一种下沉式水平防渗与垂直防渗组合结构

1.本发明属于污染源防渗施工技术领域，具体涉及一种既具有水平防渗、又具有垂直防渗功能的组合防渗结构，特别适用于固废堆场、工业污染场地的污染治理与生态修复。


背景技术：

2.由于历史原因，许多企业在生成过程中产生大量固体废物，如钢厂的钢渣、铜冶炼废渣、矿山开采产生的剥离废石(土)等等，大量固体废物长期堆存形成了选冶渣场、排土场等固废堆存场所，固体废物长期露天堆放.其有害成分在地表径流和雨水的淋溶、渗透作用下通过土壤孔隙向四周和纵深的土壤迁移。在迁移过程中，有害成分要经受土壤的吸附和其他用。通常，由于土壤的吸附能力和吸附容量很大，随着渗滤水的迁移，使有害成分在土壤固相中呈现不同程度的积累，导致土壤成分和结构的改变，植物又是生长在土壤中，间接又对植物产生了污染，有些土地甚至无法耕种。露天堆放的废物被地表径流携带进入水体，或是飘入空中的细小颗粒，通过降雨的冲洗沉积和凝雨沉积以及重力沉降和干沉积而落入地表水系，水体都可溶解出有害成分，毒害生物，造成水体严重缺氧，富营养化，导致鱼类死亡等。
3.目前，处置这些固废的主要方法有：异地填埋、就地堆存、就地固化处理，采取的防渗方法有水平防渗、垂直防渗。
4.异地填埋对于只有少量的固废，在环保、安全可靠的情况下比较可行；由于历史原因，对于大量已存在固废，就地管控也是切实可行办法。
5.水平防渗就是在固废物堆场表面的水平方向建立防渗层，防止雨水或外界新水进入下面的固废堆层，避免固废污染产生新的废水污染地下水。当前，我国填埋场水平防渗方法主要有四种：
①
粘土防渗层法；
②
膨润土防渗层法；
③
高密度聚乙烯(hdbe)防渗层法；
④
土工合成材料膨润土垫(gcl)和hdpe双层防渗层法。
6.垂直防渗就是在固废堆场四周或地下水流的下游一定深度范围内建立竖向屏障(防渗墙)，阻止被污染水流向其他水域扩散、迁移而污染周边水域。
7.目前，对固废产生废水的垂直防渗、水平防渗处理，都是分别进行治理，这种分别采取垂直防渗、水平防渗施措施的施工方法，施工周期长、施工复杂、费用大。如何使水平防渗与垂直防渗相互结合，共同构建水平防渗与垂直防渗组合结构体系，对于节省黏土资源、减少土方使用量、简化施工工序、提高防渗效果具有重要意义。


技术实现要素：

8.本发明的目的就是针对现有技术存在的防渗效果差、施工周期长、施工工序复杂、成本高的问题，而提供一种能够节省黏土资源、减少土方使用量、施工简便、施工成本低、防渗效果好的下沉式水平防渗与垂直防渗组合结构。
9.为实现本发明的上述目的，本发明一种下沉式水平防渗与垂直防渗组合结构采用以下技术方案实施：
10.本发明一种下沉式水平防渗与垂直防渗组合结构是由垂直防渗墙、复合防渗工程结构、水平防渗系统、下沉式水平防渗过滤排水系统组合构成：
11.所述的复合防渗工程结构是由垂直防渗内墙及位其上部向固废堆场/污染场地一侧扩展的内墙覆盖板、垂直防渗外墙及位其上部向外扩展的外墙覆盖板构成；所述的垂直防渗墙位于垂直防渗内墙、垂直防渗外墙之间位置的下部，在垂直防渗内墙和垂直防渗外墙之间的底部设有垂直防渗结合层，垂直防渗内墙、垂直防渗外墙、垂直防渗结合层构成的凹形空间为水平防渗雨水收集外排空间；所述的水平防渗系统位于垂直防渗内墙靠近固废堆场/污染场地一侧的原有基层之上，水平防渗系统自下而上是由基础层、防渗材料保护层、水平防渗层、生态基层、生态层组合构成；在垂直防渗内墙内间隔设有排水孔，在排水孔的进口处顺序设有反滤层、过滤层，排水孔的出口排向水平防渗雨水收集外排空间，反滤层、过滤层、排水孔、水平防渗雨水收集外排空间共同构成下沉式水平防渗过滤排水系统。
12.进一步地，本发明还包括水平盖板，所述的水平盖板采用混凝土盖板，水平盖板覆盖在垂直防渗内墙、垂直防渗外墙之上，水平盖板上带篦孔。
13.为了满足排水水质要求，所述的反滤层采用圆形反滤层包，内含级配碎石，外包土工布；所述的过滤层采用粗砂并围绕圆形反滤层包布设，所述粗砂为粒径大于0.075mm的颗粒超过全重85％。
14.结合防渗效果和施工成本，经过试验研究结果和对比，所述的垂直防渗内墙、垂直防渗外墙的厚度b1为150～200mm，垂直防渗墙的厚度b2为600mm～800mm，内墙覆盖板、外墙覆盖板的厚度h3为150～200mm，垂直防渗内墙、垂直防渗外墙的高度h4为1300～1800mm；所述的基础层的厚度为400～600mm，分层压实的每层厚度不大于200mm；所述的防渗材料保护层的厚度为150～250mm；所述的圆形反滤层包的直径在360～450mm范围；所述的过滤层的厚度为420～560mm；所述的生态基层的厚度为420～560mm。
15.进一步地，所述的圆形反滤层包的上下高度还需满足分别位于排水孔进口下不小于80mm、排水孔进口上不小于80mm。
16.进一步地，所述的垂直防渗墙采用素混凝土或三轴水泥搅拌桩或高压旋喷桩。
17.综合考虑水平防渗效果、材料和施工成本、覆绿效果并进而改善生态环境，所述的基础层采用杂填土，分层压实；所述的防渗材料保护层采用素土，整平压实，素土中不得含有有机质、碎石块、草木屑等杂质；所述的水平防渗层采用高密度聚乙烯hdpe土工防渗膜，上加土工布保护层；所述的垂直防渗结合层采用素混凝土；所述生态基层采用种植土，种植土上栽种植物形成生态层，植物品种根据区域生态环境保护及绿化的要求确定。
18.进一步地，所述的水平防渗层采用1.5mm厚度的高密度聚乙烯hdpe土工防渗膜为佳。
19.本发明一种下沉式水平防渗与垂直防渗组合结构采用以上技术方案后，具有下列积极效果：
20.(1)采用垂直防渗墙、复合防渗工程结构、水平防渗系统、过滤排水系统构成的组合防渗结构，使之同时满足水平防渗、垂直防渗的工艺要求，实现了水平防渗与垂直防渗的完美结合，有效解决自然雨水或其他地面水体经过固废堆场/污染场地进入地下土壤中。
21.(2)水平防渗系统自下而上是由基础层、防渗材料保护层、水平防渗层、生态基层、生态层组合构成，既能满足固废堆场/污染场地水平防渗的要求，又修复了固废堆场/污染
场地的生态，实现了固废堆场/污染场地的绿化、美化。
22.(3)垂直防渗系统由位于底部的垂直防渗墙、位于上部的垂直防渗内墙和垂直防渗外墙双层结构以及垂直防渗结合层组合构成，垂直防渗效果好，施工方便。
23.(4)反滤层、过滤层、排水孔、水平防渗雨水收集外排空间共同构成过滤排水系统，排水顺畅，排水水质优。
24.(5)本发明采取下沉式水平防渗，即：雨水经过生态层、生态基层渗透至水平防渗层，再经过水平防渗层向下沿过滤层、反滤层、排水孔流到水平防渗雨水收集外排空间排出；可以有效防止原有固废及固废产生的污水污染地下其他土壤或水体，不仅节省黏土资源，减少土方使用量，而且施工简便、费用低、效果好的方法。
25.(6)适用范围广，适用不同形状固废堆体，如地上、凹坑、山洼，特别适合要求地面平整的情况。
26.(7)跟分别采用水平防渗、垂直防渗方法相比，可节省土建造价30％，同时可有效节省土地使用面积，从而节省土地资源。
附图说明
27.图1为本发明一种下沉式水平防渗与垂直防渗组合结构剖面图；
28.图2为本发明一种下沉式水平防渗与垂直防渗组合结构用于固废堆场时的剖面图。
29.附图标记：1-生态层；2-生态基层；3-水平防渗层；4-防渗材料保护层；5-基础层；6-原有基层(即：固废堆场/污染场地表层)；7-排水孔；8-反滤层；9-过滤层；10-垂直防渗墙；11-垂直防渗结合层；12-复合防渗工程结构；12-1-垂直防渗内墙；12-2-垂直防渗外墙；12-3-内墙覆盖板；12-4-外墙覆盖板；13-水平防渗雨水收集外排空间；14水平盖板。
具体实施方式
30.为进一步描述本发明，下面结合附图对本发明一种下沉式水平防渗与垂直防渗组合结构作进一步详细描述。
31.由图1所示的本发明一种下沉式水平防渗与垂直防渗组合结构剖面图并结合图2看出，本发明一种下沉式水平防渗与垂直防渗组合结构是由垂直防渗墙10、复合防渗工程结构12、水平防渗系统、下沉式水平防渗过滤排水系统、水平盖板14组合构成；所述的复合防渗工程结构12是由垂直防渗内墙12-1及位其上部向固废堆场/污染场地一侧扩展的内墙覆盖板12-3、垂直防渗外墙12-2及位其上部向外扩展的外墙覆盖板12-4构成；所述的垂直防渗墙10位于垂直防渗内墙12-1、垂直防渗外墙12-2之间位置的下部，在垂直防渗内墙12-1和垂直防渗外墙12-2之间的底部设有垂直防渗结合层11，垂直防渗内墙12-1、垂直防渗外墙12-2、垂直防渗结合层11构成的凹形空间为水平防渗雨水收集外排空间13；水平盖板14采用混凝土盖板，水平盖板14覆盖在垂直防渗内墙12-1、垂直防渗外墙12-2之上；所述的水平防渗系统位于垂直防渗内墙12-1靠近固废堆场/污染场地一侧的原有基层6之上，水平防渗系统自下而上是由基础层5、防渗材料保护层4、水平防渗层3、生态基层2、生态层1组合构成；在垂直防渗内墙12-1内间隔设有排水孔7，在排水孔7的进口处顺序设有反滤层8、过滤层9，排水孔7的出口排向水平防渗雨水收集外排空间13，反滤层8、过滤层9、排水孔7、水平
防渗雨水收集外排空间13共同构成下沉式水平防渗过滤排水系统，根据区域环境整治及雨水收集和排放计算确定水平防渗雨水收集外排空间13的空间大小。
32.实施例中采用的组合防渗结构的技术参数为：
33.所述的垂直防渗内墙12-1、垂直防渗外墙12-2的厚度b1为150～200mm，垂直防渗墙11的厚度b2为600mm～800mm，内墙覆盖板12-3、外墙覆盖板12-4的厚度h3为150～200mm，垂直防渗内墙12-1、垂直防渗外墙12-2的高度h4为1300～1800mm；基础层5的厚度为500mm，分层压实的每层厚度不大于200mm；防渗材料保护层4的厚度为200mm；圆形反滤层包的直径在400mm范围；过滤层9的厚度为500mm；生态基层2的厚度为500mm；水平防渗层3为1.5mm厚度的高密度聚乙烯hdpe土工防渗膜；所述的圆形反滤层包的上下高度还需满足分别位于排水孔进口下100mm、排水孔进口上100mm。
34.其施工方法如下；
35.1)在需要进行水平防渗与垂直防渗的固废堆场/污染场地的外缘，明确垂直防渗线路，并按照设计标高和坡度要求进行固废堆场/污染场地之原有基层6的场地平整；
36.2)按照垂直防渗线路位置，施工复合防渗工程结构12；所述的复合防渗工程结构12采用钢筋混凝土结构，通过支模、绑钢筋后浇筑混凝土形成；排水孔7与垂直防渗内墙12-1同步施工；复合防渗工程结构12采用钢筋混凝土结构，混凝土中钢筋直径14mm、钢筋间距200mm；排水孔7采用预埋φ100塑钢管，间距2000mm，竖向位置按设计确定；
37.3)待复合防渗工程结构12稳定验收后，施工垂直防渗墙10，垂直防渗墙10采用c15素混凝土或三轴水泥搅拌桩或高压旋喷桩，垂直防渗墙10的渗透系数小于1x10-7
；垂直防渗墙10的深度需达渗透系数小于1x10-7
的防渗土层，且进入渗透系数小于1x10-7的防渗土层厚度不小于1000mm；
38.4)基础层5、防渗材料保护层4的施工：基础层5采用杂填土，分层压实，压实密度0.95；防渗材料保护层4采用素土，整平压实；
39.5)施工反滤层8，反滤层8采用圆形反滤层包，内含级配碎石，外包土工布；
40.6)施工过滤层9，过滤层9采用粗砂并围绕圆形反滤层包布设；
41.7)铺设水平防渗层3，水平防渗层3采用高密度聚乙烯hdpe土工防渗膜，上加土工布保护层；
42.8)施工生态基层2，生态基层2采用种植土，种植土上栽种植物形成生态层1，植物品种根据区域生态环境保护及绿化的要求确定；
43.9)施工垂直防渗结合层11，垂直防渗结合层11采用素混凝土；
44.10)完成水平盖板14的制作、安装。