CN104805871A - 复合型垂直防渗屏障及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合型垂直防渗屏障，用于防止土壤或地下水中污染物的水平渗漏，包括：垂直柔性防渗部，其由矩形的HDPE土工膜构成；防绕渗部，包括：防绕渗支撑部和包覆在防绕渗支撑部外的自硬性泥浆；其中，防绕渗支撑部包括网格布以及封装在网格布中的钠基膨润土，所述防绕渗支撑部的表面形成有凹槽；垂直柔性防渗部的底部嵌插在防绕渗支撑部的凹槽中，并以螺栓将垂直柔性防渗部的底部与防绕渗支撑部固定。本发明具有施工简单，防渗效果好等优点，可以较好的解决HDPE土工膜与地下不透水层连接处的绕渗问题。

Description

复合型垂直防渗屏障及其应用

技术领域

本发明涉及环保领域，具体涉及一种用于污染物控制与生态环境修复的复合型垂直防渗系统。

背景技术

随着我国工业的快速发展，致使环境污染也日趋严重。一些化工、矿山企业的堆场、堆浸场、尾矿库等缺乏有效的防渗措施，导致工业废物(液)、化工产品、矿渣等对土壤及地下水体产生了污染，严重危害了人们赖以生存的环境。

目前，针对化工和矿山企业的堆场和尾矿库已经提出多种防渗措施，以解决其带来的污染问题，如注浆帷幕、搅拌桩、钢板桩等刚性垂直防渗技术。但是，这些工程技术防渗效果相对较差，其渗透系数一般为10^-6 cm/s，已不能满足现在越来越高的环保要求。柔性垂直防渗系统是采用HDPE土工膜为防渗材料，利用垂直开槽铺塑技术将HDPE土工膜垂直插入到地下相对不透水层。HDPE土工膜作为垂直防渗材料，具有防渗效果好、适应性广等优点，其渗透系数可达10^-12cm/s。但是，由于HDPE土工膜与槽底不透水层间不能紧密结合，导致槽底连接处容易发生绕渗。

发明内容

本发明要解决的关键技术问题是在垂直开槽铺塑中由于HDPE土工膜与槽底不透水层间存在空隙而导致的污染物绕渗问题。

本发明的复合型垂直防渗屏障，用于防止土壤或地下水中污染物的水平渗漏，包括：

垂直柔性防渗部，其由矩形的HDPE土工膜构成；

防绕渗部，包括：防绕渗支撑部和包覆在防绕渗支撑部外的自硬性泥浆；

其中，防绕渗支撑部包括网格布以及封装在网格布中的钠基膨润土，所述防绕渗支撑部的表面形成有凹槽；

垂直柔性防渗部的底部嵌插在防绕渗支撑部的凹槽中，并以螺栓将垂直柔性防渗部的底部与防绕渗支撑部固定。

优选地，所述防绕渗部为柱形，所述防绕渗支撑部表面沿轴向形成有凹槽，所述垂直柔性防渗部垂直放置的底部嵌插在所述防绕渗部的凹槽中。

优选地，所述自硬性泥浆为膨润土、粘土和水的混合物，膨润土、水泥和水的混合物或者膨润土、水泥、粘土和水的混合物。

优选地，所述自硬性泥浆为膨润土、粘土和水的质量比为40~60:110~90:1000的混合物，膨润土、水泥和水的质量比为40~50:110~100:1000的混合物、或者膨润土、水泥、粘土和水的质量比为20~30:110: 20~10:1000的混合物。

优选地，所述自硬性泥浆为膨润土、粘土和水的质量比为40~60:110~90:1000的混合物，其中膨润土与粘土的质量之和与水的质量比为150:1000；

或者所述自硬性泥浆为膨润土、水泥和水的质量比为40~50:110~100:1000的混合物，其中膨润土与水泥的质量之和与水的质量比为150:1000；

或者所述自硬性泥浆为膨润土、水泥、粘土和水的质量比为20~30:110: 20~10:1000的混合物，其中膨润土、粘土与水泥的质量之和与水的质量比为150:1000。

优选地，所述自硬性泥浆中的膨润土为钠基膨润土。

优选地，所述自硬性泥浆中的水泥为普通硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥的一种或其组合

优选地，所述钠基膨润土的粒度不小于200目，所述网格布的目数为300目以上。

本发明还提供上述的复合型垂直防渗屏障的应用方法，包括如下步骤:

1）开槽：沿污染场地外围的位置垂直开槽，槽底开挖至地下不透水层，在垂直开槽的过程中采用泥浆护壁；

2）用网格布封装钠基膨润土，并在得到的封装结构表面形成凹槽构成防绕渗支撑部，然后将垂直柔性防渗部HDPE土工膜插入到凹槽中，以螺栓将垂直柔性防渗部的底部与防绕渗支撑部固定；

3）将步骤2）所得的防渗结构在所述垂直开槽的护壁泥浆中插入到所述垂直开槽中，所述防绕渗支撑部放置于所述垂直开槽的槽底；

4）注浆：采用泵送方式将自硬性泥浆注入槽内覆盖所述防绕渗支撑部；

5）回填：向槽中回填砂土和粘土的其中之一或其混合物以移除护壁泥浆。

本发明具有施工简单，防渗效果好等优点，可以较好的解决HDPE土工膜与地下不透水层连接处的绕渗问题。

附图说明

图1是本发明复合型垂直防渗屏障的局部立体图。

图2是本发明复合型垂直防渗屏障的防绕渗部侧视图。

图3是本发明复合型垂直防渗屏障的局部侧视图。

图4是本发明的复合型垂直防渗屏障在防渗透应用时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1~3所示，本发明的复合型垂直防渗屏障，用于防止土壤或地下水的污染物的水平渗漏，包括：

垂直柔性防渗部11，其由矩形的HDPE土工膜构成；

防绕渗部，包括：防绕渗支撑部10和包覆在防绕渗支撑部外的自硬性泥浆3；

其中防绕渗支撑部10包括网格布101以及封装在网格布中的钠基膨润土102，防绕渗支撑部10的表面形成有凹槽103；

垂直柔性防渗部11的底部嵌插在防绕渗部的凹槽103中，并以螺栓104将垂直柔性防渗部11的底部与防绕渗支撑部10固定。

在本发明的一实施例中，防绕渗支撑部10为柱形，防绕渗支撑部10表面沿轴向形成有凹槽103，垂直柔性防渗部11垂直放置的底部嵌插在防绕渗支撑部10的凹槽103中，凹槽103的长度略小于防绕渗支撑部的长度。

自硬性泥浆（Self-hardening slurries）类似塑性混凝土，但与塑性混凝土相比，缺少粗骨料和细骨料。它是由膨润土与粘土或膨润土与水泥等固化材料按一定比例与水混合配制成的浆体，该浆体会发生固化硬结，产生一定的强度，具有较好的防渗性能。

本发明中，自硬性泥浆为膨润土、粘土和水的混合物，膨润土、水泥和水的混合物或者膨润土、水泥、粘土和水的混合物。经实验后，优选自硬性泥浆为膨润土、粘土和水的质量比为40~60:110~90:1000的混合物，膨润土、水泥和水的质量比为40~50:110~100:1000的混合物、或者膨润土、水泥、粘土和水的质量比为20~30:110: 20~10:1000的混合物。在此比例范围下，自硬性泥浆的初凝时间不早于4h，终凝时间不迟于20h，其凝固后渗透系数≤1×10^-7cm/s。说明：初凝时间不早于4h，有利于保证足够的施工时间；终凝时间不迟于20h，确保泥浆在20h内凝固产生强度，方便后续施工。渗透系数不大于1×10^-7cm/s，确保工程的施工质量要满足防渗漏的技术要求。

在本发明的较佳实施例中，钠基膨润土的粒度不小于200目，网格布101的目数为300目以上。

本发明的上述的复合型垂直防渗屏障的应用方法，包括如下步骤:

1）开槽：沿污染场地外围的位置垂直开槽2，槽底开挖至地下不透水层，在垂直开槽2的过程中采用泥浆护壁；如图4所示，垂直开槽2贯穿地层中的土壤层100，中间层200和地下水层300，深入不透水层400一部分），不透水层400多为岩石层或黏土层。本实施例中，垂直开槽2深度到不透水层1.5米左右。

2）用网格布101封装钠基膨润土102，并在得到的封装结构表面形成凹槽103构成防绕渗支撑部10，然后将垂直柔性防渗部11即HDPE土工膜插入到凹槽103中，最后螺栓104进行贯穿固定得到一防渗结构1；

为保证良好的防绕渗效果，上述步骤得到的防渗结构1以垂直柔性防渗部11垂直地面的角度放置时，其高度不小于垂直开槽2的高度；

3）将步骤2）得到的防渗结构在垂直开槽2的护壁泥浆中插入到垂直开槽2中，防绕渗支撑部10放置于所述垂直开槽的槽底；

4）注浆：如图4所示，采用泵送方式将自硬性泥浆3注入槽内，覆盖防绕渗支撑部10，在实际应用中自硬性泥浆的灌注高度在1m以上，为增强防渗效果自硬性泥浆3填充后在槽内的高度高于不透水层400，从成本角度考虑自硬性泥浆的灌注高度在1~1.5m；由此，在HDPE土工膜与槽底间形成由自硬性泥浆包裹膨润土的防绕渗固结部分，达到阻止绕渗发生的作用。

5）回填：向槽中回填砂土和粘土的其中之一或其混合物4以移除护壁泥浆。

本发明对自硬性泥浆的要求为：自硬性泥浆的初凝时间不早于4h，终凝时间不迟于20h；当自硬性泥浆凝结后，其渗透系数要满足≤1×10^-7cm/s，辅以膨润土粉达到阻止绕渗的效果。

其中，本发明所用的膨润土为不小于200目的粉状钠基膨润土。粘土中的粘粒含量不小于30%。水泥为普通硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥（经实验，这几种水泥具有更好的耐腐蚀性和防渗性能）的一种或其组合。

以下，以一几个具体应用过程对本发明进行说明：

实施例1

本实施例的复合型垂直防渗屏障的应用方法包括如下步骤：

1）开槽：沿污染场地外围的位置垂直开槽，槽底开挖至地下不透水层，在垂直开槽的过程中采用泥浆护壁；

2）用300目网格布封装粒度200目的钠基膨润土得到防绕渗支撑部，在防绕渗支撑部表面形成凹槽，然后将HDPE土工膜插入到凹槽中，最后用塑料螺栓进行贯穿固定。

3）将步骤2）得到的防渗结构在护壁泥浆中插入到槽底。(注释：在实际工程操作时，垂直开槽需围绕污染场地一周呈圆形分布，或在污染场地的地下水下游呈扇形分布，每次插入一幅HDPE土工膜，由多副HDPE土工膜围绕污染场地进行组合连接形成连续的柔性垂直防渗墙)。

4）注浆：本实施例选择膨润土和水泥加入水中构成自硬性泥浆，其中膨润土:水泥（普通硅酸盐水泥）:水的质量比为50:100:1000，配制好的泥浆采用泵送方式注入到槽中，灌注高度高于不透水层（约1.5m高），以封堵HDPE土工膜与槽底间的空隙，阻止绕渗的发生。

5）回填：向槽中回填砂土和粘土以移除护壁泥浆。

防绕渗效果：

经测试，本实施例的自硬性泥浆初凝时间为3.8h，终凝时间17.8h；当自硬性泥浆凝结后，渗透系数为8.9×10^-8cm/s。

实施例2

本实施例的方法与实施例1相同，区别在于，本实施例的自硬性泥浆由膨润土、粘土和水混合构成，其中膨润土、粘土和水的质量比为40:110:1000。

防绕渗效果：

经测试，本实施例的自硬性泥浆初凝时间为3.6h，终凝时间18.8h；当自硬性泥浆凝结后，渗透系数为 3.5×10^-8 cm/s。

实施例3

本实施例的方法与实施例1相同，区别在于，本实施例的自硬性泥浆由膨润土、粘土和水混合构成，其中膨润土、粘土和水的质量比为50:100:1000。

防绕渗效果：

经测试，本实施例的自硬性泥浆初凝时间为3.8，终凝时间19.2h；当自硬性泥浆凝结后，渗透系数为2.1×10^-8 cm/s。

实施例4

本实施例的方法与实施例1相同，区别在于，本实施例的自硬性泥浆由膨润土、粘土和水混合构成，其中膨润土、粘土和水的质量比为60:90:1000。

防绕渗效果：

经测试，本实施例的自硬性泥浆初凝时间为4.0h，终凝时间19.5h；当自硬性泥浆凝结后，渗透系数为8.6×10^-9cm/s。

实施例5

本实施例的方法与实施例1相同，区别在于，本实施例的自硬性泥浆由膨润土、水泥（粉煤灰硅酸盐水泥）和水混合构成，其中膨润土、水泥和水的质量比为45:105:1000。

防绕渗效果：

经测试，本实施例的自硬性泥浆初凝时间为3.6h，终凝时间17.8h；当自硬性泥浆凝结后，渗透系数为9.2×10^-8cm/s。

实施例6

本实施例的方法与实施例1相同，区别在于，本实施例的自硬性泥浆由膨润土、水泥（普通硅酸盐水泥）和水混合构成，其中膨润土、水泥和水的质量比为40:110:1000。

防绕渗效果：

经测试，本实施例的自硬性泥浆初凝时间为3.5h，终凝时间17.6h；当自硬性泥浆凝结后，渗透系数为9.6×10^-8cm/s。

实施例7

本实施例的方法与实施例1相同，区别在于，本实施例的自硬性泥浆由膨润土、水泥（火山灰硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥质量比1:1的混合物）、粘土和水混合构成，其中膨润土、水泥、粘土和水的质量比为20:110:20:1000。

防绕渗效果：

经测试，本实施例的自硬性泥浆初凝时间为3.2h，终凝时间17.2h；当自硬性泥浆凝结后，渗透系数为7.8×10^-8 cm/s。

实施例8

本实施例的方法与实施例1相同，区别在于，本实施例的自硬性泥浆由膨润土、水泥（普通硅酸盐水泥和火山灰硅酸盐水泥质量比1:2的混合物）、粘土和水混合构成，其中膨润土、水泥、粘土和水的质量比为25:110:15:1000。

防绕渗效果：

经测试，本实施例的自硬性泥浆初凝时间为3.4h，终凝时间17.5h；当自硬性泥浆凝结后，渗透系数为6.9×10^-8 cm/s。

实施例9

本实施例的方法与实施例1相同，区别在于，本实施例的自硬性泥浆由膨润土、水泥（普通硅酸盐水泥）、粘土和水混合构成，其中膨润土、水泥、粘土和水的质量比为30:110:10:1000。

防绕渗效果：

经测试，本实施例的自硬性泥浆初凝时间为3.5h，终凝时间17.8h；当自硬性泥浆凝结后，渗透系数为5.8×10^-8 cm/s。

本发明具有施工简单，防渗效果好等优点，可以较好的解决HDPE土工膜与地下不透水层连接处的绕渗问题。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种复合型垂直防渗屏障，用于防止土壤或地下水中污染物的水平渗漏，其特征在于，包括：

垂直柔性防渗部，其由矩形的HDPE土工膜构成；

防绕渗部，包括：防绕渗支撑部和包覆在防绕渗支撑部外的自硬性泥浆；

其中，防绕渗支撑部包括网格布以及封装在网格布中的钠基膨润土，所述防绕渗支撑部的表面形成有凹槽；

垂直柔性防渗部的底部嵌插在防绕渗支撑部的凹槽中，并以螺栓将垂直柔性防渗部的底部与防绕渗支撑部固定。

2.根据权利要求1所述的复合型垂直防渗屏障，其特征在于，所述防绕渗部为柱形，所述防绕渗支撑部表面沿轴向形成有凹槽，所述垂直柔性防渗部垂直放置的底部嵌插在所述防绕渗部的凹槽中。

3.根据权利要求1所述的复合型垂直防渗屏障，其特征在于，所述自硬性泥浆为膨润土、粘土和水的混合物，膨润土、水泥和水的混合物或者膨润土、水泥、粘土和水的混合物。

4.根据权利要求3所述的复合型垂直防渗屏障，其特征在于，所述自硬性泥浆为膨润土、粘土和水的质量比为40~60:110~90:1000的混合物，膨润土、水泥和水的质量比为40~50:110~100:1000的混合物或者膨润土、水泥、粘土和水的质量比为20~30:110: 20~10:1000的混合物。

5.根据权利要求4所述的复合型垂直防渗屏障，其特征在于，所述自硬性泥浆为膨润土、粘土和水的质量比为40~60:110~90:1000的混合物，其中膨润土与粘土的质量之和与水的质量比为150:1000；

或者所述自硬性泥浆为膨润土、水泥和水的质量比为40~50:110~100:1000的混合物，其中膨润土与水泥的质量之和与水的质量比为150:1000；

或者所述自硬性泥浆为膨润土、水泥、粘土和水的质量比为20~30:110: 20~10:1000的混合物，其中膨润土、粘土与水泥的质量之和与水的质量比为150:1000。

6.根据权利要求3~5任一项所述的复合型垂直防渗屏障，其特征在于，所述自硬性泥浆中的膨润土为钠基膨润土。

7.根据权利要求3~5任一项所述的复合型垂直防渗屏障，其特征在于，所述自硬性泥浆中的水泥为普通硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥的一种或其组合。

8.根据权利要求1所述的复合型垂直防渗屏障，其特征在于，所述钠基膨润土的粒度不小于200目，所述网格布的目数为300目以上。

9.权利要求1~8任一项所述的复合型垂直防渗屏障的应用方法，其特征在于，包括如下步骤:

1）开槽：沿污染场地外围的位置垂直开槽，槽底开挖至地下不透水层，在垂直开槽的过程中采用泥浆护壁；

2）用网格布封装钠基膨润土，并在得到的封装结构表面形成凹槽构成防绕渗支撑部，然后将垂直柔性防渗部HDPE土工膜插入到凹槽中，以螺栓将垂直柔性防渗部的底部与防绕渗支撑部固定；

3）将步骤2）所得的防渗结构在所述垂直开槽的护壁泥浆中插入到所述垂直开槽中，所述防绕渗支撑部放置于所述垂直开槽的槽底；

4）注浆：采用泵送方式将自硬性泥浆注入槽内覆盖所述防绕渗支撑部；

5）回填：向槽中回填砂土和粘土的其中之一或其混合物以移除护壁泥浆。