CN106734126A - 一种用于浅层地下水氮污染处理的渗透式反应墙及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于浅层地下水氮污染处理的渗透式反应墙及其施工方法，属于地下水污染修复领域。本发明包括以下施工步骤：(1)场地平整及测量放样；(2)上部基坑开挖；(3)单幅渗透式反应墙体的垂直开挖1；(4)墙体降水；(5)单幅渗透式反应墙体的垂直开挖2；(6)填料回填与搅拌；(7)上部土体回填。本发明提供的施工方法能够快速保质量的完成浅层地下水氮污染处理的渗透式反应墙的施工，能够保证在开挖过程中不采用支护，确保开挖的稳定性，确保筑建的墙体不会塌方，也不会存在涌水的现象。
Description
技术领域
本发明属于地下水污染修复领域，更具体地说，涉及一种用于浅层地下水氮污染处理的渗透式反应墙及其施工方法。
背景技术
可渗透式反应墙(PRB)技术是二十世纪九十年代新兴的一种污染地下水原位修复技术。世界各国尤其是欧美国家对地下水污染的修复进行了大量的研究，抽出处理是应用最普遍的技术，该方法能有效地将污染区限制在抽出井上游，但是其作为一种长期的地下水处理方法则存在许多缺陷，如只能限制污染的进一步扩散，不能够现场就地修复，且处理费用昂贵，同时也可能造成地下水资源的浪费，破坏当地原有的生态环境，不能从根本上解决地下水的污染修复问题。因此衍生出现了现在的可渗透式反应墙(PRB)技术。PRB技术可有效去除地下水中重金属、无极阴离子、有机物等污染物质。该技术与抽出处理方式相比，具有成本低、效率高等优势。例如，中国专利申请号为201410441671.1，申请公开日为2014年11月19日的专利申请文件公开了一种用于地下水硝酸盐生物脱除的可渗透反应墙填充材料、系统及其填充方法，该可渗透反应墙系统填充材料由生物缓释碳源材料、pH缓冲营养元素材料和菌群富集水处理填料混合组成，可渗透反应墙系统的工艺进、出区填充水处理滤料，工艺反应区中填充石英砂或玄武岩与填充材料的混合物，菌群富集水处理填料上接种了经过驯化的土著反硝化菌。又如，中国专利申请号为201520907343.6，申请公开日为2016年3月23日的专利申请文件公开了一种弧形排列的桩式可渗透反应墙修复体系，包括渗透反应桩和挡水板，所述渗透反应桩包括有一个筒状桩体以及填充于所述筒状桩体内的渗透填料，所述筒状桩体的两侧沿轴线方向对称设置有内凹嵌槽，所述挡水板与渗透反应桩间隔设置连接整体呈弧形状且挡水板卡嵌固定于内凹嵌槽内，当地下水流经体系时，在水力动力的驱动下，水相主体进入渗透系数高的渗透填料进行修复。上述专利中均公开了关于可渗透式反应墙技术的填料和修复体系，但是关于PRB的现场实际应用研究很少，目前可渗透式反应墙在施工过程中存在塌方、地下水涌水、填料回填不均匀以及无法大面积使用等问题。
在我国，对于PRB技术的研究整体上处于实验室研究阶段，PRB的现场实际应用研究很少，对于渗透式反应墙的施工方面国内研究更是处于空白阶段。基于此，需要一种可渗透式反应墙的施工方法，能够实现保质保量完成浅层地下水氮污染处理的可渗透式反应墙快速施工。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有的可渗透式反应墙在施工过程中存在塌方、地下水涌水、填料回填不均匀以及无法大面积使用等问题，本发明提供一种用于浅层地下水氮污染处理的渗透式反应墙及其施工方法，该施工工艺方法能够有效的施工过程中塌方、填料回填不均匀问题，而且能够保证墙体的连续性，节约施工成本。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种用于浅层地下水氮污染处理的渗透式反应墙的施工方法，其步骤为：
(1)场地平整及测量放样：进行场地平整，测量基点、导线点及水准点，在施工场地内布设施工测量控制点和水准点，对渗透式反应墙中心线进行定位放样；
(2)上部基坑开挖：根据渗透式反应墙的设计深度和土质类型，采用放坡开挖的方式进行上部土体的开挖；
(3)单幅渗透式反应墙体的垂直开挖1：根据地质勘探所确定浅层地下水含水层的厚度、所填填料量以及填料与沙土混合的比例，开挖至隔水层的顶板以上一定位置；
(4)墙体降水：用潜水泵将地下水位降低至开挖墙体底面；
(5)单幅渗透式反应墙体的垂直开挖2：根据地质勘探所确定浅层地下水含水层的厚度，继续开挖含水层砂土至隔水层，此时开挖砂土留基坑内，确保含水层稳定性；
(6)填料回填与搅拌：降水完成后，迅速将预先准备好的填料，与原位沙土按照一定的体积比填至墙体内部，并利用挖土机进行原位搅拌均匀；
(7)上部土体回填：采用回填土体回填至设计标高，确保渗透式反应墙体的稳定性。
(8)重复(3)-(7)将剩余的单幅渗透式反应墙体施工完毕。
更进一步地，所述步骤(2)测量放样完成后，采用机械挖土的方式完成上部基坑的开挖，为保证挖土机能够施工，上部基坑的开挖宽度保证在8m以上，同时考虑基坑的稳定性，进行适当的放坡处理。
更进一步地，步骤(3)中填料与沙土的体积混合比例为(1～0.5)：1。
更进一步地，步骤(3)和步骤(6)中的填料均为复合功能材料，由凹凸棒粉、硅藻土、小麦秸秆以及铁粉组成。
更进一步地，所述步骤(3)中要根据设计的尺寸对墙体的开挖深度及宽度进行检测，墙体的开挖深度及开挖宽度采用标定好的测绳测量，每幅墙体根据其长度及宽度测2-3点，以保证设计深度及宽度；步骤(5)中采用相同的方法进行检测。
更进一步地，所述步骤(6)为了保证填料的强度，根据对污染物的处理效果要求，将原位土根据一定的体积比例，采用挖土机械进行搅拌混合，确保混合的均匀性，填料与原位沙土的体积混合比例为(1～0.5)：1。
更进一步地，重复步骤(3)-(7)，在场地内筑建多个单幅渗透式反应墙体。
更进一步地，在进行下一单幅渗透式反应墙体施工时，为保证渗透式反应墙体的连续性，两幅反应墙并排排列，下一单幅渗透式反应墙体与上一单幅渗透式反应墙体的距离不宜太远，一般保证在0.5m以内。
一种用于浅层地下水氮污染处理的渗透式反应墙，按照上述的方法施工得到。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的施工方法能够快速保质量的完成浅层地下水氮污染处理的渗透式反应墙的施工；
(2)本发明渗透式反应墙的开挖采取分段开挖，能够保证在开挖过程中不采用支护，确保开挖的稳定性，节约开挖成本；
(3)本发明填料回填采用原位搅拌，一方面确保砂土层的稳定，减少涌水，另一方面与原位土的混合能够保证原位土著微生物的生长，加强氮污染的处理效果；
(4)本发明的渗透式反应墙采用天然有机碳源材料粉末、除氧剂、交联剂和微量元素组成的复合材料与原位土按比例混合后填充到墙体中，施工过程中未发生基坑塌方和涌水现象，对水体的修复能力强，对地下水中硝酸盐氮的去除效率能达到90％以上。
附图说明
图1为本发明的施工工艺流程图；
图2为本发明的PRB平面布置图；
图3为本发明的PRB平面布置图的AA剖视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
1、PRB设计方案
如图1和图2所示，选择所研发的5种材料进行对比研究和工程实施，分别为木核优化缓释碳源材料(复合材料1)、混和碳源优化缓释材料(复合材料2)、木核+Fe粉优化缓释碳源材料(复合材料3)、混和碳源+Fe粉优化缓释材料(复合材料4)、木屑天块材料(复合材料5)，回填部分填料与原位土的体积比为1:1。几种复合材料主要由以下材料组成：天然有机碳源材料粉末、除氧剂、交联剂、微量元素组成，每单幅渗透式反应墙体内的填料使用这5种复合材料中的一种进行施工。复合功能材料详细特征参数见表1，天然有机碳源材料粉末包括玉米芯和或小麦秸秆、木块，外壳由凹凸棒粉、硅藻土和硅酸盐水泥组成，质量百分比为(55～65％)：(5～15％)：(25～30％)，交联剂为海藻酸钠。
表1现场生产地下水硝酸盐原位修复化学生物复合功能缓释材料配比
其中，每段修复段长度均为30m，开挖深度为6m，开挖宽度为1.0m，回填材料厚度1.5m，回填部分填料与原位土的比例为1:1；PRB布置见图2所示，在每30米的修复段内，采用一种复合材料筑建渗透式反应墙体，墙体的走向与地下水的流向基本垂直。
2、施工流程(如图1所示)
(1)场地平整与放线：确定施工建设位置，平整施工场地，场地高程为26.7m(黄海高程)，进行示范工程平面放线，保证开挖位置的准确性；
(2)上部基坑开挖：为便于施工，对上部1m深的土体按照8m的宽度进行开挖；
(3)单幅渗透式反应墙体的无支护分段垂直开挖1：开挖宽度1.0m，开挖4.25m深后停止开挖，利用水准仪进行测量，确保PRB底部高程为21.45m，施工时采取分段施工法，确保开挖基坑的稳定性，每段开挖6m长度；
(4)墙体降水：为解决基坑内地下水影响施工，在开挖时采用潜水泵进行降水，以确保基坑边坡稳定，降低填料回填难度；
(5)单幅渗透式反应墙体的无支护分段垂直开挖2：将地下水降至高程21.45m后，继续开挖含水层砂土，开挖深度0.75m，PRB底部高程确保为20.70m，此时为确保基坑的稳定，保证混合土体积，部分开挖土体留在坑内，为确保砂土与填料按体积比1：1混合，留在坑内土体顶部高程为21.45m。
(6)复合材料回填与搅拌：迅速将4.5m3填料回填，利用水准仪测量，回填填料顶部高程约为22.20m，回填后利用挖土机在PRB坑内将填料以及坑内砂土混合。
(7)上部土体回填：填料混合完成后，回填上部土体，对场地按照26.70m高程进行恢复平整。
重复步骤(3)-(7)，在场地内至少筑建了5个单幅渗透式反应墙体，相邻两个单幅渗透式反应墙体之间的距离不超过0.5m。
本次施工过程中，由于采用分段分层开挖，未发生基坑塌方和涌水现象，填料混合较均匀，根据PRB工程进水、出水的硝酸盐浓度变化，委托具有资质的安徽省水环境监测中心蚌埠分中心进行示范工程建设效果分析分析数据如表2所示。由表2可知，根据2015年11月-2016年6月，复合功能材料2对地下水硝酸盐氮的去除效率在40％-60％之间，其它复合功能材料对地下水硝酸盐氮的去除效率均可以达到60％以上。
表2 PRB工程进水、出水的硝酸盐浓度变化及去除效率
Claims (9)
1.一种用于浅层地下水氮污染处理的渗透式反应墙的施工方法，其步骤为：
(1)场地平整及测量放样：进行场地平整，测量基点、导线点及水准点，在施工场地内布设施工测量控制点和水准点，对渗透式反应墙中心线进行定位放样；
(2)上部基坑开挖：根据渗透式反应墙的设计深度和土质类型，采用放坡开挖的方式进行上部土体的开挖；
(3)单幅渗透式反应墙体的垂直开挖1：根据地质勘探所确定浅层地下水含水层的厚度、所填填料量以及填料与沙土混合的比例，开挖至隔水层的顶板以上一定位置；
(4)墙体降水：将地下水位降低至开挖墙体底面；
(5)单幅渗透式反应墙体的垂直开挖2：根据地质勘探所确定浅层地下水含水层的厚度，继续开挖含水层砂土至隔水层，此时开挖砂土留基坑内，确保含水层稳定性；
(6)填料回填与搅拌：降水完成后，迅速将预先准备好的填料，与原位沙土按比例混合后填至墙体内部，并利用挖土机进行原位搅拌均匀；
(7)上部土体回填：采用回填土体回填至设计标高，确保渗透式反应墙体的稳定性。
2.根据权利要求1所述的一种用于浅层地下水氮污染处理的渗透式反应墙的施工方法，其特征在于：步骤(2)中上部基坑的开挖宽度保证在8m以上。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于浅层地下水氮污染处理的渗透式反应墙的施工方法，其特征在于：步骤(3)中填料与沙土的体积混合比例为(1～0.5)：1。
4.根据权利要求3所述的一种用于浅层地下水氮污染处理的渗透式反应墙的施工方法，其特征在于：步骤(3)和步骤(6)中的填料均为复合功能材料，由凹凸棒粉、硅藻土、小麦秸秆以及铁粉组成。
5.根据权利要求1所述的一种用于浅层地下水氮污染处理的渗透式反应墙的施工方法，其特征在于：步骤(3)和步骤(5)的开挖过程中采用标定好的测绳监测开挖深度及宽度。
6.根据权利要求1或4所述的一种用于浅层地下水氮污染处理的渗透式反应墙的施工方法，其特征在于：步骤(6)中填料与原位沙土的体积混合比例为(1～0.5)：1。
7.根据权利要求1所述的一种用于浅层地下水氮污染处理的渗透式反应墙的施工方法，其特征在于：重复步骤(3)-(7)，在场地内筑建多个单幅渗透式反应墙体。
8.根据权利要求7所述的一种用于浅层地下水氮污染处理的渗透式反应墙的施工方法，其特征在于：相邻两个单幅渗透式反应墙体之间的距离不超过0.5m。
9.一种用于浅层地下水氮污染处理的渗透式反应墙，其特征在于：按照权利要求1中所述的方法施工得到。
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