組合式垂直防滲在危廢填埋場治理中的應用

孫高月，施燦海，黃喬云，劉明生

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

某危險廢物填埋場因建設時間較早、環保設施不完善、環境監管不到位，致使滲濾液下滲對地下水造成污染，屬歷史遺留廢渣堆存問題導致的周邊生態環境污染。

由于危廢填埋場產生的滲濾液中含有大量有害物質，對周圍環境產生威脅，而對危廢填埋場采用異位集中處置的方式對周邊環境、地形地質條件、選址、投資方面要求較高，易造成二次污染。該次危廢填埋場環保治理工程選用了原位風險管控的方式，利用場區分布的微透水層，對填埋場采取有效的垂直防滲，阻斷滲濾液向外滲漏的通道，對周邊環境擾動小，投資低。

目前，常用的垂直防滲有各自的適用條件及優缺點。對于填埋場垂直防滲結構形式的選擇應根據場地地形地質條件、周邊環境條件以及滲濾液污染因子等因素綜合考慮。填埋場滲濾液對周邊環境影響大，其垂直防滲與水利工程等其他工程垂直防滲作用不同，前者環保的要求高，需要達到的防滲性能強。傳統垂直防滲普遍采用鉆孔充填式的帷幕灌漿，但存在局限性，尤其是對于周邊環境復雜、表層為第四系覆蓋層的場地極易存在灌漿量不可控、防滲效果不理想的現象。而高壓旋噴灌漿技術主要適用于黏土層、細砂層、粉細砂層、礫卵石層等地層內，具有抗滲性能良好、適應變形能力強、適用范圍廣等特點，可有效提升垂直防滲性能。高壓旋噴灌漿作為防滲設施已廣泛應用于橋涵工程、水利工程等防滲加固工程中，起到了較好的防滲效果。

場區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考慮在上部第四系覆蓋層中設置高壓旋噴灌漿，下部基巖層中設置帷幕灌漿的方式，該項技術對實現原位風險管控，改善生態環境，阻止污染擴撒具有重要意義，其搭接工藝是確保填埋場環保治理效果的主要難點問題之一。

該組合式垂直防滲技術可適用于場地防滲性能要求高、微透水層較深、周邊環境及地形地質條件復雜的填埋場原位風險管控項目。

1 工程水文地質概況

場地分布地層情況：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(E1y)強風化巨礫巖、砂礫巖夾泥巖以及三疊系上統三合洞組上段(T3s2)黑色板巖。

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

依據地下水賦存條件，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云龍組(E1y)砂礫巖、巨礫巖層以及局部風化裂隙發育強烈的三合洞組強風化板巖中，填埋場內的滲濾液下滲補給地下水后主要沿該層地下水向下游徑流產生污染，因此，該層地下水的處理為后期污染治理的重點。

2 垂直防滲設計

2.1 垂直防滲軸線布置

根據場地工程地質與水文地質條件及滲濾液污染遷移途徑，結合場地內不滲水層或弱透水層分布情況，在填埋場滲濾液滲漏通道設置了垂直防滲，即在填埋場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，底界進入相對隔水層(中風化板巖)內3 m，以達到將填埋場滲濾液控制于填埋場之內的目的。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

場區周邊環境復雜，對垂直防滲的防滲要求高，需達到<1 Lu或10-6cm/s。場區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；下部基巖層為強風化泥巖、砂礫巖、巨礫巖及中風化板巖，基巖層最深為91 m。結合場地條件、環保防滲要求，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置于第四系人工堆積層(Qml)、第四系坡洪積(Qdl+pl)層內，其灌漿底界深入強風化砂礫巖、強風化泥巖、強風化巨礫巖內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體。

高壓旋噴灌漿分兩序施工，全孔自下而上連續作業。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達到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確保偏差值<5 cm。鉆孔應保持平整垂直。

(2)當噴頭下至設計深度，應先按規定參數進行原位噴射，開始時先送高壓水，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、水、漿均應連續輸送，確保管路系統的暢通和密封。

(3)高壓旋噴灌漿應分Ⅰ序孔、Ⅱ序孔兩序進行施工。

(4)提升速度要根據地層和返漿情況做及時調整，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，孔內循環灌漿法。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，帷幕灌漿底界進入中風化板巖層內3.0 m。灌漿處理后防滲標準<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、0.5：1五個比級，灌漿漿液由稀到濃逐級變化。注漿孔壓力0.4～1.0 MPa。帷幕灌漿鉆孔基礎采用回轉鉆機、套管護壁，終孔孔徑為75 mm；鉆機安裝必須水平、穩固，開孔位置偏差應控制在10 cm之內，鉆孔應分段進行孔斜測量，必須保證孔向準確。

3 組合式垂直防滲搭接設計

組合式垂直防滲方式的無極差搭接工藝是確保填埋場環保治理效果的主要技術。

(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，施工時先進行上部高壓旋噴灌漿施工，待高壓旋噴灌漿防滲墻達到75 %強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施效果的基礎和關鍵。高壓旋噴、帷幕灌漿孔開孔孔位、孔深、孔斜率應嚴格按設計要求進行，不得出現偏差。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 項目實施效果

(1)某危廢填埋場治理項目通過采用“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，可實現對滲濾液進行有效的阻隔，防止地下水污染進一步擴大。項目實施后，下游地下水水質明顯改善，效果較好。

(2)該次組合式垂直防滲技術可用于場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、周邊環境復雜、相對隔水層較深的填埋場原位風險管控治理項目，為其他原位風險管控的填埋場、尾礦庫、渣庫環保治理項目提供了借鑒。

(3)項目實施后，通過在垂直防滲軸線設置檢查孔，自上而下分段鉆孔、取芯進行壓水試驗，其透水率均<1 Lu，防滲性能達到設計要求。