻技術(shù)已成為我國(guó)基礎(chǔ)工程技術(shù)的重要方面之一。近年來(lái)垂直防滲墻越來(lái)越多的應(yīng)用于防污控制工程，如污水防污控制工程、填埋場(chǎng)的垂直防滲工程等。另外在石油類污染物防治方面，如地下水DNAPLs防治工程等，垂直防滲墻也獲得較好的應(yīng)用。天然粘土等天然礦物材料以其良好的防滲性能，被廣泛用作填埋場(chǎng)的防滲襯墊材料，但是由于天然粘土對(duì)污染物的衰減能力較差，通常將其改性之后提高其抗?jié)B阻滯能力和吸附能力[7](表1)。

表1 垂直防滲墻類型及優(yōu)缺點(diǎn)

3 垂直防滲設(shè)計(jì)思路

垂直防滲帷幕廣泛應(yīng)用于污染防治工程中，但對(duì)于垂直防滲帷幕的設(shè)計(jì)理念存在不同的看法。Spooneretal[9]提出可采用垂直防滲帷幕最大滲透系數(shù)進(jìn)行污染控制類垂直防滲帷幕設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)思路主要認(rèn)為對(duì)流為污染物運(yùn)移過(guò)程中最重要的影響因素基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。Shackelfordetal[10]及Roweetal[11]的研究表明：在進(jìn)行較低滲透系數(shù)的垂直防滲帷幕設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮對(duì)流和分子擴(kuò)散的影響以及二者之間的相互作用。Devlin和Parker[12]建議當(dāng)污染物垂直防滲帷幕外的泄露量趨于最小時(shí)的滲透系數(shù)為最適滲透系數(shù)，該建議是基于污染物在垂直防滲帷幕的穩(wěn)態(tài)運(yùn)移下垂直防滲帷幕被污染物擊穿的標(biāo)準(zhǔn)。Christopeher J.Netal[8]提出在進(jìn)行具體的垂直防滲帷幕的類型、厚度及深度等設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際選擇污染物運(yùn)移模型，該模型的選擇將影響類型、厚度以及監(jiān)測(cè)方案的確定。

3.1 垂直防滲帷幕的性能分析

影響垂直防滲帷幕性能的因素主要有以下幾個(gè)方面：垂直防滲帷幕滲透系數(shù)、土層滲透系數(shù)、上下游水頭差、厚度、地質(zhì)條件等。

研究表明：在滲流的主導(dǎo)作用下，地表處的防滲墻更容易被污染物擊穿；上下游水頭差、防滲帷幕滲透系數(shù)、厚度對(duì)防滲帷幕性能有顯著影響。防滲帷幕的擊穿時(shí)間與滲透系數(shù)和水頭差呈負(fù)相關(guān)，與厚度呈正相關(guān)。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，控制防滲帷幕滲透系數(shù)不大于1.0×10-7cm/s的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格控制滲瀝液水位。在設(shè)計(jì)中對(duì)于嵌入式防滲帷幕在需要滿足滲流控制要求或安全水力梯度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，應(yīng)同時(shí)考慮分子擴(kuò)散作用，并且應(yīng)加強(qiáng)帷幕頂部厚度或防污性能。

3.2 垂直防滲帷幕厚度設(shè)計(jì)方法

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于防滲帷幕的設(shè)計(jì)主要借鑒水利工程中的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法，在考慮安全系數(shù)及時(shí)間效應(yīng)的基礎(chǔ)上，采用水力梯度為設(shè)計(jì)和控制標(biāo)準(zhǔn)。

該種設(shè)計(jì)方法主要以滲流作為污染物運(yùn)移的唯一主要因素為前提，但是忽略了分子擴(kuò)散作用，只以水利坡降為控制標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方法可能致使設(shè)計(jì)結(jié)果存在不安全性。

本文基于在垂直防滲帷幕內(nèi)擴(kuò)散作用對(duì)于污染物運(yùn)移有較大的影響，在考慮分子擴(kuò)散作用、吸附阻滯作用的情況下計(jì)算土-膨潤(rùn)土墻的垂直防滲帷幕厚度。

4 某濱海地區(qū)危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例

4.1 工程概況

本工程場(chǎng)址屬于濱海相沉積地貌。本工程場(chǎng)地淺部淤泥土層深厚，須增加垂直防滲工程措施，提高地下污染防控水平。本工程原場(chǎng)地有深厚軟土層(即③層淤泥層)，平均埋深1.15～18.13 m，平均厚度16.57 m。

4.2 工程地質(zhì)及水文條件

4.2.1 工程地質(zhì)

工作區(qū)屬于濱海相沉積地貌，地勢(shì)較平坦，地面相對(duì)高程約為2.71～3.40 m，地表相對(duì)高差0.69 m。

4.2.2 水文條件

(1)地下水的類型。場(chǎng)區(qū)本次勘察深度范圍內(nèi)地下水主要類型為潛水和承壓水，潛水主要賦存于上部黏土、淤泥中，標(biāo)高一般在1.20 m 左右。承壓水主要賦存于細(xì)砂中。

(2)地下水的補(bǔ)給與排泄。潛水的主要補(bǔ)給源為降雨及地表水下滲為主，主要通過(guò)蒸發(fā)作用及側(cè)向徑流排泄，承壓水主要以側(cè)向補(bǔ)給和徑流為主，下水水位隨季節(jié)變化，年變化幅度為1.5 m。

4.3 垂直防滲設(shè)計(jì)

本工程垂直防滲墻選擇土-膨潤(rùn)土墻。墻體設(shè)計(jì)厚度L計(jì)算公式[14]如下：

(1)

安全系數(shù)Fr取值1.5，垂直防滲墻滲透系數(shù)k取1×10-9m/s，污染防控時(shí)間T為50年，上下游水頭差H為0.6 m；本工程所涉及的危險(xiǎn)廢物來(lái)源及種類復(fù)雜，計(jì)算的阻滯因子R取8；污染物擴(kuò)散系數(shù)Dh取3×10-10m2/s。

則垂直防滲墻厚度L計(jì)算值為0.88 m，因《生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)巖土工程技術(shù)規(guī)范》要求垂直防滲帷幕宜嵌入滲透系數(shù)不大于1×10-7cm/s的隔水層中，嵌入深度不宜小于1 m，故本項(xiàng)目垂直防滲墻厚度L取值為1 m。

4.4 工程實(shí)施效果

工程施工前選擇適當(dāng)區(qū)域進(jìn)行垂直防滲墻試驗(yàn)段，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，土-膨潤(rùn)土防滲帷幕滲透系數(shù)小于1.0×10-7cm/s，符合設(shè)計(jì)要求；垂直防滲工程施工過(guò)程中，委托專業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)拌合好的垂直防滲墻回填進(jìn)行取樣，并采用柔性壁滲透儀進(jìn)行室內(nèi)滲透系數(shù)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明滲透系數(shù)小于5.0×10-7cm/s，滿足工程設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

(1)需要根據(jù)各個(gè)危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇垂直防滲帷幕類型，以達(dá)到防滲效果及經(jīng)濟(jì)效益最大化。

(2)垂直防滲帷幕厚度設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要在滲透系數(shù)的基礎(chǔ)上，分析分子擴(kuò)散及吸附阻滯作用對(duì)垂直防滲帷幕防滲效果的影響。