CN113737863B - 基于水平阻隔技术的混合固废堆点土壤污染风险管控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于水平阻隔技术的混合固废堆点土壤污染风险管控方法，包括以下步骤：S1选址平整场地；S2固废堆点开挖：在预设固废堆点的下游方向均匀布设一排水泥土搅拌桩，水泥土搅拌桩下方延伸至地表下方3‑8米的天然连续防渗黏土层中，随后沿半坡垂直方向开挖出指定大小的固废堆点，并在固废堆点的底部铺设高密度聚乙烯膜HDPE；S3固废倾倒压实；S4设立水平阻隔；S5设立地下水监测井。本发明的风险管控方法阻断污染物的暴露途径，减少雨水渗入、地表径流、地下径流引起的下游地下水和地表水污染等风险，顶部覆盖HDPE、复合土工膜及绿化恢复，阻隔完成后进行长期监测与维护，以确定阻隔技术风险管控措施的有效性。

Description

基于水平阻隔技术的混合固废堆点土壤污染风险管控方法
技术领域
本发明涉及混合固废污染风险管控技术领域，具体是涉及一种基于水平阻隔技术的混合固废堆点土壤污染风险管控方法。
背景技术
近些年，随着城市工业化发展的越来越迅速，一些冶金、化工、制造行业所产生的混合金属固体废物也越来越多，这些具有一定危害性的混合固废如果不能被妥善安置，将会对环境造成很大的影响，危害人们的健康。因此，对于危险混合固废的处理必须要慎重妥善，积极响应国家政府的政策号召，实施防止污染扩散为目的的风险管控。
目前，对于混合固废的风险管控方法常用的有覆盖阻隔技术、垂直阻隔技术以及水平阻隔技术，每一种管控方法所针对的污染物成分不同，所选取的堆点位置也有所不同，所使用的阻隔材料也就不同。有时，单一的阻隔技术方法不足以对污染物起到完全阻隔的作用时就需要将两种租个方法进行结合使用，以达到风险管控的目的。
专利CN110820457A公开一种适用于污染场地水平阻隔系统的复合保温层，包括由废气网球与填充材料组成的保温层，所述保温层下部设置有压实黏土层，上部设置有保护层，所述填充材料采用导热系数＜0.1的黏土材料与固化剂按照重量比为1:20混合而成，所述固化剂采用质量比为0.8:1:2:1.5的硅酸钠、电石渣粉、粉煤灰和贝壳粉的干法混合制备得到。解决了部分保温材料的保温效果不足以及废弃网球的污染问题。在水平方向上能够取得较好的效果，但是在垂直方向上存在一定的污染物扩散隐患。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供了一种基于水平阻隔技术的混合固废堆点土壤污染风险管控方法。
本发明的技术方案是：
基于水平阻隔技术的混合固废堆点土壤污染风险管控方法，包括以下步骤：
S1选址平整场地：选取坡度为7°-20°且近期没有开发规划的半坡坡体，对半坡坡体进行平整清除植物；
S2固废堆点开挖：在预设固废堆点的下游方向5-8m处均匀布设一排水泥土搅拌桩，所述水泥土搅拌桩下方延伸至地表下方3-8米的天然连续防渗黏土层中，随后沿半坡垂直方向开挖出指定大小的固废堆点，并在固废堆点的底部铺设高密度聚乙烯膜HDPE；
S3固废倾倒压实：将混合固废倾倒至固废堆点内，堆体周边散落的混合固废转运至堆点内并进行堆存压实，在压实混合固废的固废堆点上方铺设高密度聚乙烯膜HDPE，再铺设天然土层后压实平整；
S4设立水平阻隔：在固废堆点周围的坡体上修建截水沟，在固废堆点下方的地表上修建截水沟，在固废堆点上方铺设复合土工膜，在复合土工膜上方铺设天然土层进行阻隔覆盖后对坡体进行平整、修坡，随后在坡体上种植绿植，形成阻隔区；
S5设立地下水监测井：在阻隔区外周和内部各设立若干地下水监测井。
进一步地，所述固废堆点底部呈弧形设置，位于固废堆点上游方向的截水沟向两侧倾斜设置，有利于雨水的排放，所述水泥土搅拌桩两端向上游方向倾斜设置，能够有效阻隔污染物的扩散。
进一步地，步骤S5中地下水监测井共有8组，其中4组分布于所述阻隔区的4个角，另外4组分布于阻隔区外周并与位于阻隔区内部的4组交错设置，以确定水平阻隔技术风险管控措施的有效性。
进一步地，所述步骤S4中截水沟为内铺设有浆砌石，所述浆砌石表面铺设有膨润土垫，使用年限较长，不容易损坏。
进一步地，所述步骤S4中铺设复合土工膜时自下而上铺设，膜与膜之间、膜与天然土层之间压实不能留有气泡，因为复合土工膜比较薄且质量较轻，容易被风吹动，因此需要压平贴紧。
进一步地，所述截水沟下游方向的地表下方挖设有蓄水池，所述蓄水池上方设有盖板，蓄水池与截水沟通过埋设在地表下方的管道连通，所述管道靠近截水沟一端设有阀门，用于当降雨量过大或者检测到地下水受到污染时需要进行检查时，可以将多余的水引入蓄水池中，防止下游水受到进一步的污染。
进一步地，所述水泥土搅拌桩为三轴搅拌桩，其包括中轴和侧轴，水泥土搅拌桩的安装方法为浇筑，浇筑时下沉速度控制在0.8m/min，提升速度控制在0.5m/min，所述中轴上端高出所述侧轴30-50cm，在中轴浇注完成等候其凝固时在其上端插设钢筋组，在侧轴浇筑完成等候其凝固时在相邻两组侧轴之间插入工型钢，并在相邻两组侧轴上方放置导水槽，在导水槽和中轴上方加盖桩帽，在所述桩帽顶部设有的注浆管内注入水泥砂浆完成桩帽与导水槽和中轴的固定，桩帽的使用是为了避免碎石等落入水泥土搅拌桩内部，同时还能够防止水泥土搅拌桩变形，此外还方便工作人员行走维修，还能起到美观的作用。
更进一步地，所述钢筋组包括位于中间的主钢筋和位于主钢筋周围的4组副钢筋，所述导水槽中空设置，导水槽位于上游方向的一端向上倾斜，导水槽上表面两侧设有固定钢筋，导水槽两端开口处均设有过滤网，所述桩帽为预制好的纤维混凝土桩帽，桩帽底部设有用于容纳钢筋组和固定钢筋的注浆槽，每组所述注浆槽相连通，主钢筋位于所述注浆管内，钢筋组的设置能够更好地使桩帽与中轴和导水槽固定连接。
优选地，所述纤维混凝土桩帽的组成成分按重量份计为：水泥80-85份，竹纤维6-8份，碳纤维3-6份，河砂3-4份，玄武岩颗粒1-2份，钢纤维0.5-0.8份，抗裂抗震性能良好，强度高，吸水率低，能够起到良好的支撑作用。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的风险管控方法基于水平阻隔的方式，阻断污染物对受体的暴露途径，减少雨水渗入、地表径流、地下径流引起的下游地下水和地表水污染等风险，对固废堆场污染地块四周进行阻隔，周边建设地表水导排系统，顶部覆盖HDPE、复合土工膜及绿化恢复，阻隔完成后进行长期监测与维护，以确定阻隔技术风险管控措施的有效性。
(2)本发明的风险管控方法采用特制的水泥土搅拌桩，对于污染物容易扩散的方向采用硬化的水泥土加固桩墙进行阻隔，并在水泥土搅拌桩上方加盖桩帽，避免碎石或黏土等侵入水泥土搅拌桩内部，防止水泥土搅拌桩变形，增加水泥土搅拌桩的支撑和承载面积，同时还方便工作人员行走维修，此外还能起到美观的作用。
(3)本发明的风险管控方法采用特制的纤维混凝土桩帽，抗裂抗震性能良好，强度高，吸水率低，能够起到良好的支撑作用。
附图说明
图1是本发明的风险管控方法中阻隔区平面图；
图2是本发明的风险管控方法中阻隔区结构示意图；
图3是本发明的风险管控方法中阻隔区侧视图及污染扩散方向示意图；
图4是本发明的风险管控方法中截水沟结构示意图；
图5是本发明的风险管控方法中水泥土搅拌桩及导水槽结构示意图；
图6是本发明的风险管控方法中桩帽俯视图；
图7是本发明的风险管控方法中水泥土搅拌桩内部结构示意图；
图8是本发明的风险管控方法中侧轴内部工型钢结构示意图。
其中，1-坡体，2-固废堆点，3-水泥土搅拌桩，31-中轴，32-侧轴，33-工型钢，34-桩帽，341-注浆管，342-注浆槽，4-截水沟，41-浆砌石，42-膨润土垫，5-地下水监测井，6-蓄水池，61-盖板，62-管道，63-阀门，7-钢筋组，71-主钢筋，72-副钢筋，8-导水槽，81-固定钢筋，82-过滤网。
具体实施方式
实施例1
基于水平阻隔技术的混合固废堆点土壤污染风险管控方法，包括以下步骤：
S1选址平整场地：选取坡度为7°且近期没有开发规划的半坡坡体1，对半坡坡体1进行平整清除植物；
S2固废堆点开挖：在预设固废堆点2的下游方向5m处均匀布设一排水泥土搅拌桩3，水泥土搅拌桩3两端向上游方向倾斜设置，水泥土搅拌桩3下方延伸至地表下方3米的天然连续防渗黏土层中，该地区天然连续防渗黏土层的渗透系数较低，为10-7cm/s，随后沿半坡垂直方向开挖出体积为3000m3的固废堆点2，固废堆点2底部呈弧形设置，并在固废堆点2的底部铺设高密度聚乙烯膜HDPE，高密度聚乙烯膜HDPE为市售1.5mmHDPE土工膜；
S3固废倾倒压实：将混合固废倾倒至固废堆点2内，堆体周边散落的混合固废转运至堆点内并进行堆存压实，在压实混合固废的固废堆点2上方铺设高密度聚乙烯膜HDPE，再铺设天然土层后压实平整；
S4设立水平阻隔：在固废堆点2周围的坡体1上修建截水沟4，在固废堆点2下方的地表上修建截水沟4，位于固废堆点2上游方向的截水沟4向两侧倾斜设置，截水沟4为内铺设有浆砌石41，浆砌石41表面铺设有膨润土垫42，在固废堆点2上方铺设复合土工膜，铺设复合土工膜时自下而上铺设，膜与膜之间、膜与天然土层之间压实不能留有气泡，复合土工膜为市售复合土工膜，满足《垃圾填埋场用高密度聚乙烯土工膜》(CJ/T 234)相关要求，在复合土工膜上方铺设天然土层进行阻隔覆盖后对坡体1进行平整、修坡，随后在坡体1上种植绿植，形成阻隔区；
S5设立地下水监测井5：在阻隔区外周和内部各设立若干地下水监测井5，地下水监测井5共有8组，其中4组分布于阻隔区的4个角，另外4组分布于阻隔区外周并与位于阻隔区内部的4组交错设置。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：所选取的半坡坡体的坡度大小不同。
S1选址平整场地：选取坡度为15°且近期没有开发规划的半坡坡体1，对半坡坡体1进行平整清除植物；
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：所选取的半坡坡体的坡度大小不同。
S1选址平整场地：选取坡度为20°且近期没有开发规划的半坡坡体1，对半坡坡体1进行平整清除植物；
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：步骤S2固废堆点开挖中设置参数不同。
S2固废堆点开挖：在预设固废堆点2的下游方向6m处均匀布设一排水泥土搅拌桩3，水泥土搅拌桩3两端向上游方向倾斜设置，水泥土搅拌桩3下方延伸至地表下方5米的天然连续防渗黏土层中，该地区天然连续防渗黏土层的渗透系数较低，为10-7cm/s，随后沿半坡垂直方向开挖出体积为3000m3的固废堆点2，固废堆点2底部呈弧形设置，并在固废堆点2的底部铺设高密度聚乙烯膜HDPE；
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：步骤S2固废堆点开挖中设置参数不同。
S2固废堆点开挖：在预设固废堆点2的下游方向8m处均匀布设一排水泥土搅拌桩3，水泥土搅拌桩3两端向上游方向倾斜设置，水泥土搅拌桩3下方延伸至地表下方8米的天然连续防渗黏土层中，该地区天然连续防渗黏土层的渗透系数较低，为10-8cm/s，随后沿半坡垂直方向开挖出体积为3000m3的固废堆点2，固废堆点2底部呈弧形设置，并在固废堆点2的底部铺设高密度聚乙烯膜HDPE；
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：
截水沟4下游方向的地表下方挖设有蓄水池6，蓄水池6上方设有盖板61，蓄水池6与截水沟4通过埋设在地表下方的管道62连通，管道靠近截水沟4一端设有阀门63。
实施例7
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：
水泥土搅拌桩3为三轴搅拌桩，其包括中轴31和侧轴32，水泥土搅拌桩3的安装方法为浇筑，浇筑时下沉速度控制在0.8m/min，提升速度控制在0.5m/min，中轴31上端高出侧轴32 30cm，在中轴31浇注完成等候其凝固时在其上端插设钢筋组7，在侧轴32浇筑完成等候其凝固时在相邻两组侧轴32之间插入工型钢33，并在相邻两组侧轴32上方放置导水槽8，在导水槽8和中轴31上方加盖桩帽34，在桩帽34顶部设有的注浆管341内注入水泥砂浆完成桩帽34与导水槽8和中轴31的固定；
钢筋组7包括位于中间的主钢筋71和位于主钢筋71周围的4组副钢筋72，导水槽8中空设置，导水槽8位于上游方向的一端向上倾斜，导水槽8上表面两侧设有固定钢筋81，导水槽8两端开口处均设有过滤网82，桩帽34为预制好的纤维混凝土桩帽，桩帽34底部设有用于容纳钢筋组7和固定钢筋81的注浆槽342，固定钢筋81为两组，每组注浆槽342相连通，主钢筋71位于注浆管341内；
纤维混凝土桩帽的组成成分按重量份计为：水泥80份，竹纤维6份，碳纤维3份，河砂4份，玄武岩颗粒2份，钢纤维0.8份。
应用上述水泥土搅拌桩3进行安装导水槽8以及桩帽34的工作原理为：
将导水槽8放置在浇筑好的相邻两组侧轴32之间，再将桩帽34放置在中轴31上方，使注浆槽342与副钢筋72、加固钢筋81一一对应嵌入，主钢筋71嵌入至注浆管341内，随后向注浆管341内注入水泥砂浆，水泥砂浆由注浆管341进入到每一组注浆槽342内，使水泥砂浆凝固后将注浆槽342与副钢筋72、加固钢筋81固定连接，注浆管341与主钢筋71固定连接，即完成了桩帽34与中轴31以及导水槽8的连接，导水槽8被固定在相邻两组侧轴32上方。
实施例8
本实施例与实施例7基本相同，其不同之处在于：中轴31与侧轴32的高度差不同。
中轴31上端高出侧轴32 40cm。
实施例9
本实施例与实施例7基本相同，其不同之处在于：中轴31与侧轴32的高度差不同。
中轴31上端高出侧轴32 50cm。
实施例10
本实施例与实施例7基本相同，其不同之处在于：纤维混凝土桩帽的组成成分含量不同。
纤维混凝土桩帽的组成成分按重量份计为：水泥82份，竹纤维7份，碳纤维5份，河砂3.5份，玄武岩颗粒1.5份，钢纤维0.7份。
实施例11
本实施例与实施例7基本相同，其不同之处在于：纤维混凝土桩帽的组成成分含量不同。
纤维混凝土桩帽的组成成分按重量份计为：水泥85份，竹纤维8份，碳纤维6份，河砂3份，玄武岩颗粒1份，钢纤维0.5份。
实验例
对上述实施例中的风险管控方法进行试用，固废堆点2内的堆存固废为第Ⅱ类一般工业固体废物，固废体积为2770m3，主要为铜Cu、铅Pb、镍Ni等重金属污染，铜Cu的最高污染浓度为3540mg/kg，铅Pb的最高污染浓度为2850mg/kg，镍Ni的最高污染浓度为241mg/kg，该地块土地性质为林地，该项目包含建设施工投资、设备投资、运行管理费用等的处理成本约350元/m3，混合固废转运设备由进料设备、加药设备和搅拌出料设备构成，履带移动式，可方便到达任何修复现场，最大处理能力50-80立方米/小时，项目实施后满足修复要求并通过环保局的修复验收，保护了水源地水质安全。使用一段时间(三个月)后对实施例1-5中的地下水进行检测，并对实施例7-11中水泥土搅拌桩的强度进行检测，检测标准参照国家标准《08SG311-2混凝土结构加固构造(地基基础及结构整体加固改造)》和《DB41/T 1850-2019地下水监测站建设与验收技术规范》，结果如下所示：
Figure BDA0003259441420000091
可以看出，地下水中的污染金属元素的含量均处在较低的水平，符合国家规定的要求，本发明的水平阻隔技术的混合固废堆点土壤污染风险管控方法能够有效阻隔污染物的扩散。
Figure BDA0003259441420000092
可以看出，实施例8中的水泥土搅拌桩的强度略好于实施例7和9，因此选用实施例8中轴31上端高出侧轴32 40cm的水泥土搅拌桩；
实施例11中的水泥土搅拌桩的强度略好于实施例7和10，因此选用实施例11中的纤维混凝土桩帽的组成成分配比：水泥85份，竹纤维8份，碳纤维6份，河砂3份，玄武岩颗粒1份，钢纤维0.5份。

Claims (7)

1.基于水平阻隔技术的混合固废堆点土壤污染风险管控方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1选址平整场地：选取坡度为7°-20°且近期没有开发规划的半坡坡体(1)，对半坡坡体(1)进行平整清除植物；
S2固废堆点开挖：在预设固废堆点(2)的下游方向5-8m处均匀布设一排水泥土搅拌桩(3)，所述水泥土搅拌桩(3)下方延伸至地表下方3-8米的天然连续防渗黏土层中，随后沿半坡垂直方向开挖出指定大小的固废堆点(2)，并在固废堆点(2)的底部铺设高密度聚乙烯膜HDPE；
所述水泥土搅拌桩(3)为三轴搅拌桩，其包括中轴(31)和侧轴(32)，水泥土搅拌桩(3)的安装方法为浇筑，浇筑时下沉速度控制在0.8m/min，提升速度控制在0.5m/min，所述中轴(31)上端高出所述侧轴(32)30-50cm，在中轴(31)浇注完成等候其凝固时在其上端插设钢筋组(7)，在侧轴(32)浇筑完成等候其凝固时在相邻两组侧轴(32)之间插入工型钢(33)，并在相邻两组侧轴(32)上方放置导水槽(8)，在导水槽(8)和中轴(31)上方加盖桩帽(34)，在所述桩帽(34)顶部设有的注浆管(341)内注入水泥砂浆完成桩帽(34)与导水槽(8)和中轴(31)的固定；
所述钢筋组(7)包括位于中间的主钢筋(71)和位于主钢筋(71)周围的4组副钢筋(72)，所述导水槽(8)中空设置，导水槽(8)位于上游方向的一端向上倾斜，导水槽(8)上表面两侧设有固定钢筋(81)，导水槽(8)两端开口处均设有过滤网(82)，所述桩帽(34)为预制好的纤维混凝土桩帽，桩帽(34)底部设有用于容纳钢筋组(7)和固定钢筋(81)的注浆槽(342)，每组所述注浆槽(342)相连通，主钢筋(71)位于所述注浆管(341)内；
S3固废倾倒压实：将混合固废倾倒至固废堆点(2)内，堆体周边散落的混合固废转运至堆点内并进行堆存压实，在压实混合固废的固废堆点(2)上方铺设高密度聚乙烯膜HDPE，再铺设天然土层后压实平整；
S4设立水平阻隔：在固废堆点(2)周围的坡体(1)上修建截水沟(4)，在固废堆点(2)下方的地表上修建截水沟(4)，在固废堆点(2)上方铺设复合土工膜，在复合土工膜上方铺设天然土层进行阻隔覆盖后对坡体(1)进行平整、修坡，随后在坡体(1)上种植绿植，形成阻隔区；
S5设立地下水监测井(5)：在阻隔区外周和内部各设立若干地下水监测井(5)。
2.根据权利要求1所述的基于水平阻隔技术的混合固废堆点土壤污染风险管控方法，其特征在于，所述固废堆点(2)底部呈弧形设置，位于固废堆点(2)上游方向的截水沟(4)向两侧倾斜设置，所述水泥土搅拌桩(3)两端向上游方向倾斜设置。
3.根据权利要求1所述的基于水平阻隔技术的混合固废堆点土壤污染风险管控方法，其特征在于，步骤S5中地下水监测井(5)共有8组，其中4组分布于所述阻隔区的4个角，另外4组分布于阻隔区外周并与位于阻隔区内部的4组交错设置。
4.根据权利要求1所述的基于水平阻隔技术的混合固废堆点土壤污染风险管控方法，其特征在于，所述步骤S4中截水沟(4)为内铺设有浆砌石(41)，所述浆砌石(41)表面铺设有膨润土垫(42)。
5.根据权利要求1所述的基于水平阻隔技术的混合固废堆点土壤污染风险管控方法，其特征在于，所述步骤S4中铺设复合土工膜时自下而上铺设，膜与膜之间、膜与天然土层之间压实不能留有气泡。
6.根据权利要求1所述的基于水平阻隔技术的混合固废堆点土壤污染风险管控方法，其特征在于，所述截水沟(4)下游方向的地表下方挖设有蓄水池(6)，所述蓄水池(6)上方设有盖板(61)，蓄水池(6)与截水沟(4)通过埋设在地表下方的管道(62)连通，所述管道靠近截水沟(4)一端设有阀门(63)。
7.根据权利要求1所述的基于水平阻隔技术的混合固废堆点土壤污染风险管控方法，其特征在于，所述纤维混凝土桩帽的组成成分按重量份计为：水泥80-85份，竹纤维6-8份，碳纤维3-6份，河砂3-4份，玄武岩颗粒1-2份，钢纤维0.5-0.8份。
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