一种垃圾填埋场用复合型垂直防渗隔离墙及其施工方法与流程

本发明涉及环境岩土工程，尤其涉及一种垃圾填埋场用复合型垂直防渗隔离墙及其施工方法。

背景技术：

1、垂直防渗技术早期主要应用于大坝或者水库的防渗工程。随着科学技术的发展，垂直防渗技术在污染控制工程中的应用日益增多，如污水或如污水或下水道防污控制、酸性矿山废弃物控制、化学废弃物控制以及卫生填埋场渗滤液污染防控等。

2、目前，常用于污染场地垂直防渗工程的墙体类型主要有以下几类：

3、(1)塑性混凝土墙：该类墙体主要由水泥、粘土(或膨润土)、石子和砂组成，具有变形模量小、极限应变大、不易出现裂缝、改善墙体应力状态、节省大量水泥、防渗性能较好等优点。然而，塑性混凝土的抗压强度要比刚性混凝土低很多，限制了其在高坝深墙中的应用，且由于水泥用量较少，产生裂缝后抗渗性、抗渗稳定性和耐久性急剧下降，限制了塑性混凝土隔离墙在地质条件较差工程中的应用，且槽段结合及与基底岩石的衔接是薄弱环节。

4、(2)水泥-膨润土隔离墙：该墙体材料由普通水泥、膨润土泥浆、水以及一些添加剂配制而成，水泥掺量为10-15％，墙体材料中固相含量约为20％。此类隔离墙对施工场地要求较低，只需具有足够混合制浆场地和放置开挖上体场地，能适应较差地形条件。水泥-膨润土隔离墙强度比土-膨润土隔离墙强度高，渗透系数比土-膨润土隔离墙大一个数量级左右，约为1～5×10-8m/s，对污染物的化学相容性较差，造价较高。

5、(3)土工膜-膨润土复合隔离墙：土工膜-膨润土复合隔离墙由土工膜和水泥固化土组成。采用开槽机挖掘成槽，在沟槽内铺设土工膜及回填墙体材料(例如水泥膨润土固化浆液、土-膨润土混合料等)，形成复合隔离墙。该类型隔离墙渗透系数值极低，约为1×10-10m/s,隔离效果好，能较好地防止污染物运移扩散。但其与基岩衔接质量较差，且施工深度有限，费用较高。

6、(4)水泥土搅拌桩：利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固体，以增大地基承载力和抗渗性能。但该技术仅适用于处理淤泥、淤泥质土及地基承载力小于120kpa的粘性土和粉土。

7、(5)帷幕灌浆：灌浆帷幕即利用射流作用将水泥浆液喷入土层或岩层中，与土体混合凝结形成完整的防渗体，填塞岩石裂隙、堵塞地下水和污染物渗流通道，达到防渗和防污目的。据材料类型不同，可分为水泥灌浆、粘土固化灌浆、水泥粘土灌浆、水泥砂浆灌浆、化学灌浆等。施工时钻机在地层中造孔，将带有喷头的灌浆管放置到预定位置，以高压形式喷射浆液，形成射流冲击破坏土体原有结构，土颗粒从土体中剥落与浆液混合形成凝结体。该技术受地质条件影响较大，对孔隙较大的松散地层，浆液较为容易渗透；然而对于孔隙微小或较密实地层，浆液不易渗透，施工质量难以保证。

8、综上所述，以上各类垂直防渗结构的实施效果皆受地质条件影响较大，其中塑性混凝土墙、水泥-膨润土墙和土工膜-膨润土复合隔离墙均存在与基岩衔接质量差的问题，水泥土搅拌桩则不适用于较硬地质体，而帷幕灌浆虽不存在与基底岩层的衔接问题，但若基岩上覆岩土体包含密实土层，同样会影响帷幕灌浆的防渗效果。

9、因此，提出一种能克服复杂地质条件，同时又能满足污染场地防污阻滞要求的垂直防渗结构是垃圾填埋场污染防控工程应用中亟待解决的问题之一。

10、而在垂直防渗隔离墙施工过程中，槽壁稳定性不易保证，形成的垂直防渗隔离墙可能局部夹土，导致垂直防渗隔离墙局部渗透性较大、防污性能较差，难以满足垃圾填满场要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种垃圾填埋场用复合型垂直防渗隔离墙及其施工方法。

2、一种垃圾填埋场用复合型垂直防渗隔离墙施工方法，包括如下步骤：

3、步骤一、在拟建垂直防渗墙采用帷幕灌浆方式实施钻孔，钻孔沿拟建垂直防渗墙的中心轴线对称设置，对钻孔冲洗后进行灌浆，灌浆高度高于密实层/疏松层交界面0.5m以上；

4、步骤二、完成灌浆后，在拟建垂直防渗墙两侧各修筑一道混凝土导墙，其中灌浆浆液及混凝土导墙均需养护7-14天；接着采用长臂挖掘机在拟建垂直防渗墙区域开挖沟槽，直至密实层/疏松层交界面；

5、步骤三、在沟槽轴线与密实层/疏松层交界面相交处插入表面涂覆有环氧树脂的钢板(由于下伏地层为裂隙发育的岩层，在不借助外力的情况下，难以将钢板插入其中，因此在钢板嵌入前，先用岩石切割器械在下伏地层中切割出不小于0.5m深、2-4cm宽的缝隙)，钢板插入裂隙发育岩层/结构疏松土层深度约0.5m，使钢板顶部与钻孔中灌浆水平面齐平；采用膨润土泥浆对沟槽进行护壁；

6、步骤四、浇筑垂直防渗隔离墙；

7、步骤五、浇筑完成后在垂直防渗隔离墙顶部覆盖一层原位土。

8、优选地，步骤一的钻孔过程中，钻头深入底部基岩2.0m以上。

9、优选地，步骤一的钻孔过程中，钻孔排数大于等于2，钻孔排距为1.0±0.1m，孔距为1.5±0.15m。

10、优选地，步骤一的钻孔过程中，钻孔位置与设计位置偏差不得大于10cm，灌浆孔宜选用较小孔径，钻孔孔壁应平直完整。

11、优选地，步骤一中，对钻孔进行冲洗使孔内沉积厚度小于等于20cm。

12、优选地，步骤一中，采用普通水泥和/或化学防渗材料进行灌浆。

13、优选地，步骤二中，混凝土导墙高0.2±0.05m，宽0.5±0.1m，内侧间距为0.8-1.0m。

14、优选地，步骤三中，相邻两块水平向钢板之间采用卡扣结构进行固定连接。

15、优选地，步骤三中，膨润土泥浆采用带切削叶片的高速搅拌机将钠基膨润土与水拌和均匀，水化24h。

16、优选地，步骤三中所用膨润土泥浆指标如下：比重为1.1-1.3，粘度为18-25s，含砂率≤5％，胶体率>95％。

17、优选地，步骤四中，垂直防渗隔离墙浇筑所用墙体材料采用未污染原位土、膨润土混合后再加入复合泥浆混合均匀得到。

18、更优选地，未污染原位土、膨润土、复合泥浆的质量比为10-20：5-15：10-30。

19、特别优选地，复合泥浆采用如下具体操作制得：

20、a、将碳纤维浸泡至硝酸溶液中1-2h，浸泡温度为40-60℃，洗涤呈中性，干燥，加入至甲醇中分散均匀，加入端氨基聚酰胺胺超声处理1-2h，得到活化碳纤维；

21、b、将碳酸钠加入至水中搅拌均匀，加入膨润土搅拌10-20min，静置2-6h，得到预处理膨润土；将硅酸盐水泥、粉煤灰、活化碳纤维、环氧树脂加入至水中搅拌均匀，再加入预处理膨润土继续搅拌10-20min，加入减水剂、乙二胺搅拌1-2h，搅拌温度为40-60℃。

22、特别优选地，步骤a中，碳纤维和端氨基聚酰胺胺的质量比为4-10：1-3。

23、特别优选地，步骤b中，环氧树脂的环氧当量为160-172g/eq。

24、特别优选地，步骤b中，碳酸钠、膨润土、硅酸盐水泥、粉煤灰、活化碳纤维、环氧树脂、减水剂、乙二胺的质量比为10-50：100-200：100-200：100-200：5-13：1-5：1-3：1-2。

25、本发明采用硅酸盐水泥、粉煤灰与膨润土复配为主料，通过对碳纤维活化，然后在其表面接枝聚酰胺胺结构，不仅可充分分散在主料结构中，而且碳纤维表面树枝状结构在体系中固化结合，有效增强体系抗裂强度，在一定程度上增强垂直防渗隔离墙的承载力，从而有效保证其能达到防渗、防污的目标。

26、本发明采用未污染的原位土、膨润土和复合泥浆混合制得垂直防渗隔离墙墙体材料，在降低墙体渗透性的基础上，使其能在使用过程中最大程度地隔断地下污染物的扩散，而复合泥浆中碳纤维表面树枝状结构可充分掺入到墙体材料中，有效填充墙体材料微观空隙结构，经固结后大大提高墙体的强度，优化墙体防渗性能。

27、一种垃圾填埋场用复合型垂直防渗隔离墙，采用上述垃圾填埋场用复合型垂直防渗隔离墙施工方法得到。

28、相较于现有技术，本发明具有以下优点：

29、(1)采用两种类型以上隔离墙组合的方式，解决了单一墙体类型难以满足复杂地质条件下防渗要求的问题，显著提升了垂直防渗结构的防污阻滞性能，降低了因施工质量不达标而引发渗漏的风险。

30、(2)采用钢板衔接上、下两类墙体的方式，避免了两类墙体搭接可能会出现的渗漏问题，同时采用环氧树脂包裹钢板也避免了钢板被渗滤液腐蚀的可能性，降低安全风险。

31、(3)可根据现场地质条件以及垃圾填埋场渗滤液的污染类型有针对性的选择帷幕灌浆的浆液材料以及上部泥浆墙的墙体材料。