射水法塑性混凝土防渗墙在垃圾卫生填埋场中的应用

摘要

本发明公开了一种射水法塑性混凝土防渗墙在垃圾卫生填埋场中的应用，配方：水泥220～230kg/m3，水灰比为0.6～0.7；粉煤灰60～70kg/m3；砂1440～1450kg/m3；膨润土75～80kg/m3；外加剂0.15～0.3％；水327～330kg/m3，本发明造墙方法的步骤是：利用水泵送高压水到箱形成槽器中，利用卷扬机操作成槽器不断上下移动，导水管和成槽器本身重量产生的向下压力以及成槽器下移时其上刀片的切削作用，破坏土层结构，水土混合后，由反循环泵将水和砂土混合物带出地面，同时水和粘性土形成泥浆固壁防止孔壁坍塌，最终形成断面为矩形的槽孔，成孔后采用常规的水下直升导管法浇注上述的塑性混凝土，使一、二期混凝土形成地下连续防渗墙。通过一定的措施使用射水造墙工法及塑性混凝土防渗墙材料，达到满足垃圾卫生填埋场的防渗要求。

说明书

技术领域：本发明涉及一种射水法塑性混凝土防渗墙在垃圾卫生填埋场中的应用。

背景技术：塑性混凝土防渗墙是一种以膨润土、粘土等掺合材料取代普通混凝土中大部分水泥而形成的柔性防渗墙；它具有弹性模量低、极限变形大、弹强比小的特点，从而较大地提高了防渗墙结构的抗裂性和整体防渗效果。它克服了刚性混凝土防渗墙存在的主要问题，如水泥用量多而弹性模量过大，比周围土体的变形模量高出几百倍，易导致墙体裂缝而影响防渗效果，因此塑性混凝土作为一种新型的墙体材料受到世界各国的重视。

国外塑性混凝土防渗墙研究始于60年代，主要用于坝基和土石围堰及病险坝防渗加固处理。最先是1957年在意大利纳尔尼地区的阿亚河水电站前池工程围堰防渗墙中的应用。主要特点是：(1)多数塑性混凝土防渗墙是作为正式建筑物用于心墙土石坝坝基防渗；(2)墙深多数达40m或更深，最深者70m；(3)墙厚为0.4～1.2m，多数为0.6m和0.8m；(4)水力比降为16～92不等，范围很大；(5)水泥用量大多低于100KG/m³；(6)墙体变形模量均不大，仅300MPa左右；(7)防渗墙渗透系数设计值取为10^-6～10^-7cm/s，建成后均达设计要求。

国内从80年代中后期也开展了塑性混凝土防渗墙的试验研究和初步试用，已成功应用于江、河、湖堤以及各种建设工程中并有效防渗，取得了较好的效果。无论国内或国外，对塑性混凝土防渗墙的长期性能，亦即耐久性问题，仍处于探索阶段；对塑性混凝土防渗墙的适用范围问题也在研究中。

射水造墙法建造地下防渗墙则是近年来的现有技术，随着国家建设力度加大，国家和人民越来越认识到环保的重要性和紧迫性，提出了“保护水源，保护家园”等环保口号，如大、中城市集中处理生活、工业垃圾方向；另外如热电厂、印刷厂、尾矿坝、冶金、化工等行业产生的化学废品及工业垃圾、废浆的排放都有防渗处理问题，只要有些许外渗就会污染水源，这就相应地提出了新的、更高的要求(指标)。且垃圾渗沥液防渗与江、河堤坝防渗有两个最大的区别：(1)前者没有所谓的“汛期”，而是地下水位总那么高，防渗是经常的；(2)因它只要有些许外泄就会污染环境，而不是象江堤防渗，渗透系数K≤i*10^-7cm/s(1≤i＜10)就可以，是相对的。

根据查新的资料来看，截止今日，国内外还没有用射水造墙工法、塑性混凝土作为墙体材料在大型垃圾卫生填埋场作防渗墙的应用先列。

发明内容：

本发明的目的在于改进现有技术之缺点，提供一种射水法塑性混凝土防渗墙在垃圾卫生填埋场中的应用，为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

本发明塑性混凝土作为墙体材料由砂、水泥、膨润土、粉煤灰、水、外加剂组成，

配方

1  水泥：         220～230kg/m³；

2  粉煤灰         60～70kg/m³；

3  砂             1440～1450kg/m³

4  膨润土         75～80kg/m³；

5  外加剂         0.15～0.3％；

6  水             327～332kg/m³

外加剂用量为水泥量的百分比；

最佳配方：

1  水泥：           220kg/m³；

2  粉煤灰           70kg/m³；

3  砂               1450kg/m³

4  膨润土            80kg/m³

5  外加剂            0.15％；

6  水                331kg/m³  

本发明造墙方法的步骤是：利用水泵送高压水到箱形成槽器中，形成高速射流，利用卷扬机操作成槽器不断上下移动，导水管和成槽器本身重量产生的向下压力以及成槽器下移时其上刀片的切削作用，破坏土层结构，水土混合后，由反循环泵将水和砂土混合物带出地面，同时水和粘性土形成泥浆固壁防止孔壁坍塌，最终形成断面为矩形的槽孔，成孔后采用常规的水下直升导管法浇注上述的塑性混凝土，形成一段墙体建成单序槽孔；在造II序槽孔时利用成槽器侧向喷嘴(冲洗一期槽孔混凝土的侧面)和钢丝刷的作用将单序槽孔的砼连接成连续墙，使一、二期混凝土连接紧密，形成地下连续防渗墙。

本发明具有该工法的成墙速度快；水泥用量少、环境污染小的优点。

塑性混凝土防渗墙是一种以膨润土、粘土等掺合材料取代普通混凝土中大部分水泥而形成的柔性防渗墙；它具有弹性模量低、极限变形大、弹强比小的特点，从而极大地提高了防渗墙结构的抗裂性和整体防渗效果。

具体实施方式：

实施例1：本发明造墙方法应用于某垃圾卫生填埋场，场区内以东西向横贯的第四排水干渠而将其分为南、北两个填埋区。填埋南区底板4.80m以上原已进行开挖，并用土工膜及膨润土铺盖，然后填埋垃圾，并已经设置导管排放渗滤液，铺盖层底板为粉质粘土～粘土层，属透水微弱的防水层。

1.场区工程地质条件

第1层：素填土；杂色，主要由粉土及粘性土组成；局部地段缺失此层。层顶标高37.60～38.80m，层顶深度0.00～1.10m。层厚0.50～2.20m。

第1_-1层：杂填土；杂色，主要由粉土及粘性土组成，含碎砖、石块等A1～A10缺失此层。层顶标高38.66～39.05m，层顶深度0.00～0.00m。层厚0.50～1.80m。

第2层：粉质粘土、粘土；灰色，稍湿，可塑，局部软塑及硬塑。属中压缩性土。层顶标高36.60～38.83m，层顶深度0.80～2.20m。层厚0.20～2.00m。分布较稳定。

第3层：粘土；黄褐色，稍湿，可塑，属中压缩性土。层顶标高35.53～37.02m，层顶深度1.80～3.20m。层厚0.40～1.10m。只在部分孔揭露。

第4层：粉土；黄褐色，稍湿，中密，属中压缩性土。层顶标高34.53～37.04m，层顶深度2.00～4.50m。层厚0.70～3.50m。均有分布。在A32号孔揭露4_-1层粉质粘土，呈透镜体分布，层厚0.80m。

第5层：粉质粘土～粘土；灰色，稍湿，属中压缩性土，局部为高压缩性土。层顶标高30.68～34.70m，层顶深度4.10～8.00m。层厚1.00～6.10m。分布较稳定。在A12号孔中揭露5_-1层粉土，层厚1.60m。

第7层：细砂；灰黄色，稍湿，稍密～中密，标贯击数14～29击，平均21.9击属中压缩性土。层顶标高25.76～32.00m，层顶深度6.70～13.00m。层厚0.30～6.20m。此层在部分孔缺失。

第7_-1层：粉土；褐灰色，稍湿，中密，属中压缩性土。层顶标高27.30～31.50m，层顶深度7.20～11.40m。层厚0.50～5.00m。A1～A3号孔缺失此层。

第7_-2层：粉质粘土；黄褐色，稍湿，可塑，属中压缩性土。此层只在部分孔中揭露。层顶标高29.55～31.61m，层顶深度7.40～9.40m。层厚1.10～3.80m。

第8层：粉质粘土；灰色，稍湿，可塑，属中压缩性土。层顶标高24.54～28.45m，层顶深度10.60～14.50m。层厚0.60～4.00m。局部缺失。

第8_-1层：粉土；灰色，稍湿，中密，属中压缩性土。西部缺失此层。层顶标高25.04～29.05m，层顶深度14.00～14.00m。层厚0.50～3.20m。部分孔缺失此层。

第9层：粘土；棕红色，稍湿，可塑，属中压缩性土。层顶标高19.68～26.75m，层顶深度12.30～19.00m。层厚0.10～3.80m。含姜结石。

第9_-1层：粉土；黄褐色，稍湿，中密，属中压缩性土。层顶标高21.93～25.65m，层顶深度13.10～16.80m。层厚0.20～4.80m。部分孔揭露。只在A30号孔中揭露9_-5层粉土，最大厚度2.60m。

根据前期先导孔的资料分析，整个场区由上至下有两个稳定的相对隔水层，即上部第⑤层粉质粘土～粘土层、下部第⑧₂层灰绿色粘土(部分地段缺失)和⑨层棕红色粘土层，⑤层的粉质粘土层的渗透系数大于5.95×10^-7cm/s，⑧₂、⑨层的粘土层平均渗透系数为3.4×10^-8cm/s，

2水文地质条件

地下水位埋深2.25～5.80m，地下水属孔隙潜水类型，经对先导钻孔中地下水进行水质分析，地下水属HCO₃^--Cl^--Na⁺-Mg²⁺II(6)型水，PH值为6.98-7.61，呈弱碱性。主要由大气降水及区域迳流补给，地下水由西北向东南方向迳流。地下水对混凝土无腐蚀性。

第⑤层粉质粘土层对垃圾渗沥液有一定的隔渗作用，但从场区东南侧对地下水的分析结果来看，地下水已经受到了渗沥液的污染，

整个场区⑧₂和⑨作为隔水底板从渗透系数(平均为3.40×10^-8cm/s)和厚度(≥2m)上均满足作为隔水底板要求，采用场区内相对隔水层⑧₂和⑨层粘土层作底板，沿南填埋场区周围施工一道封闭的防渗墙，采用塑性混凝土射水造墙进行施工。

塑性混凝土中的水泥和掺合料，即胶凝材料，他们和水组成混凝土的基本浆材，对塑性混凝土的性质起决定性作用。主要材料有：砂、水泥、膨润土、粉煤灰、水、外加剂等。

本发明配方：

1  水泥：           220kg/m³

2  粉煤灰           60kg/m³；

3  砂                1440kg/m³

4  膨润土            75kg/m³；

5  外加剂            0.15％

6  水                327kg/m³

外加剂为北京化工厂生产的品名为FE高效减水剂，用量为水泥量的

百分比；工程中所用的水泥全部选用型号32.5的矿渣水泥。

本发明造墙方法的开槽步骤有：利用水泵送高压水到箱形成槽器中，形成高速射流，利用卷扬机操作成槽器不断上下移动，导水管和成槽器本身重量产生的向下压力以及成槽器下移时其上刀片的切削作用，破坏土层结构，水土混合后，由反循环泵将水和砂土混合物带出地面，同时水和粘性土形成泥浆固壁防止孔壁坍塌，最终形成断面为矩形的槽孔，

造墙步骤是：(1)开浇混凝土时，第一盘料必须准备好足够数量的混凝土保证压出隔水球后，能埋住导管底口，确保水下连续浇注，中间不断桩(窝泥)，以后每次导管埋管深度为2～6米左右。

(2)膨润土先制成泥浆再与其它材料拌合，以达到较好的均匀性，但由于受用水量的限制，不可能都拌合成泥浆，一部分要采用干掺法，否则会使水胶比过大而降低混凝土的抗渗性和耐久性。由于塑性混凝土中膨润土和粉煤灰及水泥的掺量大，在有限的搅拌时间内难以达到预期的分散效果，因此搅拌塑性混凝土采用强制式搅拌机，并适当增加搅拌时间(不少于2分钟)。

(3)塑性混凝土的初凝时间较长、流动性较好，这对于泥浆下浇筑中的均匀扩散是有利的，但由于它的密度较小，置换孔内泥浆的能力稍低于普通混凝土，当泥浆粘度和比重较大时，可能对墙段接缝等接触带的连接质量和墙厚有影响。因此采用塑性混凝土时，不宜使用高浓度泥浆，应采用容重小、触变性能好的、抗渗透能力强的泥浆。

(4)除了严格要求制浆配比、扩散度、塌落度外，清槽时孔内泥浆比重应≤1.25，粘度≤30s，浇筑砼前沉渣厚度≤10cm。

(5)速度控制，如速度太快会使混凝土表面呈锯齿状，裂缝夹泥同时会把相邻段拉裂形成水平或斜向裂缝，所以一定要控制浇注速度，以每小时不少于2m。

(6)浇筑混凝土时，孔口应设置盖板，防止混凝土散落槽孔内。槽孔底部高低不平时，从低处浇起。

(7)混凝土浇筑时，在机口出料处随机取样，制作试块，检验混凝土的物理力学性能指标。

(8)振捣，由于发现混凝土中有夹气泡现象，为此在施工中要求增加了一边浇注，提管时一边上下串管，产生振捣效应。

成槽孔后采用常规的水下直升导管法浇注上述的塑性混凝土，形成一段墙体建成单序槽孔；在造II序槽孔时利用成槽器侧向喷嘴(冲洗一期槽孔混凝土的侧面)和钢丝刷的作用将单序槽孔的砼连接成连续墙，使一、二期混凝土连接紧密，形成地下连续防渗墙。

实施例2：本发明配方：

水泥：        230kg/m³

粉煤灰        70kg/m³

砂            1450kg/m³

膨润土        80kg/m³

外加剂        0.3％

水            332kg/m³

外加剂为北京化工厂生产的品名为FE高效减水剂，用量为水泥量的

百分比；按上述的配比配料，其它步骤与实施例1相同。

对场区内有地下管线或射水造墙拐弯处可能存在搭接缺陷的部位，采用单管高压旋喷施工水泥土防渗墙补强。

1、选用旋喷固结体直径0.62m(局部管线部位直径为0.80m)，孔距0.35m，防渗墙最小厚度不小于18cm。

1.1高喷防渗墙设计技术指标

墙体最小搭接厚度≥18cm

抗压强度R₂₈≥1MPa

墙体渗透系数：k≤1×10^-7cm/s

以上质量技术指标以墙体渗透系数控制为主。

1.2高喷工艺参数(见表1)

                 表1高喷工艺参数表

    项目名称    施工    参数    项目名称    施工参数    浆液压力    (Mpa)    20-    24    提升速度    (cm/min)    18～20    浆液流量    (1/min)    60～    80    旋转速度    (r/min)    20    喷嘴孔径    (mm)    2.2    ～2.6    孔口回浆比重    (g/cm³)    ≮1.25    喷嘴个数    1    垂直度要求    孔斜率≤8    ‰    水灰比    1∶1

2、施工主要设备(见表2)

                     表2主要施工设备表

    序    号    设备名    称  型号    技术参数    台数    1    高喷机  单管钻机    最大高喷深度    30m    1    2    高速搅    拌机  ZJ-800    容量1m³    1    3    注浆泵  BW150    排量为32～    150L/min    1    4    泥浆搅    浆机  NT-600    容量0.8m³    1

3.1高喷孔垂直度的控制方法：

高喷孔的垂直度是影响高喷墙体搭接质量的关键因素，高喷孔的垂直度主要通过钻杆的垂直度来控制，因此在开钻前，一定要将钻机垫实调平，用相关仪表测量其垂直度，然后每钻进3～5m再校对一次钻杆的垂直度。

3.2冒浆的处理方法：

高喷注浆过程中，冒浆量小于注浆量的20％时为正常现象。

(1)在供水压正常的情况下，孔口回浆密度较小，回浆量增大，应加大进浆密度或进浆量。若回浆深度正常，而回浆量较大可适当加快提升和旋转速度。粘土层回浆略大于正常。

(2)冒浆量很小，如果是砂质粘土属于正常，否则应降低提升速度，必要时采取掺入速凝剂或加大浆液浓度等措施。

(3)若系地层中有较大空隙引起的不冒浆，在空隙地段增大注浆量，填满空隙后再继续正常旋喷。

(4)在含粘粒较少的地层中进行高喷灌浆，冒出地面的浆液，如能迅速地进行过滤、沉淀除去杂质和调整浓度后，可以回收再利用。

3.3串浆的处理方法：，注浆量大大超过固结所需浆量时，若发生串浆，立即封堵被串孔口或回填砂及粘土，待串浆孔高喷灌浆结束，尽快进行被串孔的扫孔、高喷灌浆或继续钻进。

3.4高喷墙质量缺陷处理方法：

如在喷浆施工作业过程中出现喷杆未到底、浆压偏低、提升过快、不回浆或回浆比重偏低等任何一种不良情况连续施工完成的高喷孔段或施工造成孔位和孔向偏差超过规定值时必须加密高喷孔进行喷浆，以确保高喷墙的可靠连接。

3.5孔、洞、坑的处理方法：

在高喷墙施工作业范围内(轴线两侧各15m)的任何无用或废弃的钻孔或空洞都必须用压浆泵自孔底底部自下而上压注浓水泥浆封填密实。施工时在施工范围内实施的非永久保留的孔、洞、坑都必须按要求用土料回填。

4管线部位的高喷施工方法：

通过现场开挖，针对不同的管线采取以下施工措施：

(1)波纹管及其外部包砼部位施工措施：凿除波纹管外包砼及钢筋，在波纹管两侧各布置高喷一个，然后进行高喷，高喷至波纹管底部时停止高喷，将喷管提升0.3m后继续喷至地面；高喷完后开挖至波纹管部位，恢复其外包砼(包括钢筋的恢复)后将开挖坑内注入水泥浆。

(2)φ600钢管处高喷施工措施：钢管两侧用小高喷钻机各施工一个高喷孔，向下钻进时高压泵送水压力加大至18MPa，首先用高压水对周围进行切割使地层变松散，高喷提升时将浆压调至26MPa，如此高喷形成的桩径可达到0.8m，使钢管以下形成连续的高喷防渗墙。

实施例3：

本发明最佳配方：

水泥：            220kg/m³

粉煤灰            70kg/m³

砂                1450kg/m³

膨润土            80kg/m³

外加剂            0.15％

水                331kg/m³外加剂为北京化工厂生产的品名为FE高效减水剂，用量为水泥量的百分比，按上述的配比配料，其它步骤与实施例1或实施例2相同。

成槽器形状为矩形，成槽器中空，下端有刃脚。在成槽器四角垂直于轴线方向各焊接一块工字钢，长度方向不变，这样成墙后加宽接头处宽度，加宽搭接厚度。而且为了解决加宽处的接头缝冲刷干净问题，采用了通槽宽的钢丝刷，所以施工控制就存在垂直轴线方向槽孔偏斜控制和沿轴线方向孔底偏斜控制。为了保证孔斜检测的公正性，确保钢丝绳在两钻杆的中心面上，用线在导水管(钻杆)上绕一周，两检测点的垂直距离相差5米，然后读数(每点都是从线到钻杆的中心线)，看两点钢丝绳的前、后、左、右距离是否一致(即L1＝L2，h1＝h2)，不然就调，直到一致或者误差很小为止。

1、垂直于轴线方向槽孔偏斜率控制方法：

1.1成槽前用水平尺将钻机调平，钻机前后对位误差不大于1cm，然后将钻机固定，使钻机在成槽过程中前后、左右尽量不移动。

1.2、在钻机机台面上划一“十”字标记，记录钻机水平状态时孔口位置钢丝绳到标记的初始距离和钢丝绳至钢轨的距离。

1.3、成槽过程中保持钻机水平，若中途因修孔调整钻机水平状态，测试槽孔偏斜率前，将钻机调至水平状态，此时孔口位置成槽器上导水管全部拆除后钢丝绳与钢轨的距离作为孔位偏差，钢丝绳此时距“十”标记的距离作为测孔斜的零点读数，然后再进行孔斜率的检测。

1.4垂直轴线方向纠斜措施及办法

由于成槽器是薄板状，成槽过程中不可避免碰到探头石或弧石就会导致槽孔垂直轴线方向偏斜，纠斜方法为槽孔偏斜后在槽孔偏斜同方向焊接钢管起项的作用，反向则焊接锯齿状的钢板起切削作用，修大槽孔让它恢复垂直度。

如偏斜较小，加上地层为老粘土或II序孔施工时，纠斜很不容易，这样利用钢管项住偏斜方，另一方向利用焊接切削片剐削地基土或已灌注的塑性混凝土。

实施例4：本发明配方：

水泥：            225kg/m³

粉煤灰            65kg/m³

砂                1448kg/m³

膨润土            78kg/m³

外加剂            0.28％

水                330kg/m³

外加剂为北京化工厂生产的品名为FE高效减水剂，用量为水泥量的百分比；按上述的配比配料，采用与实施例1或实施例2或实施例3的步骤。