复合竖向阻隔屏障技术介绍与对比.pdf
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1、文章编号:1007-2993(2024)02-0246-07复合竖向阻隔屏障技术介绍与对比复合竖向阻隔屏障技术介绍与对比何顺辉张健谢世平郑勇亚(天津中联格林科技发展有限公司,天津301617)【摘要】为满足环保领域高防渗要求,复合竖向阻隔屏障技术得到了广泛应用。复合竖向阻隔技术是通过引入高性能防渗土工合成材料,与墙体回填材料,如土膨润土、水泥膨润土、土水泥膨润土等,组成复合防渗结构,以解决单层结构竖向阻隔屏障防渗等级不能满足环保要求的问题。HDPE 土工膜竖向阻隔屏障和 GCL 竖向阻隔屏障是当前复合竖向阻隔屏障技术中的代表性技术,介绍两种复合竖向阻隔屏障技术的基本情况、土工材料连接和技术应用
2、,为技术的选用提供参考。【关键词】复合防渗;竖向阻隔;GCL;HDPE 土工膜【中图分类号】TU592 【文献标识码】Adoi:10.3969/j.issn.1007-2993.2024.02.019Introduction and Comparison of Composite Vertical Barrier TechnologyHe ShunhuiZhang JianXie ShipingZheng Yongya(Tianjin Zhonglian Gelin Science and Technology Development Co.,Ltd.,Tianjin 301617,China
3、)【Abstract】Currently composite vertical barrier systems are mainly inclusive of HDPE cut-off wall and GCL vertical barriers,both of which are made of wall-backfilled materials,such as soil-bentonite,cement-bentonite or soil-cement-bentonite,etc.,and intro-duced high-performance geosynthetic lining m
4、aterials.They are made and applied to better address the percolation issues with singlestructural cut-off walls that usually cannot meet the environmental protection requirement.The basic information of two kinds of com-posite vertical barrier systems as well as geosynthetic panel connections and th
5、eir field applications are presented,which could providereferences for project selection.【Key words】vertical anti-seepage;vertical barrier;GCL;HDPE geomembrane 0 引言竖向阻隔屏障可应用于污染场地治理,其基本作用是将两块区域分隔开来,阻隔污染物与周围环境的联系,管控污染场地中污染物向外界扩散,同时控制外界地下水流入污染场地,从而实现对污染物的有效管控治理1。竖向阻隔屏障的种类繁多,按强度可分为刚性、塑性、柔性墙体2,按照功能可以分为防污
6、和防渗墙体3,按照结构类型可分为单层结构和复合结构4,具体采用何种防渗屏障,主要取决于工程设计要求。如果工程设计竖向阻隔屏障是建筑结构的一部分,则对墙体的强度要求较高,建议采用刚性墙;如果墙体以防渗为主,墙的防渗性能是一个重要指标,采用塑性或者柔性墙可能是正确的选择。常见的塑性混凝土墙、水泥搅拌桩墙和灌浆帷幕等单层结构墙体,由于存在接头易渗、墙体底部绕渗及墙体防渗性能差等问题5,研究表明,在有水泥加入的防渗墙体中,即使在较好的施工管控下,墙体防渗性能也只能达到5107 cm/s6,不能满足工业污染场地竖向阻隔技术规范(HG/T 207152020)等标准要求的渗透系数不大于 1107 cm/s
7、 的技术指标。近年,国内已有工程案例将 HDPE 膜或 GCL 等高性能土工防渗材料用于竖向阻隔屏障中,形成复合竖向阻隔屏障,使得防污性能显著提升,渗透系数能够满足环保要求7-9。目前复合竖向阻隔屏障技术主要有 HDPE 土工膜竖向阻隔屏障和 GCL 竖向阻隔屏障,本文详细介绍两种复合阻隔屏障的技术特点及其工程应用情况,基金项目:国家重点研发计划(2019YFC1805004)作者简介:何顺辉,男,1987 年生,汉族,河南鹤壁人,硕士,高级工程师,主要从事钠基膨润土防水毯(GCL)相关的生产、施工和科研工作。E-mail: 第 38 卷第 2 期岩土工程技术Vol.38 No.22024 年
8、4 月Geotechnical Engineering TechniqueApr,2024为方案选择提供参考。1 HDPE 土工膜竖向阻隔屏障技术 1.1 技术介绍HDPE 土工膜竖向阻隔屏障是在竖向开槽后,将高密度聚乙烯(HDPE)土工膜插入到隔水层,通过连接锁扣与内置止水材料实现多幅 HDPE 膜的互锁连接,然后回填墙体材料形成复合竖向阻隔屏障,回填物可以是土膨润土、水泥膨润土、土水泥膨润土等。HDPE 膜可根据实际场地情况设置在阻隔墙的内侧、外侧或者中间,HDPE 土工膜竖向阻隔屏障所用材料主要有 HDPE 土工膜、土工膜连接锁扣以及墙体回填材料10。HDPE 土工膜竖向阻隔屏障是一种防
9、渗等级较高的竖向阻隔技术,HDPE 土工膜渗透系数不大于 1012 cm/s,且具备优异的抗化学腐蚀性和耐久性等特点,与防渗墙体组成复合防渗结构11,能够作为土木、水利工程中的防渗屏障,也可以应用在环保防渗工程中阻隔污染物扩散的防污屏障。1.2 连接锁扣20 世纪 80 年代,荷兰公司 Geotechnics Hollandbv 联合Cofra bv 发明了一种连接HDPE 专利技术Geolock 土工锁,从而开发出来 HDPE 土工膜竖向阻隔屏障技术12。连接锁扣的作用就是将 HDPE 土工膜膜片两两连接在一起,形成一个整体。连接锁扣示意图见图 1,图 1 中黑色部分是由氯丁橡胶和亲水性聚合
10、物制成的膨胀止水条,使其在与水接触时发生膨胀,非受限膨胀达 58 倍,用于连接锁扣的膨胀密封。ABCD 图 1 四种膨胀止水条密封连接锁扣13 国内科研院所对 HDPE 土工膜竖向阻隔屏障技术也开展了深入研究,柯翰等14于 2013 年获得的发明专利 ZL201310074264.7浅部增强型土膨润土竖向防污隔离墙的方法,提到了用塑料防渗板插入土膨润土竖向墙浅部改善土膨润土墙浅部防污防渗性能,其中塑料板采用套管方式连接,两套管连接处灌注胶结材料密封接头(见图 2)。1.3 HDPE 土工膜竖向阻隔屏障施工HDPE 土工膜竖向阻隔屏障具体施工步骤如下:(1)导墙制作。垂直防渗墙采用沟槽开挖法施工
11、时,宜根据场地条件修筑导墙,若场地存在软黏土地层,沟槽两侧可采用水泥搅拌桩加固。图 2 套管连接锁扣14(2)开挖成槽。沟槽开挖施工过程中一般采用泥浆护壁,以保持沟槽稳定性。(3)清底。沟槽开挖完成后,应清除沟槽底部的沉积物。(4)HDPE 膜敷设。将 HDPE 膜制作裁剪成所需长度,在两端焊接连接锁扣,然后把膜平整地下设到已开挖好的槽孔中。如锁扣采用止水条密封,在下放第二幅 HDPE 土工膜片时,在锁扣内安放好止水条,与已下放的 HDPE 土工膜片的锁扣互锁并缓慢下放只设计深度。(5)灌注墙体材料。采用浇筑或回填方式成墙,墙体材料固结及沉降完成后,应移除浮浆层,用相同回填料修补凹陷或沉降,并
12、设置永久覆盖层。此外,除了上述常用的开挖回填方法以外,HDPE 土工膜竖向阻隔屏障的施工方法还包括震动插入法和分段沟箱法13,具体采用何种施工方法,需要根据现场清空和工程要求综合确定。1.4 HDPE 土工膜竖向阻隔屏障技术的应用 1.4.1 国外应用HDPE 土工膜竖向阻隔屏障技术源自国外,在20 世 纪 80 年 代 已 有 应 用。环 保 防 渗 领 域 中,Owaidat 和 Day15介绍了位于亚利桑那州中部一个含铜矿渗滤液的地下屏障的设计、施工和性能研究的案例,竖向屏障采用由高密度聚乙烯土工膜(HDPE)和土膨润土(SB)组成的复合竖向阻隔屏障,设计渗透系数小于 1107 cm/s
13、,该项目的锁扣类型如图 3 所示。锁扣HDPE 膜厚 100 mil(2.54 mm)亲水性止水条1.25 英寸8 英尺止水条(膨胀后)图 3 锁扣及与其土工膜连接示意图15何顺辉等:复合竖向阻隔屏障技术介绍与对比247通过使用特制的机械滚筒,将裁剪好的土工膜膜片按顺序放置到填充有自硬化膨润土浆料的沟槽中。图 4 为 HDPE 土工膜竖向阻隔屏障的施工方法示意图,该案例中特制滚筒的使用简化了 HDPE 膜片的安放和连接,减少了施工中由于大风天气而可能引起的安全问题16。自硬化浆料地基黏土 图 4 HDPE 土工膜竖向阻隔屏障施工方法示意图16 土工膜竖向阻隔屏障在国外有较多的应用,应用场景有土
14、坝防渗墙、危险废弃物、石油废弃物、污染钻井废弃物、粉煤灰和废弃物、尾矿、化学废弃物等领域的阻隔防渗,土工膜的连接形式有 Geolock 型锁扣、常规锁扣、直接焊接、套管灌浆、GSE“E”型锁扣、土工膜重叠等方式,回填材料有水泥膨润土浆料、黏土/水泥浆料、沙土、天然土、土膨润土浆料等,施工深度最深可达 26.8 m17。1.4.2 国内应用在 HDPE 土工膜竖向阻隔屏障技术引入国内之前,国内类似的复合垂直防渗技术为水利工程中常用的垂直铺塑技术。该技术是利用专门的开沟造槽机械,开出一定宽度和深度的沟槽,在沟槽内铺设土工膜,再用土回填沟槽,形成以土工膜为主体的防渗帷幕,应用于水库围坝、堤防等水工建
15、筑物的垂直防渗工程中,所用的土工膜一般为厚度 0.2 mm 左右的聚乙烯(PE)或聚氯乙烯(PVC)塑料薄膜18。国内通过对 HDPE 土工膜竖向阻隔屏障技术优化,已将其应用到国内的多个环保工程中,如云南某大渣堆地下水柔性垂直防渗工程19、原长沙铬盐厂铬污染治理项目7、江苏省靖江市某化工厂厂址综合治理工程20等。图 5 为 HDPE 土工膜的竖向安装现场图。1.5 HDPE 土工膜竖向阻隔屏障隔离技术重要提示(1)由于光面 HFPE 土工膜与普通混凝土墙面不贴合,两者的结合部会形成导排通道,因此不建议HDPE 土工膜竖向阻隔屏障的墙体采用刚性混凝土墙。(2)HDPE 土工膜竖向阻隔屏障需和土膨
16、润土墙(SB)、水泥膨润土墙(CB)、土水泥膨润土墙(SCB)等含有膨润土的低渗透性墙体联合使用,否则 HDPE 土工膜竖向阻隔屏障技术的安全性将下降100010000 倍12。(3)止水条膨胀时间一般不小于 7 天,因此需要给止水条的膨胀预留足够的时间。此外,还需关注场地内的水质情况,以防污染水体影响止水条的膨胀。(4)HDPE 土工膜的渗透系数并不代表 HDPE土工膜竖向阻隔屏障的渗透系数,两者的防渗性能存在明显的差距。图 5 HDPE 土工膜竖向安装17 2 GCL 竖向阻隔屏障 2.1 技术简介GCL 竖向阻隔屏障是由钠基膨润土防水毯(简称 GCL)与低渗透墙体组成的新型复合垂直防渗技
17、术,其是在开挖成槽后,先沿槽壁一侧或者两侧竖向铺设 GCL 复合构件,然后在槽内回填低渗透性墙体材料,筑成具有防污抗渗功能的复合垂直防渗屏障21。图 6 为 GCL 竖向阻隔屏障示意图。2.2 GCL 复合构件 2.2.1 材料介绍GCL 为高性能土工防渗材料,常用的产品类型为针刺加强型 GCL,图 7 为 GCL 生产示意图,是经针刺工艺把膨润土固定在两层土工织物之间而制成的毯状防水卷材。GCL 防渗主要是利用膨润土遇水248岩土工程技术2024 年第 2 期膨胀的性质,膨润土遇水水化,使其主要成分蒙脱石吸水发生层间膨胀,在两层土工织物构成的受限空间内形成的致密凝胶态防水层22。GCL 渗透
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