CSM工法在垃圾填埋場(chǎng)垂直防滲中的應(yīng)用

韓曉峰 張領(lǐng)帥 陳枝東 王鳳梅

(深圳宏業(yè)基巖土科技股份有限公司，廣東 深圳 518057)

0 引言

一些未采取防滲措施或防滲措施失效的老生活垃圾填埋場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)垃圾滲濾液泄漏情況，對(duì)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。后處理措施只能采取施作垂直防滲墻至地下可靠的隔水層，將整個(gè)垃圾場(chǎng)進(jìn)行圍閉，防止污染進(jìn)一步擴(kuò)散。

CSM工法是一種銑削深層攪拌技術(shù)，驅(qū)動(dòng)一組銑輪切削地層，并強(qiáng)制性破壞攪拌土體，同時(shí)向土體內(nèi)注入固化漿液材料及高壓氣體，將各層土體與固化漿液充分拌合，達(dá)到改良土體性質(zhì)的目的。CSM工法可以形成矩形固化墻體槽段，各墻體槽段間互相咬合，從而達(dá)到可靠的防滲效果。

CSM工法具有很強(qiáng)的地層適應(yīng)性，能夠切削堅(jiān)硬巖土層，因此可以確保垂直防滲墻與隔滲巖土層的咬合質(zhì)量。CSM工法首次應(yīng)用于垃圾填埋場(chǎng)防滲墻施工，證明了對(duì)垃圾填埋層的適用性。

1 工程概況

哈爾濱市某垃圾填埋處理場(chǎng)建場(chǎng)于20世紀(jì)90年代，建場(chǎng)時(shí)位于一處山坳地帶，建場(chǎng)之初未進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，也沒有采取防滲處理措施，直接在原狀土層上堆填垃圾，封場(chǎng)時(shí)僅采取了鋪設(shè)填土后分層碾壓的簡(jiǎn)易處理措施。近年來，出現(xiàn)了嚴(yán)重的滲濾液泄漏，污染周邊地表水、空氣、土壤及地下水的情況。

該垃圾填埋場(chǎng)位于一條河流旁邊，原始地貌屬河漫灘。場(chǎng)地巖土層自上而下為垃圾填土、粉質(zhì)黏土、粗砂、黏性土、粗砂層和泥巖。垃圾填土層為生活垃圾混雜填土，泥巖以上各土層都已受到不同程度的滲濾液污染。另外，垃圾填土層緊鄰一層含水量較大，且滲透性較好的粗砂層，垃圾滲濾液直接和粗砂含水層相聯(lián)系。場(chǎng)地局部分布有黏性土，呈不連續(xù)狀，且薄厚不均分布。經(jīng)過勘探，該垃圾填埋場(chǎng)垃圾填埋層平均厚度11 m，最大厚度達(dá)30 m。

2 確定防滲技術(shù)方案

常用的垂直防滲施工技術(shù)有：三管高壓旋噴樁、袖閥管注漿、三軸攪拌樁、TRD工法、塑性混凝土連續(xù)墻、垂直鋪塑防滲技術(shù)以及CSM工法防滲帷幕。

選擇適宜的施工工藝需根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件，隔水層所處深度、滲濾液滲漏情況、帷幕設(shè)計(jì)要求、施工技術(shù)的適用性以及施工設(shè)備等因素綜合來確定。

根據(jù)本項(xiàng)目場(chǎng)地的周邊環(huán)境及場(chǎng)地條件，三軸攪拌樁、TRD工法樁不適用于砂層、垃圾土填埋層、巖層等復(fù)雜地層；三管高壓旋噴樁、袖閥管注漿工藝樁體搭接不可靠、防滲效果不理想；塑性混凝土連續(xù)墻防滲施工工藝復(fù)雜，且造價(jià)過高；垂直鋪塑防滲技術(shù)施工深度有限，不適宜本場(chǎng)地。總體來看，CSM工法地層適應(yīng)性強(qiáng)，搭接可靠，防滲效果好，且施工效率高，工期快。鑒于垃圾填埋場(chǎng)的特殊條件，采用CSM工法防滲帷幕方案。

根據(jù)地勘報(bào)告，泥巖層為不透水層，層位均勻連續(xù)，且泥巖層及以下沒有受到污染。根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際情況，采取可靠的垂直防滲治理措施，以泥巖層作為防滲隔斷底板，使垂直防滲墻與泥巖層有效結(jié)合，將垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行防滲墻合圍封閉，防止污染進(jìn)一步擴(kuò)散。

3 CSM工法施工技術(shù)要求

根據(jù)垃圾填埋場(chǎng)的工程地質(zhì)條件及設(shè)計(jì)要求，選用了配備3-1型銑輪的BCM10型號(hào)銑頭，其扭矩0 kN·m～100 kN·m。該類型銑輪扭矩較大，拌合能力較強(qiáng)，適用于松散～致密的非黏性土、含石塊的礫石土、黏性土。按照設(shè)計(jì)要求，槽寬0.8 m，每幅槽段長度2.8 m，兩幅槽段間互相咬合300 mm，如圖1所示。

CSM工法施工參數(shù)如表1所示。

表1 防滲墻施工參數(shù)表

4 CSM工法施工工藝

4.1 CSM工法施工工藝流程

雙輪銑工法防滲墻施工工藝流程如圖2所示。

4.2 施工準(zhǔn)備

1)清場(chǎng)備料。

對(duì)機(jī)械占位一側(cè)的施工場(chǎng)地平整壓實(shí)，施工作業(yè)面寬度不小于12 m。當(dāng)?shù)乇硗馏w較軟，承載力不足時(shí)，進(jìn)行地面硬化或填鋪磚渣，確保機(jī)械平穩(wěn)行走。

2)測(cè)量放線。

測(cè)放墻體施工軸線，確定起鉆墻幅的位置，并作出明顯標(biāo)志。此外，需在機(jī)械站位的墻體對(duì)側(cè)測(cè)放控制導(dǎo)向線，并在導(dǎo)向線上間隔5 m設(shè)置一根立桿，用細(xì)繩將各立桿連接起來，以此作為機(jī)械施工的導(dǎo)向控制線。

3)開挖導(dǎo)溝。

導(dǎo)溝的主要目的是解決鉆進(jìn)過程中的余漿儲(chǔ)放和回漿補(bǔ)給。導(dǎo)溝開挖深度為1.0 m，寬為1 m，長度10 m。

4)開挖儲(chǔ)污池。

由于垃圾填埋層施工時(shí)，會(huì)置換出大量的垃圾物和垃圾混合漿液，因此需在導(dǎo)溝附近開挖一處儲(chǔ)污池，儲(chǔ)存置換出的垃圾物和垃圾混合漿液。儲(chǔ)污池的深度要深于導(dǎo)溝，兩者之間的流漿口不宜過大，以確保易于被及時(shí)隔斷。

5)裝機(jī)調(diào)試。

支撐移動(dòng)機(jī)和主機(jī)就位；架設(shè)樁架；安裝制漿、注漿和制氣設(shè)備；接通水路、電路和氣路，運(yùn)轉(zhuǎn)試車。

4.3 施工過程控制要點(diǎn)

1)銑頭定位。

銑頭定位于墻體中心線上，偏差控制在±5 cm以內(nèi)。

2)漿液配制。

固化漿液嚴(yán)格按設(shè)計(jì)配合比要求制備。制備固化漿液時(shí)，在集料斗與灰漿攪拌機(jī)之間設(shè)置過濾網(wǎng)，將固化材料進(jìn)行拌合前過濾。為防止?jié){液出現(xiàn)離析問題，攪拌時(shí)間必須不少于30 s，且要隨拌隨用，連續(xù)泵送，避免中斷。

漿液溫度應(yīng)控制在5 ℃～40 ℃范圍內(nèi)，超出此范圍，應(yīng)作廢漿處理。

制備好的漿液要控制好存放有效時(shí)間：當(dāng)氣溫在10 ℃以下時(shí)，不宜超過5 h。當(dāng)氣溫在10 ℃及以上時(shí)，不宜超過3 h。漿液存放時(shí)間超過以上規(guī)定，應(yīng)作廢漿處理。

現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢員通過觀察、使用比重計(jì)等手法監(jiān)控漿液的質(zhì)量，并監(jiān)督漿液存放時(shí)間。

3)供漿。

在與雙輪銑配套的注漿后臺(tái)按照設(shè)計(jì)水灰比制備漿液，由注漿泵經(jīng)管路送至銑削頭。注漿量的控制通過位于操作臺(tái)的無級(jí)電機(jī)調(diào)速器、自動(dòng)瞬時(shí)流速計(jì)及累計(jì)流量計(jì)監(jiān)控。若施工過程中發(fā)生堵管、斷漿等現(xiàn)象，應(yīng)立刻停機(jī)停泵，查明原因，排除故障后再銑削攪拌。當(dāng)因故停機(jī)超過30 min時(shí)，應(yīng)對(duì)泵體和輸漿管路妥善清洗。

4)供氣。

由空氣壓縮機(jī)制成的氣體經(jīng)管路壓至銑削頭，氣量及壓力通過手動(dòng)閥和氣壓表控制，施工全過程氣體不得間斷。

5)垂直度控制。

采用經(jīng)緯儀對(duì)矩形凱利桿進(jìn)行初始垂直度校準(zhǔn)及過程復(fù)核。機(jī)械操作手控制好機(jī)械行走穩(wěn)定性，通過控制系統(tǒng)，控制銑頭的姿態(tài)。

6)銑削速度。

機(jī)械做好準(zhǔn)備后，緩緩下降銑頭與基土接觸攪拌，按試樁確定好的參數(shù)供漿、供氣。掘進(jìn)深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，對(duì)墻底標(biāo)高以上2 m～3 m范圍，重復(fù)提降攪拌1次。此后，慢速提升攪拌，提升速度不大于0.5 m/min，以免在銑頭處形成真空負(fù)壓，造成墻體空隙和孔壁坍陷。

7)銑削深度控制。

通過控制室的智能系統(tǒng)確認(rèn)成墻深度，通過墻體設(shè)計(jì)中心線和導(dǎo)向控制線兩條固定線來控制墻體位置。銑削深度誤差為設(shè)計(jì)深度的(0 m,+0.2 m)。

8)成墻厚度。

為了保證成墻厚度，根據(jù)設(shè)計(jì)確定的墻厚選擇適合寬度的銑削頭。銑頭刀片使用過程中會(huì)有一定的磨損，要定期測(cè)量刀片外徑，當(dāng)磨損達(dá)到1 cm時(shí)，必須對(duì)刀片進(jìn)行修復(fù)或更換。

9)墻體均勻度。

為控制好墻體質(zhì)量和墻體的均勻性，需嚴(yán)格控制銑削掘進(jìn)過程中供漿的均勻性以及墻體混合漿液的沸騰狀態(tài)。供漿量應(yīng)與攪拌下沉或提升速度相匹配。

10)施工試樁。

施工前應(yīng)進(jìn)行施工試樁試驗(yàn)，通過試樁試驗(yàn)確定適合于施工場(chǎng)地的銑削下沉和提升速度、供漿供氣壓力、供漿量、水灰比等工藝參數(shù)，并測(cè)定水泥漿從輸送管到達(dá)銑削頭噴漿口的時(shí)間。

11)施工記錄與要求。

及時(shí)填寫現(xiàn)場(chǎng)施工記錄，在墻體銑削掘進(jìn)過程中，準(zhǔn)確記錄漿液比重、下沉?xí)r間、上提時(shí)間、墻體深度、供漿量、供氣壓力、垂直度及樁位偏差等參數(shù)數(shù)值。

5 CSM工法應(yīng)用于垃圾填埋層關(guān)鍵控制技術(shù)

1)搭接質(zhì)量控制：CSM工法防滲墻采用跳倉咬合法施工，即先施工兩幅相隔的墻段后再施工兩墻中間的墻段，如圖3所示。

施工墻段前，對(duì)各墻段做好分段標(biāo)識(shí)，確?？刂坪么罱娱L度，此外，控制好相鄰槽段施工間隔時(shí)間不大于10 h。

2)供漿中斷處理：施工過程中，應(yīng)確保供漿連續(xù)。如若中斷，需將銑削頭再次向下掘進(jìn)至停供點(diǎn)以下不小于0.5 m處，待恢復(fù)供漿，再復(fù)攪不少于30 s后緩慢提升。

3)漿液回流控制：在垃圾填埋場(chǎng)地層施工過程中，伴隨著銑頭的攪拌和高壓氣、液共同作用，會(huì)將垃圾填埋層的大量生活垃圾置換出來，同時(shí)產(chǎn)生大量垃圾混合漿液。為了避免垃圾物及垃圾混合漿液回流到墻體內(nèi)，對(duì)墻體質(zhì)量造成影響，需要確保與土體固化混合液分離開。為了避免廢液的回流，施工前，在靠近導(dǎo)溝的合適位置挖一個(gè)深度超過導(dǎo)溝儲(chǔ)污池，儲(chǔ)存施工過程中置換出的垃圾物及垃圾混合漿液。施工過程中通過觀察漿液顏色判斷垃圾物及垃圾混合液是否被完全置換，當(dāng)返漿顏色恢復(fù)至與后臺(tái)制備的固化漿液顏色相近時(shí)，截?cái)鄬?dǎo)溝和儲(chǔ)污池，避免不合格漿液回流，影響墻體質(zhì)量。

4)垃圾物纏繞銑輪的處理：由于垃圾填埋層含有繩、布、塑料等大量生活垃圾，且施工時(shí)兩銑輪是相對(duì)向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，極易在兩銑輪中間及底部積壓垃圾物，銑輪也易被垃圾纏繞。為了避免發(fā)生纏繞，每銑削一段深度后，調(diào)整銑輪旋轉(zhuǎn)方向，使兩銑輪相向向外旋轉(zhuǎn)，并將銑頭適當(dāng)上提下沉數(shù)次，把積壓在銑輪附近的垃圾物釋放掉，并伴隨氣泡上浮出來，流到儲(chǔ)污池內(nèi)。

6 結(jié)語

CSM工法防滲墻在垃圾填埋場(chǎng)地層的順利施工，證明了CSM工法在垃圾填埋層地質(zhì)條件的適用性。CSM工法應(yīng)用于生活垃圾填埋場(chǎng)，既能保證成墻垂直度及咬合質(zhì)量，也能確保達(dá)到防滲的要求。施工過程中，CSM工法發(fā)揮出了強(qiáng)大的漿液置換作用，用固化漿液將垃圾物及垃圾漿液進(jìn)行了比較徹底的置換，置換后漿液會(huì)有可見的明顯顏色變化。經(jīng)過置換后的漿液進(jìn)一步保證了防滲墻的成墻質(zhì)量和防滲效果。CSM工法在垃圾填埋場(chǎng)地層的順利實(shí)施，展現(xiàn)了其廣闊的應(yīng)用前景，值得將CSM工法在類似項(xiàng)目中推廣使用。