垂直防渗在垃圾填埋场中的应用

垂直防渗在垃圾填埋场中的应用

贺实月

天津建昌环保股份有限公司

摘要：垃圾渗滤液渗漏造成的地下水污染已成为生态环境保护督察中的重要内容。垂直防渗帷幕在城市生活垃圾填埋场中的应用日趋广泛。垂直防渗帷幕作为污染控制的重要措施，将帷幕底部嵌入填埋场下方天然不透水层，使库区形成一个相对独立的水文地质单元，在三维空间内阻隔污染物的扩散。

关键词：垃圾填埋场；垂直防渗帷幕；技术应用

引言：早期的填埋场渗滤液导排系统和人工防渗衬垫系统不完善，经过多年运营，垃圾垃圾渗滤液的渗漏已造成周边地下水及土壤的污染，同时对周围居民安全构成威胁。对渗滤液最直接、最有效的防治与控制措施就是建立防渗系统，将渗滤液及其有害污染物控制在一定范围内，同时建立渗滤液处理设施进行处理，使其达到相关排放标准排放。目前在填埋场应用的防渗系统有水平防渗衬层和垂直注浆帷幕两种。水平防渗可有效防止污染物扩散，但其依赖于施工作业规范性，且库底防渗层破坏后不易修复，而利用垂直防渗帷幕在填埋场周边建立防渗屏障，

成为填埋场渗漏修复治理的一种有效手段。

一、垂直防渗系统应用现状

垂直防渗系统，最早广泛应用在岩土以及水利项目中。但随着技术的发展，垂直防渗系统越来越多的应用于各类防污控制工程。

在实际应用垂直防渗系统时，首先要从填埋场场地整体的地质、水文等各方面特征进行综合考虑，且合理利用场地下方的不透水层、弱透水层以及独立水文地质单元等，并在场地的周边或一侧，选择合适的位置布设垂直防渗工程，将可能产生或已经产生的污染物全部封控至封闭区，然后再按照既定的导排方案有序导出，从而最终实现污染源的隔离与控制，以及生态环境的修复。

几乎所有已泄露的填埋场修复工程，都需要构建垂直防渗帷幕以形成污染物隔离系统。垂直防渗帷幕具有较低的防渗系数（≤1.0×10-7cm/s）,并能保证隔离性能的强度和耐久性。根据对场地的地质水文情况进行分析，选择符合防渗要求的不透水层作为天然水平防渗层，与垂直防渗帷幕共同组成一个完整的防渗系统。

最早的防渗墙体材料为刚性混凝土，经过近几十年的发展。世界各国对垂直防渗墙体进行不断的探索、研究，出现众多垂直防渗技术，包括：刚性、塑性以及柔性三个类型[1]。

二、填埋场防渗要求

一般来说，一个良好的填埋场防渗系统应具有以下功能：①尽量封闭渗滤液于填埋场中，使其进入渗滤液收集系统，防止其渗透流出填埋场造成对周围土壤、地下水及地表水的污染；②防止地下径流进入填埋场，避免产生过多渗滤液，使处理量增加；③避免填埋场内产生的气体向外迁移，使之得到有控释放，提高收集效率；④与渗滤液有很好的化学相容性，能抵抗渗滤液的侵蚀，有效阻滞渗滤液中的有害污染物质；⑤具有足够的强度和耐久性，保证填埋工作寿命之内防渗系统的安全性；⑥具有较好的环境效应，本身不会对环境产生负面影响和破坏。

三、垂直防渗系统在垃圾填埋场中的技术应用

（一）刚性垂直防渗技术

刚性垂直防渗技术是一项较为传统的垂直防渗技术，主要包括：深层搅拌桩、高压旋喷桩、帷幕灌浆、槽（孔）式混凝土四个类型的防渗墙。

第一，搅拌桩防渗墙是将水泥等作为固化剂，并利用深层搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌进而产生一系列物理化学反应，从而形成具有一定承载能力和固结度的柱体、墙体；而在相应反应后，土体强度显著增加，随之渗透性下降，因此，适合在由不同原因引起的饱和软黏土中应用，也包括地质复杂、区域狭长、沉降要求较高的场地。

第二，应用高压旋喷桩防渗墙需借助高压喷射技术，通过同心钻杆，将注浆浆液、高压水、压缩空气共同喷射至设计深度位置，而钻杆在进行高压喷射过程中还应同时旋转，以构成喷射流加速土层的破坏，使土粒脱落于土体，这样部分土粒可随浆液冒出地面，其余被灌入的浆液会进行搅拌，并在土体内部凝结成为桩体，当桩体相互咬合搭接后，就可借此达到加固和防渗的目的。

第三，帷幕灌浆防渗墙就是将浆液灌注于岩体内，或灌注于土层的裂隙、孔隙之中，从而共同构成连续性的阻水帷幕，便于能有效控制渗流量，同时也降低渗透压力。在岩石或砂砾石的地基中，一般需要应用灌浆的模式构建防渗帷幕，且帷幕底部需要向相对不透水的岩层中进入一定深度，以尽可能控制地基部分的地下水渗透。按照其中的灌浆孔排数，孔帷幕可以分为“两排”和“多排”两种类型，如果地质条件较为复杂，并且水头相对较高，一般应选择至少三排的孔帷幕。

第四，槽（孔）式混凝土防渗墙是在松散透水土中实施连续造孔施工，并采用泥浆护壁的模式，向孔内灌注混凝土，以构成具有防渗效果的墙。混凝土防渗墙是采用分段的方式进行防渗墙建造工作，并针对每一个圆孔或槽孔实施混凝土浇筑后，即形成一个墙段，而数个墙段就可联结成一整道防渗墙。

（二）塑性垂直防渗技术

塑性混凝土防渗墙的主要原材料为柔性混凝土材料，其可在水利工程或其他地区防渗处理工程中充分应用。而塑性混凝土，即将常规形式混凝土中的大部分水泥采用膨润土或黏土替代，进而形成的类柔性墙体材料。塑性混凝土墙指采用塑性混凝土的一种防渗墙形式。相对于普通混凝土，塑性混凝土的弹性模量要小很多，其变形模量与周围土体基本一致，因此，可充分适应地基部分出现的变形情况，还可以有效减小墙体内应力，进而可有效降低墙体开裂等不良情况出现的机率，同时还有利于节约水泥等主要材料的使用量。

塑性垂直防渗墙中应用的材料主要包括水泥、粉煤灰、膨润土以及黏土。根据塑性防渗墙使用材料的不同，防渗墙的主要类型包括以下几种：①土－水泥－膨润土防渗墙；②水泥－膨润土防渗墙；③土－膨润土防渗墙。

（三）柔性垂直防渗技术

HDPE（高密度聚乙烯）膜的使用，为柔性垂直防渗技术的产生和发展提供了重要基础。柔性垂直防渗墙的屏障系统是采用柔性HDPE土工膜为主体防渗材料，是通过震动或垂直开槽技术将柔性HDPE土工膜垂直插入土-膨润土或者水泥-膨润土防渗沟槽中直至基岩或黏土层等相对不透水层，并利用灌浆密封材料对底端进行止水固结，通过连接锁扣与止水条实现多幅土工膜的密封连接，构筑对土壤和地下水中污染物阻控的立体式垂直生态屏障。

HDPE膜可改善传统泥浆防渗墙性能：①防渗墙渗透系数降低两个数量级；②提高防渗墙的耐化学性能。

HDPE土工膜防渗墙可以根据现场施工的具体情况选择采用震击式或开槽式的铺膜方法，目前开槽施工的应用频率更高。其建设过程是，在通过长臂挖机或液压抓斗开槽完成后，需要对槽段进行泥浆护壁，而护壁完成后要采用下膜机铺膜。目前，我国能实现的最大垂直铺膜深度已达到30m，但相对于黏土－膨润土泥浆防渗墙来说，可达到的防渗深度相对较低。由于HDPE土工膜防渗墙是由矿物材料以及土工膜的共同作用，因此，HDPE土工膜防渗墙针对盐、碱、酸以及无机类等有腐蚀性的污染物，均具有较好的抗侵蚀性能，同时，还具有渗透系数低的特点，非常适合在阻隔期较长且对于防渗要求较为严格的工程中应用。

结论：垂直防渗帷幕工艺选择依据填埋场实际情况，综合考虑场地工程地质、隔水层深度、帷幕渗透系数、工程投资等因素后确定。为达到污染控制的目的，垂直防渗墙需要达到1.0×10-7cm/s的低渗透性，同时阻隔墙需要较好的完整性，良好的耐侵蚀能力和耐久性。常规的封场模式只能在填埋堆体顶部水平阻隔污染扩散，而垂直防渗技术可以很好的解决垃圾埋深较深，库底水平防渗破坏后防渗膜难以修复造成地下水土污染问题，有效控制地下水土污染，对保护生态环境也具有重要意义。

参考文献：

[1]孙蕾.垃圾填埋场渗漏修复中柔性垂直防渗、帷幕灌浆的应用研究[J].智能城市，2021，7（13）：147-148.