TRD连续墙在垃圾填埋场垂直防渗中的应用

由项敏 13818186389 撰写
发布于 2022年07月25日 18:47:14
最后修改于 2024年11月14日 11:36:40

▍前言

我国的垃圾年产量约1.3亿吨，占世界总产量的四分之一左右，是世界上垃圾包袱最重的国家，仅北京市年产垃圾就达500多万吨。长期以来，我国各大中城市几乎都是把垃圾运到郊外，划块地方就开始堆起来，基本未作任何处理。据有关部门统计，我国历年累计垃圾已达720亿吨，约5.4亿立方米，全国大部分城市''垃圾围城''基本都是城市发展中一道奇特的“风景”。一些内地城市如贵阳市，在1998年国家实施积极财政政策以前，全市没有一个垃圾卫生填埋场。即使是首都北京，在这个问题上也没好多少，有关部门航测时发现，二、三环以外，面积在50平方米以上的垃圾堆曾高达4000多个。毋庸置疑的是，每一个垃圾堆都是威胁地下水源的定时炸弹，因为，由于这些垃圾填埋场一开始就都没有做防渗处理，而且垃圾是混和填埋，除生活垃圾外，一些工业垃圾和危险废弃物也都埋在了里头。天长日久,在雨水的侵蚀冲刷下，这些垃圾里的有毒有害物质，都随着渗滤液（亦称为渗沥液）渗到地下，对地下水造成污染。北京小汤山地区几个高发病村，村民发病率比周围要高出60%至70%,饲养的牲畜大量出现死胎，主要原因之一就是村子附近的大垃圾填埋场一直在对村民和家畜的健康产生影响。中国环境监测总站2001年对各类垃圾处理场调查发现，我国垃圾填埋场已发生普遍渗漏，几乎所有垃圾填埋场排放的污染物，均未达到国家有关污染控制标准。因此，全国究竟有多少垃圾填埋场对我国城市地下水造成了污染，目前还是个未知数。

▍一、垃圾渗滤液对地下水的污染

近年来，国家加大了对垃圾集中填埋的投入，建起许多卫生垃圾填埋场，然而，垃圾渗滤液对地下水的威胁依然没有解除。例如，兰州东盆地雁滩水源地因垃圾渗滤液的污染而无法再利用，西盆地马滩水源地有部分水井报废；哈尔滨对该市韩家洼子垃圾填埋场地下水进行的化验分析表明，其浊度、色度和锰、铁、酚、汞的含量及细菌总数、大肠杆菌等方面都超过饮用水标准，其中铁含量超过标准的2/3，锰含量超标3倍，汞含量超标29倍，细菌总数超标4.3倍，大肠杆菌超标410倍。垃圾填埋场的渗滤液对地下水的污染是一个长期的过程，据研究报道填埋场封场后生物分解过程还会持续10-20年，即使在封场后仍可能有渗滤液渗出。例如位于广州市白云区太和镇大源村的老虎窿填埋场封场后，仍有带褐色的垃圾渗滤液流进附近的水体。由此可见，垃圾渗滤液对地下水的污染远不是一件轻而易举就可以解决的事情。

垃圾渗滤液是一种高浓度有机废水，通常含有较高的氨氮、重金属、有毒有机化合物和病原体，BOD很高。被垃圾渗滤液沾到的树木植被在短时间内便会迅速烧死，而被垃圾渗滤液侵蚀过的土壤则几乎寸草不生。一旦渗入地下，则会对地下水造成严重污染，受垃圾污染的地下水不仅不能饮用，甚至连碰到皮肤都会引发疾病。一旦地下水或地表水被垃圾渗滤液污染，人工修复净化几乎不可能。如不釆取必要措施防止垃圾渗滤液的渗漏，以及及时对其进行收集和处理，将造成对地下水，地表水及垃圾填埋场周围环境的严重污染和影响。

▍二、垃圾渗滤液处理和防渗构筑

要解除垃圾渗滤液对地下水的威胁，就是要将垃圾渗滤液处理后回灌或者外排，而更重要的是构筑垃圾填埋场的防渗结构，使垃圾渗透液不渗漏、不外溢，根本隔断垃圾渗透液与地下水的双向交换与沟通。在此，我们要谈垃圾渗滤液的防渗防溢的构筑问题。垃圾填埋场防水防渗构筑工作做得好，不但能防止垃圾渗滤液污染地下水，而且也是防止地下水进入填埋场造成渗滤液增量外溢的有效手段。

防渗构筑：包括水平防渗和垂直防渗。水平防渗是指防渗层水平方向布置，防止垃圾渗滤液向下渗透污染地下水，以及防止地下水向上涌入垃圾填埋场造成垃圾渗透液增量；但目前看来，单纯的水平防渗会因为不均匀沉降或者应力变化而导致防渗层开裂而功亏一篑。北京市的门头沟焦家坡垃圾场采用美国进口的防渗膜做水平防渗，却因为岀现池壁开裂而造成防渗膜破损漏水，而且漏水是双向的，即地下水位高涨时，地下水大量涌入垃圾填埋场，造成垃圾渗滤液大量增加，机械无法开进作业，垃圾填埋工作几近瘫痪；地下水位下降时，垃圾渗透液便随退去的地下水而污染周边甚至很远的水源。

近几年建成的垂直防渗垃圾填埋场很大程度上克服了上述问题。比如杭州的天子岭垃圾填埋场，釆用帷幕灌浆工艺的垂直防渗幕墙，防渗效果十分显著。垂直防渗是指填埋场基底位于岩、土渗透性能较小（渗透系数小于1.0x10-7cm/s）且连续的不透水层地区，在垂直方向建造一直深入到不透水层以下的防渗墙，使垃圾填埋场与周边的地下水彻底隔绝，从根本上防止垃圾渗滤液向四周横向渗透以及防止地下水横向涌入。我国目前通常釆用灌浆法、高压喷射注浆法和搅拌法三类化学加固法。它利用水泥浆液、粘土浆液或其它化学浆液，通过灌注压入、髙压喷射或机械搅拌，使浆液和土颗粒胶结起来，以改善地基土的物理和力学性质，形成所谓的地下防渗墙，达到止水防渗的目的。

但就目前国内化学加固法的工艺原理来看，无论哪一种方法所制成的防渗墙都属于“篱笆墙”，很难达到渗透系数不大于1.0x10-7cm/s标准的要求。

随着建筑机械领域桩工技术的突破，一种真正连续的地下防渗墙工艺出现了，垃圾填埋场的垂直防渗，甚至倾斜防渗都成为了可能。

▍三、地下连续墙和TRD工法

目前常用的“高压旋喷、灌浆帷幕和三轴搅拌法”垂直防渗墙的成墙示意图

高压喷射灌浆和帷幕灌浆都是在选定的部位向地下钻孔，孔的深度要达到不透水岩土层，然后灌入水泥或者化学浆液，待这些彼此相邻的孔内浆液凝固后形成防渗的墙体，起到阻断垃圾渗滤液和地下水双向渗透的目的；搅拌桩则是通过专用的机械向下钻孔同时向孔内通入水泥浆或者凝结剂，让水泥或者凝结剂与被钻杆钻悬起来的土充分混合，形成水泥土桩，相邻的水泥土桩彼此相重叠，组成典型的“篱笆墙”，根据机械钻杆的数量分成单轴搅拌和多轴搅拌，本质都是相同的。我们不难看出，无论是在向地下喷灌混凝土还是灌注水泥浆液形成水泥土桩，起到防渗阻水作用的都是由一些彼此相邻的柱状、条状亦或是板状的单体相互叠加构成墙体，这样的成墙模式带有相当的不确定性,难以保证地下墙体是否有漏洞或者缝隙。

TRD工法介绍TRD工法地下连续墙的成墙手段跟以上的传统方法有着突破性的不同，是“从挖掘到切割”的飞跃，真正摆脱了在地下“筑篱笆”的模式，而是构筑真正意义上的连续墙。该技术的核心是通过一种专用的机械设备，将一个具有切割功能的带状的刀头先钻入地下，然后进行水平方向的切割和搅拌，同时灌注水泥浆液，与原位置图上的搅拌土混合形成水泥土墙体，也可以在墙体未凝结前插入钢材增加强度。

TRD工法(Trench—Cutting&Re-mixing Deep Wall Method)中文叫法比较多，最早叫“混合搅拌壁式地下连续墙施工法”，后陆续有文献称其为：原位置上混合搅拌壁式地下连续墙施工法，水泥加固土地下连续墙浇筑施工法等，现在比较统一的名称是：渠式切割水泥土连续墙工法和等候度水泥土连续搅拌墙工法。

该工法由日本90年代初开发研制，是能在各类土层和砂砾石层中连续成墙的成套设备和施工方法。其基本原理是利用链锯式刀具箱竖直插入地层中，然后作水平横向运动，同时由链条带动刀具作上下的回转运动，搅拌混合原土并灌入水泥浆，形成一定厚度的墙体，以取代目前常用的高压喷射灌浆，单轴和多轴水泥土搅拌桩组成的柱列式地下连续墙。其主要特点是成墙连续、表面平整、厚度一致、墙体均匀性好。日本1994年开始在工程实践中使用.至2019年底已累计完成造墙面积约420万m2,主要应用在各类建筑工程、地下工程、护岸工程、大坝、堤防、海岸等地的基础加固、防渗阻水等方面。

日本TRD工法施工数据统计

（来源：日本TRD工法协会）

2005年TRD-III首次引进中国；

2014年国家行业标准《渠式切割水泥土连续技术规程》实施；

2017年 TRD工法被列入《建筑行业10项新技术》（2017）；

2021年《JB/T 13969-2020 链刀式地下连续墙成墙机》实施。

中国大陆TRD工法施工数据统计

（统计、制图：TRD工法网）

从工作原理上我们可以看出TRD工法是真正意义上的连续墙，没有传统桩柱之间的结合和重叠所产生的漏洞和缝隙，因而可以很容易达到1.0x10-7cm/s的防渗系数。

传统桩柱之间很难保证不漏水

TRD工法没有桩柱之间的结合和重叠，机架高度问题

TRD工法成墙机械的关键是可以组合的刀具箱，可以根据地下不透水层的位置确定地下连续墙的深度，该机械的最深成墙深度可达80米。机械刀具插入地下以后，切割搅拌土层使基层岩土与上层岩土进行位置交换，使上下土层混合，注入水泥浆液后即可形成与不透水基层岩土层结合充分、牢固的防渗墙体，完全阻断地下水与垃圾渗滤液之间的双向交换。TRD工法的施工过程中既有水平方向的岩土位移交换和搅拌，也有竖直方向的土层交换搅拌，因此，所形成的墙体质地非常均匀，这样就使得墙体的整体强度更加均衡，抗渗性能得到了极大的提高，绝无薄弱环节，更不会有漏洞和裂隙，在地下水水头较高的地段，效果尤其明显。

TRD工法成墙工艺的特点还在于不仅可以构筑单层的防渗墙，还可以构筑中间有夹层的复合墙，对于距离水源较近，防渗要求较高的地段，可以在复合墙中夹HDPE防渗膜，制成高抗渗地下连续墙；对于放射性较高的垃圾或者核废料填埋场，则可以在复合墙中夹加铅板之类的抗辐射材料。