CN105040745A

CN105040745A - 一种土-膨润土垂直防渗墙及其构建方法

Info

Publication number: CN105040745A
Application number: CN201510404314.2A
Authority: CN
Inventors: 朱伟; 徐浩青; 王升位; 范惜辉; 舒实; 闵凡路; 邵燕华
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2015-07-10
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2035-07-10
Also published as: CN105040745B

Abstract

本发明涉及一种土-膨润土垂直防渗墙及其构建方法，它通过向开挖沟槽产生的原地层土中掺入膨润土粉末，然后与护壁沟槽的膨润土泥浆混合形成类似于混凝土砂浆一样的均质材料，经自重固结而成，所述膨润土粉末和所述原地层土的干重百分比为3%~5%；所述膨润土的蒙脱石含量≥50%、膨胀指数为25ml/2g~40ml/2g、阳离子交换量＞120mmol/100g。通过向开挖沟槽产生的原地层土中掺入膨润土粉末，然后与护壁沟槽的膨润土泥浆混合形成类似于混凝土砂浆一样的均质材料，并精确地控制墙体材料的物理性质、膨润土粉末与原地层土的干重比例以及膨润土的理化性质，实现了垂直防渗墙具有孔隙率低和防渗性能好的效果，并且可以显著地降低工程造价。

Description

一种土-膨润土垂直防渗墙及其构建方法

技术领域

本发明涉及一种防渗墙，具体涉及一种土-膨润土垂直防渗墙及其构建方法。

背景技术

我们国家早期的垃圾基本都是简单的处理，直接在低洼的地方倾倒垃圾，随着时间的推移，垃圾体内的有机污染物逐渐降解，同时雨水淋滤到垃圾体内，增加了渗沥液的产量，渗沥液渗透到地下水和土壤中，加剧周围环境的污染。

相比于其它类型的防渗墙，土-膨润土垂直防渗墙渗透系数低，能较好地防止污染物的迁移扩散，隔离效果好，且与污染物的长期化学相容性好（能与多种污染物有较好的化学相容性而不会引起抗渗性能和防污性能的降低）。而土-膨润土垂直防渗墙一般由膨润土和原地层土回填而成。当前，建设部等虽然有颁布新建垃圾卫生填埋场的方法，然而对于在早期传统简易垃圾填埋场中构建土-膨润土防渗墙还缺少可以参考的设计和施工配合比方法，因此，需要一种能够获得低孔隙率的土-膨润土垂直防渗墙的构建方法。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种低孔隙率的土-膨润土垂直防渗墙的构建方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种土-膨润土垂直防渗墙，它通过向开挖沟槽产生的原地层土中掺入膨润土粉末，然后与护壁沟槽的膨润土泥浆混合形成类似于混凝土砂浆一样的均质材料，经自重固结而成，所述膨润土粉末和所述原地层土的干重百分比为3%~5%；所述膨润土的蒙脱石含量≥50%、膨胀指数为25ml/2g~40ml/2g、阳离子交换量＞120mmol/100g。

根据本发明，膨润土中蒙脱石的含量越高越好。一般地，所述膨润土的蒙脱石含量为约50~70%，具体例如约60%。

根据一个具体且优选方面，所膨润土为安吉绿盛膨润土。

优化地，所述膨润土粉末与所述原地层土的干重百分比为3.5%~4.5%。

进一步地，所述膨润土粉末与所述原地层土的干重百分比为4%。

优化地，所述均质材料的密度＞1240kg/m³，含水率为25%~35%，坍落度为112.5~137.5mm，且能够稳定在斜率为10：1的坡度上。

优化地，所述固结应力为0~400kPa。

本发明的又一目的在于提供一种上述土-膨润土垂直防渗墙的构建方法，它包括以下步骤：

（a）对垃圾填埋场进行地质勘察，测得地下水水位、不透水层深度和渗沥液污染区域，确定垂直防渗墙的开挖深度和厚度；

（b）在垃圾填埋场外围未被渗沥液污染的区域开挖沟槽至嵌入不透水层；

（c）向所述原地层土中掺入膨润土粉末，然后与护壁沟槽的膨润土泥浆搅拌形成类似于混凝土砂浆一样的均质材料，随后自重固结形成垂直防渗墙。

优化地，步骤（c）中，在向所述原地层土中掺入膨润土之前，测定所述原地层土的含水率和粒径分布，当所述原地层土的细粒含量（土中粒径小于75μm的颗粒所占的质量百分比）为20%~30%时，所述膨润土粉末与所述原地层土的干重百分比应选用5%；当所述原地层土的细粒含量为30%~40%时，所述膨润土粉末与所述原地层土的干重百分比应选用4%；当所述原地层土的细粒含量大于40%时，所述膨润土粉末与所述原地层土的干重百分比应选用3%。

优化地，所述垂直防渗墙嵌入不透水层60~90cm，其墙体厚度宜为60~90cm。

优化地，所述垂直防渗墙外部的地下水水位比其内部的水位高至少30cm。

进一步地，所述垂直防渗墙的渗透系数小于1×10^-7cm/s。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明土-膨润土垂直防渗墙，通过向开挖沟槽产生的原地层土中掺入膨润土粉末，然后与护壁沟槽的膨润土泥浆混合形成类似于混凝土砂浆一样的均质材料，并精确地控制墙体材料的物理性质、膨润土粉末与原地层土的干重比例以及膨润土的理化性质，实现了垂直防渗墙具有孔隙率低和防渗性能好的效果，并且可以显著地降低工程造价。

附图说明

附图1为本发明土-膨润土垂直防渗墙的剖面图；

附图2是本发明中在不同固结应力作用下，固结稳定后土-膨润土垂直防渗墙的孔隙率随着膨润土添加量的关系曲线图；

附图3是本发明中在100kPa周围压力作用下，固结稳定后土-膨润土垂直防渗墙的渗透系数随着膨润土添加量的变化关系图；

其中，1、地下水水位；2、防渗墙；3、不透水层，4、渗沥液污染区域。

具体实施方式

本发明土-膨润土垂直防渗墙，它通过向开挖沟槽产生的原地层土中掺入膨润土粉末，然后与护壁沟槽的膨润土泥浆混合形成类似于混凝土砂浆一样的均质材料，经自重固结而成，所述膨润土粉末与所述原地层土的干重百分比为3%~5%，所述膨润土的蒙脱石含量≥50%、膨胀指数为25ml/2g~40ml/2g、阳离子交换量＞120mmol/100g。通过精确地控制墙体材料的物理性质、膨润土粉末与原地层土的干重比例以及膨润土的理化性质，实现了垂直防渗墙孔隙率低和防渗性能好，并且可以显著地降低工程造价。膨润土粉末与原地层土的干重百分比优选为3.5%~4.5%，进一步地优选为4%，在此添加量时，土-膨润土垂直防渗墙能够达到孔隙率最小以及防渗性能接近最好的效果。形成的均质材料密度优选为＞1240kg/m³，含水率优选为25%~35%，坍落度优选为112.5~137.5mm，且能够稳定在斜率为10：1的坡度上，固结应力优选为0~400kPa，这样形成的垂直防渗墙具有最优的性能。当然，常规膨润土的蒙脱石含量≤70%，阳离子交换量≤200mmol/100g。

上述土-膨润土垂直防渗墙的构建方法，它包括以下步骤：（a）对垃圾填埋场进行地质勘察，测得地下水水位、不透水层深度和渗沥液污染区域，确定垂直防渗墙的开挖深度和厚度；（b）在垃圾填埋场外围未被渗沥液污染的区域开挖沟槽至嵌入不透水层；（c）向所述原地层土中掺入膨润土粉末，然后与护壁沟槽的膨润土泥浆搅拌形成类似于混凝土砂浆一样的均质材料，随后自重固结形成垂直防渗墙。

优化地，步骤（c）中，在向所述原地层土中掺入膨润土之前，测定所述原地层土的含水率和粒径分布，当所述原地层土的细粒含量（土中粒径小于75μm的颗粒所占的质量百分比）为20%~30%时，所述膨润土粉末与所述原地层土的干重百分比应选用5%；当所述原地层土的细粒含量为30%~40%时，所述膨润土粉末与所述原地层土的干重百分比应选用4%；当所述原地层土的细粒含量大于40%时，所述膨润土粉末与所述原地层土的干重百分比应选用3%。防渗墙2的高度和厚度根据需要进行设置，优选其底部嵌入不透水层60~90cm，其墙体厚度宜为60~90cm。防渗墙2构建好后，优选其外部的地下水水位比其内部的水位高至少30cm，这样其防污性能好。防渗墙渗透系数需满足小于1×10^-7cm/s。

下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明：

实施例1

本实施例提供一种土-膨润土垂直防渗墙，它的构建方法包括以下步骤：

（a）对垃圾填埋场进行地质勘察，测得地下水水位1、不透水层3深度和渗沥液污染区域4，确定垂直防渗墙挖至嵌入不透水层70cm，墙体厚度宜为70cm（如图1所示）；

（b）根据上述尺寸要求，在垃圾填埋场外围未被渗沥液污染的区域开挖沟槽至嵌入不透水层；

（c）测定原地层土含水率和土粒径分布，此时原地层土的细粒含量为45%，向开挖沟槽产生的原地层土中掺入占原地层土干重为3%的膨润土（安吉绿盛膨润土，安吉绿盛建材厂，蒙脱石含量为60%、膨胀指数为30.5ml/2g，阳离子交换量为123.1mmol/100g），随后加入护壁用的膨润土泥浆搅拌形成坍落度为112.5mm、含水率为30%且密度为1250kg/m³的均质材料（可稳定在斜率为10：1的坡度上），随后在沟槽内自重固结形成防渗墙2即可，400kPa固结应力处的孔隙率为35%，100kPa周围压力作用下的渗透系数为5.4×10^-8cm/s，同时保持防渗墙2外部的地下水水位1比其内部的水位高40cm。

实施例2

（a）对垃圾填埋场进行地质勘察，测得地下水水位1、不透水层3深度和渗沥液污染区域4，确定垂直防渗墙挖至嵌入不透水层80cm，墙体厚度宜为80cm；

（c）测定原地层土含水率和粒径分布，此时原地层土的细粒含量为35%，向开挖沟槽产生的原地层土中掺入占原地层土干重为4%的膨润土（安吉绿盛膨润土，蒙脱石含量为70%、膨胀指数为25ml/2g，阳离子交换量为200mmol/100g），随后加入护壁用的膨润土泥浆搅拌形成坍落度为137.5mm、含水率为25%且密度为1450kg/m³的均质材料（可稳定在斜率为10：1的坡度上），随后在沟槽内自重固结形成防渗墙2即可，400kPa固结应力处的孔隙率为30%，100kPa周围压力作用下的渗透系数为1.0×10^-8cm/s，同时保持防渗墙2外部的地下水水位1比其内部的水位高35cm。

实施例3

（a）对垃圾填埋场进行地质勘察，测得地下水水位1、不透水层3深度和渗沥液污染域4，确定垂直防渗墙挖至嵌入不透水层90cm，墙体厚度为90cm；

（c）测定原地层土含水率和粒径分布，此时原地层土的细粒含量为25%，向开挖沟槽产生的原地层土中掺入占原地层土干重为5%的膨润土（安吉绿盛膨润土，蒙脱石含量为65%、膨胀指数为40ml/2g，阳离子交换量为125mmol/100g），随后加入护壁用的膨润土泥浆搅拌形成坍落度为125mm、含水率为35%且密度为1400kg/m³的均质材料（可稳定在斜率为10：1的坡度上），随后在沟槽内自重固结形成防渗墙2即可，400kPa固结应力处的孔隙率为33%，100kPa周围压力作用下的渗透系数为5.0×10^-9cm/s，同时保持防渗墙2外部的地下水水位1比其内部的水位高30cm。

实验例1

本实验例的操作步骤与实施例1中的基本相同，不同的是某些参数条件不一致，其中原地层土中掺入的膨润土量不一致，膨润土占原地层土干重百分比分别为0%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、8%、10%。在固结应力分别为0kPa、12.5kPa、25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa作用下，对上述构建的防渗墙进行了一维压缩试验，最终结果如图2所示。可以发现土-膨润土垂直防渗墙在不同的固结应力作用下始终都存在最小的孔隙率，在最小孔隙率时的膨润土添加量为膨润土的最优添加量即4%，当膨润土添加量＜最优添加量时，土-膨润土垂直防渗墙固结稳定后的渗透系数（柔性壁渗透试验测得）随着膨润土添加量快速地发生降低；而当膨润土添加量＞最优添加量时，土-膨润土垂直防渗墙固结完成后的渗透系数随着膨润土添加量开始趋于缓慢地下降（图3）；此外，在最优添加量处，土-膨润土垂直防渗墙的渗透系数k能够达到1×10^-8cm/s，也可以满足垃圾填埋场规范中对渗透系数的控制要求，在这种情况下膨润土的添加量得到了优化，既保证了土-膨润土垂直防渗墙整体的工程性能，又做到了节约成本的目的。

对比例1

本对比例基本同实施例1，不同的是，所用的膨润土为南京汤山膨润土（南京汤山膨润土有限公司；蒙脱石含量为56%，膨胀指数为31.5ml/2g，阳离子交换量为107.7mmol/100g），400kPa固结应力处的孔隙率为38%，100kPa周围压力作用下的渗透系数为1.8×10^-7cm/s。

对比例2

本例基本同实施例1，不同的是，所用的膨润土为典凯科技膨润土（滁州市典凯科技有限公司；蒙脱石含量为43%，膨胀指数为21.0ml/2g，阳离子交换量为97.8mmol/100g），400kPa固结应力处的孔隙率为39%，100kPa周围压力作用下的渗透系数为5.0×10^-7cm/s。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种土-膨润土垂直防渗墙，它通过向开挖沟槽产生的原地层土中掺入膨润土粉末，然后与护壁沟槽的膨润土泥浆混合形成类似于混凝土砂浆一样的均质材料，经自重固结而成，其特征在于：所述膨润土粉末和所述原地层土的干重百分比为3%~5%；所述膨润土的蒙脱石含量≥50%、膨胀指数为25ml/2g~40ml/2g、阳离子交换量＞120mmol/100g。

2.根据权利要求1所述土-膨润土垂直防渗墙，其特征在于：所述膨润土粉末与所述原地层土的干重百分比为3.5%~4.5%。

3.根据权利要求2所述土-膨润土垂直防渗墙，其特征在于：所述膨润土粉末与所述原地层土的干重百分比为4%。

4.根据权利要求1所述土-膨润土垂直防渗墙，其特征在于：所述均质材料的密度＞1240kg/m³，含水率为25%~35%，坍落度为112.5~137.5mm，且能够稳定在斜率为10：1的坡度上。

5.根据权利要求1所述土-膨润土垂直防渗墙，其特征在于：所述固结应力为0~400kPa。

6.权利要求1至5中任一所述土-膨润土垂直防渗墙的构建方法，其特征在于，它包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述土-膨润土垂直防渗墙的构建方法，其特征在于：步骤（c）中，在向所述原地层土中掺入膨润土粉末之前，测定所述原地层土的含水率和粒径分布，当所述原地层土的细粒含量（土中粒径小于75μm的颗粒所占的质量百分比）为20%~30%时，所述膨润土粉末与所述原地层土的干重百分比应采用5%；当所述原地层土的细粒含量为30%~40%时，所述膨润土粉末与所述原地层土的干重百分比应采用4%；当所述原地层土的细粒含量大于40%时，所述膨润土粉末与所述原地层土的干重百分比应采用3%。

8.根据权利要求6所述土-膨润土垂直防渗墙的构建方法，其特征在于：所述垂直防渗墙嵌入不透水层60~90cm，其墙体厚度宜为60~90cm。

9.根据权利要求6所述土-膨润土垂直防渗墙的构建方法，其特征在于：所述垂直防渗墙外部的地下水水位应比其内部的水位高至少30cm。

10.根据权利要求6所述土-膨润土垂直防渗墙的构建方法，其特征在于：所述垂直防渗墙的渗透系数小于1×10^-7cm/s。