組合式垂直防滲在危廢填埋場(chǎng)治理中的應(yīng)用

孫高月，施燦海，黃喬云，劉明生

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

某危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)因建設(shè)時(shí)間較早、環(huán)保設(shè)施不完善、環(huán)境監(jiān)管不到位，致使?jié)B濾液下滲對(duì)地下水造成污染，屬歷史遺留廢渣堆存問題導(dǎo)致的周邊生態(tài)環(huán)境污染。

由于危廢填埋場(chǎng)產(chǎn)生的滲濾液中含有大量有害物質(zhì)，對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生威脅，而對(duì)危廢填埋場(chǎng)采用異位集中處置的方式對(duì)周邊環(huán)境、地形地質(zhì)條件、選址、投資方面要求較高，易造成二次污染。該次危廢填埋場(chǎng)環(huán)保治理工程選用了原位風(fēng)險(xiǎn)管控的方式，利用場(chǎng)區(qū)分布的微透水層，對(duì)填埋場(chǎng)采取有效的垂直防滲，阻斷滲濾液向外滲漏的通道，對(duì)周邊環(huán)境擾動(dòng)小，投資低。

目前，常用的垂直防滲有各自的適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)于填埋場(chǎng)垂直防滲結(jié)構(gòu)形式的選擇應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地地形地質(zhì)條件、周邊環(huán)境條件以及滲濾液污染因子等因素綜合考慮。填埋場(chǎng)滲濾液對(duì)周邊環(huán)境影響大，其垂直防滲與水利工程等其他工程垂直防滲作用不同，前者環(huán)保的要求高，需要達(dá)到的防滲性能強(qiáng)。傳統(tǒng)垂直防滲普遍采用鉆孔充填式的帷幕灌漿，但存在局限性，尤其是對(duì)于周邊環(huán)境復(fù)雜、表層為第四系覆蓋層的場(chǎng)地極易存在灌漿量不可控、防滲效果不理想的現(xiàn)象。而高壓旋噴灌漿技術(shù)主要適用于黏土層、細(xì)砂層、粉細(xì)砂層、礫卵石層等地層內(nèi)，具有抗?jié)B性能良好、適應(yīng)變形能力強(qiáng)、適用范圍廣等特點(diǎn)，可有效提升垂直防滲性能。高壓旋噴灌漿作為防滲設(shè)施已廣泛應(yīng)用于橋涵工程、水利工程等防滲加固工程中，起到了較好的防滲效果。

場(chǎng)區(qū)地層分為上部第四系人工填土層、沖洪積層，下部基巖層。該次組合式垂直防滲技術(shù)考慮在上部第四系覆蓋層中設(shè)置高壓旋噴灌漿，下部基巖層中設(shè)置帷幕灌漿的方式，該項(xiàng)技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)原位風(fēng)險(xiǎn)管控，改善生態(tài)環(huán)境，阻止污染擴(kuò)撒具有重要意義，其搭接工藝是確保填埋場(chǎng)環(huán)保治理效果的主要難點(diǎn)問題之一。

該組合式垂直防滲技術(shù)可適用于場(chǎng)地防滲性能要求高、微透水層較深、周邊環(huán)境及地形地質(zhì)條件復(fù)雜的填埋場(chǎng)原位風(fēng)險(xiǎn)管控項(xiàng)目。

1 工程水文地質(zhì)概況

場(chǎng)地分布地層情況：第四系人工堆積層(Qml)、第四系坡洪積(Qdl+pl)層、下伏基巖為下第三系下統(tǒng)(E1y)強(qiáng)風(fēng)化巨礫巖、砂礫巖夾泥巖以及三疊系上統(tǒng)三合洞組上段(T3s2)黑色板巖。

其中第四系坡洪積(Qdl+pl)粉質(zhì)黏土：褐紅、褐黃色，稍濕-濕，含10 %～30 %礫石、碎石，搖振稍有反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等，層厚3.60～28.70 m，屬弱透水層。下伏基巖強(qiáng)風(fēng)化泥巖與強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖、巨礫巖互層，巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙極發(fā)育，屬中等透水層。強(qiáng)風(fēng)化板巖節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖芯破碎呈碎塊狀-塊狀，屬極軟巖，屬中等透水層。中風(fēng)化板巖屬較硬巖，巖體較完整，屬極微透水，該層埋深較深，平均深度約70 m，為可作為相對(duì)隔水層。

依據(jù)地下水賦存條件，地下水類型為上層滯水、碎屑巖類孔隙裂隙水、基巖裂隙水3種類型。碎屑巖類孔隙裂隙水主要賦存于下第三系下統(tǒng)云龍組(E1y)砂礫巖、巨礫巖層以及局部風(fēng)化裂隙發(fā)育強(qiáng)烈的三合洞組強(qiáng)風(fēng)化板巖中，填埋場(chǎng)內(nèi)的滲濾液下滲補(bǔ)給地下水后主要沿該層地下水向下游徑流產(chǎn)生污染，因此，該層地下水的處理為后期污染治理的重點(diǎn)。

2 垂直防滲設(shè)計(jì)

2.1 垂直防滲軸線布置

根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件及滲濾液污染遷移途徑，結(jié)合場(chǎng)地內(nèi)不滲水層或弱透水層分布情況，在填埋場(chǎng)滲濾液滲漏通道設(shè)置了垂直防滲，即在填埋場(chǎng)初期壩下游壩腳沿線布置垂直防滲。其軸線距離攔渣壩壩腳直線12 m，防滲頂界為原地面線，底界進(jìn)入相對(duì)隔水層(中風(fēng)化板巖)內(nèi)3 m，以達(dá)到將填埋場(chǎng)滲濾液控制于填埋場(chǎng)之內(nèi)的目的。垂直防滲平面布置見圖1。

圖1 垂直防滲平面布置圖Fig.1 Vertical Anti-seepage Layout Plan

2.2 垂直防滲方式

場(chǎng)區(qū)周邊環(huán)境復(fù)雜，對(duì)垂直防滲的防滲要求高，需達(dá)到<1 Lu或10-6cm/s。場(chǎng)區(qū)地層表層為第四系人工堆積層(Qml)、第四系坡洪積(Qdl+pl)層，層厚為5.0～14.6 m；下部基巖層為強(qiáng)風(fēng)化泥巖、砂礫巖、巨礫巖及中風(fēng)化板巖，基巖層最深為91 m。結(jié)合場(chǎng)地條件、環(huán)保防滲要求，該次采用了“上部高壓旋噴灌漿+下部帷幕灌漿”組合的垂直防滲形式，其主要的布置方式如下：

2.2.1 上部高壓旋噴灌漿

上部高壓旋噴灌漿設(shè)置于第四系人工堆積層(Qml)、第四系坡洪積(Qdl+pl)層內(nèi)，其灌漿底界深入強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、強(qiáng)風(fēng)化巨礫巖內(nèi)1.5 m。采用單排三管法，三管分別輸送水、氣、水泥漿，采用高壓水來切割地層，形成較大的空隙，再送水泥漿和壓縮空氣，最終形成較大的凝結(jié)體。

高壓旋噴灌漿分兩序施工，全孔自下而上連續(xù)作業(yè)。按逐漸加密方法鉆灌，最終孔距為0.5 m，孔徑≥0.7 m，灌漿孔孔深為6.5～16.1 m。灌漿材料采用P.O 42.5R的普通硅酸鹽水泥。灌漿處理后滲透系數(shù)達(dá)到10-6cm/s。

1)施工工藝

高壓旋噴灌漿孔布置見圖2，施工參數(shù)為：

圖2 高壓旋噴灌漿孔布置簡圖(單位：mm)Fig.2 Layout Sketch of High-pressure Jet Grouting Holes(in mm)

(1)水壓力：38～45 MPa，流量：75 L/min，噴嘴直徑：1.7～1.9 mm；

(2)氣壓力：0.5～0.7 MPa，流量：2～3 m3/min；

(3)水泥漿壓力：0.2～0.4 MPa，流量：60～80 L/min；

(4)水灰比：1：1.0～0.8：1，密度1.5～1.7 g/cm3；

(5)提升速度：5～6 cm/min。

2)主要施工要求

(1)高壓旋噴灌漿開孔孔位應(yīng)確保偏差值<5 cm。鉆孔應(yīng)保持平整垂直。

(2)當(dāng)噴頭下至設(shè)計(jì)深度，應(yīng)先按規(guī)定參數(shù)進(jìn)行原位噴射，開始時(shí)先送高壓水，再送水泥漿和壓縮空氣。之后原地靜噴1～3 min，待漿液返出孔口、情況正常后方可開始提升噴射。風(fēng)、水、漿均應(yīng)連續(xù)輸送，確保管路系統(tǒng)的暢通和密封。

(3)高壓旋噴灌漿應(yīng)分Ⅰ序孔、Ⅱ序孔兩序進(jìn)行施工。

(4)提升速度要根據(jù)地層和返漿情況做及時(shí)調(diào)整，在地層交界處停止提升，靜噴5～10 min并增大供漿量。

2.2.2 下部帷幕灌漿

帷幕灌漿采用兩排三序孔，自上而下分段灌漿、分段阻塞，孔內(nèi)循環(huán)灌漿法。按逐漸加密方法鉆灌，最終孔距2.0 m，排距1.0 m，鉆孔按照梅花形布置，按三序孔施工。灌漿最大深度約為94.0 m。灌漿材料采用P.O 42.5R的普通硅酸鹽水泥，帷幕灌漿底界進(jìn)入中風(fēng)化板巖層內(nèi)3.0 m。灌漿處理后防滲標(biāo)準(zhǔn)<1 Lu。帷幕灌漿孔布置見圖3。

圖3 帷幕灌漿孔布置簡圖(單位：mm)Fig.3 Layout Sketch of Curtain Grouting Holes(in mm)

施工工藝：

帷幕灌漿由兩排孔組成，應(yīng)先灌下游排孔、再灌上游排孔。帷幕灌漿漿液水灰比使用3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.5：1五個(gè)比級(jí)，灌漿漿液由稀到濃逐級(jí)變化。注漿孔壓力0.4～1.0 MPa。帷幕灌漿鉆孔基礎(chǔ)采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、套管護(hù)壁，終孔孔徑為75 mm；鉆機(jī)安裝必須水平、穩(wěn)固，開孔位置偏差應(yīng)控制在10 cm之內(nèi)，鉆孔應(yīng)分段進(jìn)行孔斜測(cè)量，必須保證孔向準(zhǔn)確。

3 組合式垂直防滲搭接設(shè)計(jì)

組合式垂直防滲方式的無極差搭接工藝是確保填埋場(chǎng)環(huán)保治理效果的主要技術(shù)。

(1)上部高壓旋噴灌漿軸線沿帷幕灌漿兩排孔的中心線布置，施工時(shí)先進(jìn)行上部高壓旋噴灌漿施工，待高壓旋噴灌漿防滲墻達(dá)到75 %強(qiáng)度后再在其上鉆孔施工下部帷幕灌漿。

(2)帷幕灌漿與高壓旋噴灌漿下部搭接1.5 m，帷幕孔的開灌深度為高壓旋噴孔的終孔深度以上1.5 m位置，該位置以下為灌漿段，以上為非灌漿段，以保證高壓旋噴灌漿與帷幕灌漿搭接處的防滲效果。

(3)對(duì)于“高壓旋噴灌漿+帷幕灌漿”的組合式垂直防滲，其搭接工藝是確保垂直防滲阻隔工藝實(shí)施效果的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。高壓旋噴、帷幕灌漿孔開孔孔位、孔深、孔斜率應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，不得出現(xiàn)偏差。帷幕灌漿的開灌位置、高壓旋噴灌漿底界必須保證垂直防滲搭接長度≥1.5 m，保證組合式垂直防滲搭接處的防滲性能，詳見圖4、圖5。

圖4 “上部高壓旋噴灌漿孔+下部帷幕灌漿孔”布置大樣圖(單位：mm)Fig.4 Layout Detail of“Upper High-pressure Jet Grouting Holes + Lower Curtain Grouting Holes”(in mm)

圖5 “上部高壓旋噴+下部帷幕灌漿”縱斷面示意圖(單位：m)Fig.5 Schematic Diagram of Longitudinal Section of“Upper High-pressure Jet Grouting + Lower Curtain Grouting”(in m)

4 項(xiàng)目實(shí)施效果

(1)某危廢填埋場(chǎng)治理項(xiàng)目通過采用“上部高壓旋噴灌漿+下部帷幕灌漿”的組合式垂直防滲，其搭接長度為1.5 m，可實(shí)現(xiàn)對(duì)滲濾液進(jìn)行有效的阻隔，防止地下水污染進(jìn)一步擴(kuò)大。項(xiàng)目實(shí)施后，下游地下水水質(zhì)明顯改善，效果較好。

(2)該次組合式垂直防滲技術(shù)可用于場(chǎng)地地層存在上部覆蓋層及下部基巖層、垂直防滲性能要求高、周邊環(huán)境復(fù)雜、相對(duì)隔水層較深的填埋場(chǎng)原位風(fēng)險(xiǎn)管控治理項(xiàng)目，為其他原位風(fēng)險(xiǎn)管控的填埋場(chǎng)、尾礦庫、渣庫環(huán)保治理項(xiàng)目提供了借鑒。

(3)項(xiàng)目實(shí)施后，通過在垂直防滲軸線設(shè)置檢查孔，自上而下分段鉆孔、取芯進(jìn)行壓水試驗(yàn)，其透水率均<1 Lu，防滲性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。