阅读说明：本技术 含渗漏检测层的双层hdpe膜垂直防污阻隔结构及方法 (Double-layer HDPE (high-density polyethylene) film vertical antifouling barrier structure containing leakage detection layer and method ) 是由 李育超 姚士元 周家鑫 黄根清 柯瀚 于 2019-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种含渗漏检测层的双层HDPE膜垂直防污阻隔结构及方法。设置垂直防污阻隔墙体从地表经场地含水层贯穿到隔水层中,将污染含水层与未污染含水层分隔开,墙体包括HDPE土工膜、高渗透性材料与渗漏监测井,开设沟槽,沟槽延伸入隔水层中,沟槽的内壁面均布置HDPE土工膜而形成双层HDPE土工膜,双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体下部嵌入隔水层中；沟槽中央布置渗漏监测井,渗漏监测井的周围沟槽内布置有高渗透性材料。本发明垂直防污阻隔结构具有多重防污、渗透性低、可靠性高等优点,具有全深度断面检漏、监测反馈及时等优点,施工技术成熟,可有效避免因HDPE土工膜破洞导致的阻隔结构失效。(The invention discloses a double-layer HDPE film vertical antifouling barrier structure containing a leakage detection layer and a method. The method comprises the steps that a vertical antifouling separation wall body penetrates into a water barrier layer from the ground surface through a site aquifer to separate a polluted aquifer from an uncontaminated aquifer, the wall body comprises HDPE geomembranes, high-permeability materials and a leakage monitoring well, a groove is formed in the wall body, the groove extends into the water barrier layer, the HDPE geomembranes are arranged on the inner wall surfaces of the groove to form double-layer HDPE geomembranes, and the lower portion of the double-layer HDPE geomembrane is embedded into the water barrier layer vertically; and a leakage monitoring well is arranged in the center of the groove, and a high-permeability material is arranged in the groove around the leakage monitoring well. The vertical antifouling barrier structure has the advantages of multiple antifouling functions, low permeability, high reliability and the like, has the advantages of full-depth section leakage detection, timely monitoring feedback and the like, is mature in construction technology, and can effectively avoid barrier structure failure caused by HDPE geomembrane hole breaking.)

含渗漏检测层的双层HDPE膜垂直防污阻隔结构及方法

技术领域

本发明涉及土壤与地下水土污染风险防控的方法，具体涉及了含渗漏检测层的双层HDPE膜垂直防污阻隔结构及方法。

背景技术

我国经济快速发展造成了严重的土壤与地下水土污染。城市固体废弃物等废弃物集中处置场(特别是数万座的未达标简易城市固废填埋场或堆场)普遍存在地下污染的问题，大量工业企业搬迁后所遗留的场地重金属和有机污染物含量显著超标。垂直防污阻隔墙是有效控制上述污染源污染周边地下环境的主要技术手段。

HDPE土工膜全称为高密度聚乙烯土工膜，近年来被国内外广泛用于垂直防污阻隔，完整无破损的HDPE土工膜具有良好的抗渗性能，阻控重金属和有机物的能力强。

现有单层HDPE土工膜垂直防污阻隔结构存在土工膜幅间连接缺陷的问题。若采用幅间搭接的形式，由于垂直阻隔结构侧向应力较小(特别是浅层)，在搭接处易形成渗漏。因此，大多数单层HDPE土工膜垂直防污阻隔结构采用锁扣连接的形式，但受施工技术水平影响，施工过程中锁扣连接处易出现缺陷导致渗漏，例如下膜过程中已下的膜幅锁扣弯曲或混入异物导致新插膜幅无法插到预定深度，或膜幅间锁扣脱开，或膜幅间锁扣中止水条未安放到位导致局部止水条缺失。

HDPE土工膜本身完整性及膜幅间密封性是保证土工膜垂直防污阻隔结构有效性的关键因素。施工期膜完整性及膜幅间密封性检测主要采用电法，该方法原主要应用于含土工膜的水平衬垫中，在土工膜上的土层厚度大于1m时其灵敏度会降低，当土层厚度大于3m时该方法不适用。在垂直阻隔墙中电法检测的效果不如对水平衬垫的检测，深度<10m的浅层土工膜缺陷检测相对可靠，深度>10m的土工膜缺陷检测可靠性较差。现有单层土质阻隔墙或土工膜垂直防污的长期服役性能监测主要采用监测井系统，即在阻隔墙下游每隔一定距离设置一个监测井监测地下水水质。若下游监测到渗漏则表明阻隔墙已失效。此系统无法及时回馈阻隔墙的服役状况，对于污染物扩散行为无法做到及时预防。另一方面，监测井的影响范围比较有限及受地下水稀释影响，两个监测井之间区域的渗漏情况常常无法及时监测到。

发明内容

本发明的目的在于提出了含渗漏检测层的双层HDPE膜垂直防污阻隔结构及方法，设置垂直防污阻隔墙体从地表经场地含水层贯穿到隔水层中，将污染含水层与未污染含水层分隔开。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一、一种含渗漏检测层的双层HDPE膜垂直防污阻隔结构：

所述双层HDPE膜垂直防污阻隔结构设置于土体中，土体包括污染含水层、未污染含水层和隔水层，其特征在于：所述双层HDPE膜垂直防污阻隔结构包括置于污染含水层和未污染含水层之间的双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体，双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体包括HDPE土工膜、高渗透性材料与渗漏监测井，污染含水层和未污染含水层之间开设沟槽，沟槽延伸入隔水层中，沟槽的内壁面均布置HDPE土工膜而形成双层HDPE土工膜，双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体下部嵌入场地含水层之下的隔水层中；沟槽中央布置渗漏监测井，渗漏监测井两侧和底部的周围沟槽内布置有高渗透性材料，高渗透性材料周围被HDPE土工膜包围包覆；渗漏监测井上端伸出地面通过监测井保护盖封盖，沟槽位于顶部的两侧布置导墙；双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体底部嵌入隔水层中的部分之外包围设有封底低渗透性材料。

所述的HDPE土工膜为高密度聚乙烯薄膜，主要成分为97.5％高密度聚乙烯，约2.5％炭黑以及少量抗老化剂，抗氧化剂，紫外线吸收剂，稳定剂等。

所述的场地含水层是指粉土或砂土等渗透系数较大的土层。

所述的沟槽位于两侧的地表面开设锚固沟，HDPE土工膜延伸出地面后延伸经过锚固沟布置，在锚固沟的HDPE土工膜表面上填筑混凝土，使得HDPE土工膜顶部采用锚固沟锚固固定。

由高渗透性材料与渗漏监测井构成渗漏检测层，渗漏检测层设置在双层HDPE土工膜之中。

所述的双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体在靠近未污染含水层的一侧设置有墙侧低渗透性回填料，墙侧低渗透性回填料布置于导墙和HDPE土工膜之间的竖向土体空间中，墙侧低渗透性回填料底端延伸到未污染含水层和隔水层之间的分界面，形成含渗漏检测层的双层HDPE土工膜复合垂直防污阻隔结构。

具体实施中，双层HDPE土工膜的墙侧低渗透性回填料和封底低渗透性材料的侧面对齐。

所述的双层HDPE土工膜垂直阻隔墙的墙体厚度0.3m～0.9m。

所述的双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体的HDPE土工膜的厚度为2.0mm～3.0mm。

所述的双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体嵌入隔水层中的嵌入深度不小于1.5m，所述的双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体的深度不大于20米。

所述的低渗透性回填料和封底低渗透性材料的渗透系数不宜大于1×10^-7cm/s。

所述的低渗透性回填料和封底低渗透性材料为土-膨润土、水泥-膨润土或者土-水泥-膨润土。

具体地，所述土-膨润土材料为土/膨润土/水的混合物，其中膨润土泥浆占混合物总质量的30％～40％，其中膨润土质量占膨润土泥浆质量的5％～10％。母土占混合物总质量的60％～70％。

具体地，所述水泥-膨润土材料为水泥/膨润土/水的混合物、磨细粒状高炉炉渣/水泥/膨润土/水的混合物或粉煤灰/水泥/膨润土/水的混合物，其中水泥质量占混合物总质量的15％～30％；膨润土质量占膨润土泥浆质量的5％～10％，膨润土与水制成的膨润土泥浆质量占混合物总质量的70％～85％。

具体地，所述土-水泥-膨润土材料为土/水泥/膨润土/水的混合物，其中母土质量占混合物总质量的50％～65％；水泥质量占混合物总质量的5％～10％；膨润土质量占膨润土泥浆质量的5％～10％，膨润土泥浆的质量占混合物总质量的30％～40％。

所述的高渗透性材料为级配良好的中粗砂、砂水混合物、土工网或土工格栅。具体地，若设计墙厚较小，可优先采用土工格栅或土工网填充；若设计墙厚较大，可优先采用砂或砂水混合物回填。

所述的渗漏监测井为打孔管。具体为外侧有无纺布包裹的打孔管，打孔管间距10m～20m。

所述的隔水层为渗透系数小于1×10^-7cm/s的天然隔水层。

二、一种双层HDPE土工膜垂直防污阻隔结构施工方法：

1)平整场地，确定场地地面上在污染含水层和未污染含水层之间的双层HDPE垂直防污阻隔墙墙体水平中心轴线及墙体宽度；水平中心轴线是双层HDPE土工膜垂直阻隔墙***于地面的中心线；

2)根据双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体水平中心轴线以及墙体宽度，先施工双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体在地表部位两侧地基中的导墙，导墙达到70％设计强度后再进行成槽作业；

3)制备以水和膨润土为主要原料的膨润土泥浆；

4)在污染含水层和未污染含水层之间根据墙体水平中心轴线开设沟槽，在沟槽上端位于地面的两侧土体中固定设置导墙，沟槽下端延伸入隔水层中；

5)在布置HDPE土工膜前，用导管法在隔水层所在的沟槽中填筑深度不小于1.5m的低渗透性材料，隔水层以上的沟槽中填筑膨润土材料，膨润土材料为土-膨润土、水泥-膨润土或者土-水泥-膨润土；

6)切割HDPE土工膜并将锁扣焊接到膜上，如HDPE土工膜与锁扣焊接部位14，将切割好的HDPE土工膜相邻之间用接头互锁并注入止水条带密封形成连续结构，将HDPE土工膜弯成凹形并固定到和沟槽内壁表面吻合的钢框架上，***到泥浆中直至所需深度，后将钢框架取出；具体实施中，沟槽中需要多幅HDPE土工膜沿水平长度依次布置拼装施工，待后一幅膜***后将前一幅膜的钢框架取出。

7)待HDPE土工膜***泥浆及底部膨润土材料至预定深度后，在HDPE土工膜伸出地表面的顶部锚固，或与地面上覆有的另一HDPE土工膜焊接；

8)在沟槽两侧内壁的HDPE土工膜之间放入竖向的渗漏监测井，渗漏监测井和HDPE土工膜之间填入高渗透性材料，高渗透性材料上端至与地面齐平。最后可在沟槽顶端安装监测井保护盖，对渗漏监测井进行封盖保护。

对于双层HDPE土工膜复合防污阻隔结构，在步骤3)之后，在HDPE土工膜与沟槽靠近未污染含水层的内壁之间回填有低渗透性回填料。

在HDPE土工膜伸出地表面的顶部锚固，具体是：在沟槽两侧方的地表面开设锚固沟，HDPE土工膜延伸出地面后延伸经过锚固沟布置，在锚固沟中的HDPE土工膜表面上填筑混凝土，使得HDPE土工膜顶部采用锚固沟锚固固定。

所述的膨润土泥浆，在开挖沟槽阶段注入沟槽起护壁作用；对于双层HDPE土工膜复合防污阻隔结构，在低渗透性回填料回填时将原有膨润土泥浆置换出来。

本发明具有的有益效果为：

(1)本发明技术方案采用双层低渗透性HDPE土工膜作为垂直阻隔墙主要隔离体，相比于现有单层HDPE土工膜垂直防污阻隔结构，降低了膜幅间缺陷导致阻隔结构整体失效的可能性，提高了阻隔结构的可靠性。另外，双层HDPE土工膜结构相比于单层结构，阻控污染物渗漏的能力更强，解决污染场地等集中污染源地下水渗流调控和污染物渗漏防控难的问题，特别适用于污染较严重或污染防控要求高的工况。

(2)本发明技术方案在两层HDPE土工膜之间设置高渗透性材料和渗漏监测井构成的渗漏检测层，能够及时反馈第一层HDPE土工膜的渗漏情况，若施工期检测到渗漏可及时修补。

(3)本发明技术方案在两层HDPE土工膜之间设置高渗透性材料和渗漏监测井构成的渗漏检测层，可监测工后阻隔结构长期服役性能。相比于现有渗漏监测手段，具有监测区域覆盖阻隔墙全断面、渗漏情况反馈及时、二次阻隔预防渗漏、污染防控及时的优点，解决现有阻隔墙服役性能信息反馈难，污染物渗漏防控不及时的问题；无需再在阻隔结构外侧设置监测井，降低了垂直防污阻隔结构与监测系统的整体用地面积，提高了填埋场地的土地利用率。

(4)本发明技术方案结合了粘土和土膨润土防渗墙的一些思想，墙体刚度小，对地基侧面变形的适应性强；对于防污要求较高的工况采用增加两层低渗透性回填料的双层HDPE土工膜复合阻隔结构，既保护了HDPE膜不被尖锐颗粒刺破，也为阻隔墙提供了额外的安全保证。

附图说明

附图1为本发明在填埋场地应用示意图。

附图2为本发明的双层HDPE膜垂直防污阻隔墙结构的横断面示意图。

附图3为本发明的双层HDPE膜复合垂直防污阻隔墙结构的横断面示意图。

附图4为本发明的双层HDPE膜垂直防污阻隔墙结构的膜间纵断面示意图。

图中：1、双层HDPE土工膜垂直防污阻隔结构；2、污染的含水层；3、未污染的含水层；4、隔水层；5、HDPE土工膜；6、高渗透性材料；7、渗漏监测井；8、锚固沟；9、导墙；10、监测井保护盖；11、墙侧低渗透性回填料；12、封底低渗透性材料；13、锁扣；14、HDPE土工膜与锁扣焊接部位。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对发明作进一步详细描述：

如图1和图2所示，本发明具体实施包括在场地污染的含水层2与未被污染含水层3之间设置的双层HDPE土工膜垂直防污阻隔结构1，该墙体由凹形HDPE膜5、膜底部的封底低渗透性材料12、两层膜之间的高渗透性材料6以及设置在高渗透性材料6中的渗漏监测井7组成，双层HDPE土工膜5嵌入其下的隔水层4，在含水层中形成稳定的上游水位面和下游水位面，还包括设置在双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体地表部位两侧的导墙9。

具体实施的场地土体包括污染含水层2、未污染含水层3和隔水层4，双层HDPE膜垂直防污阻隔结构包括置于污染含水层2和未污染含水层3之间的双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体，双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体包括HDPE土工膜5、高渗透性材料6与渗漏监测井7，污染含水层2和未污染含水层3之间开设沟槽，沟槽延伸入隔水层4中，沟槽的内壁面和底面均布置HDPE土工膜而形成双层HDPE土工膜，双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体下部嵌入场地含水层之下的隔水层4中；沟槽中央布置渗漏监测井7，渗漏监测井7两侧和底部的周围沟槽内布置有高渗透性材料6，通过高渗透性材料6包围渗漏监测井7，高渗透性材料6周围被HDPE土工膜5包围包覆，高渗透性材料6位于渗漏监测井7和HDPE土工膜5之间，渗漏监测井7底面和HDPE土工膜5之间具有间隙；渗漏监测井7上端伸出地面通过监测井保护盖10封盖，监测井保护盖10安装于沟槽上端口并连接于HDPE土工膜5顶部侧面，沟槽位于顶部的两侧布置导墙9，导墙9置于双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体的两侧并紧贴HDPE土工膜5；双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体底部嵌入隔水层4中的部分外包封底低渗透性材料12，即双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体底部的HDPE土工膜5之外被封底低渗透性材料12填筑包围，封底低渗透性材料12位于隔水层4中。

双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体从地表经场地含水层贯穿到隔水层中，两侧场地含水层为污染区和未污染区。若工程防渗要求较高，可在双层HDPE土工膜靠近未污染含水层一侧增设一层低渗透性回填料形成含渗漏检测层的双层HDPE膜复合防污阻隔结构。即考虑采用双层HDPE土工膜复合垂直阻隔结构，其结构如图3所示，在上述结构基础上在双层HDPE土工膜靠近未污染含水层一侧或两侧增加一层低渗透性回填料11。

双层HDPE土工膜垂直防污阻隔结构1布置在场地含水层中，厚度0.3m～0.9m，并嵌入隔水层4的深度不小于1.5m。其中双层HDPE土工膜墙体2是实现防控地下污染功能的主要部分，完整的HDPE土工膜的渗透系数一般小于1×10^-12cm/s。双层HDPE膜底部采用低渗透性材料如土-膨润土等封底以防止污染物底部绕流渗漏，两幅膜之间采用两排锁扣13连接，双层膜顶部采用锚固沟8锚固，若场地存在上部覆盖HDPE土工膜，则可采用与上覆HDPE土工膜焊接的连接形式。根据工程要求可进一步在双层HDPE土工膜一侧或两侧设置一层低渗透性回填料11，如土膨润土、水泥膨润土或者土-水泥-膨润土等。

中间渗漏监测井7的主要作用是监测上游污染物穿过第一层HDPE膜之后的渗漏情况，监测井中地下水是否检测到污染物来判断上游侧土工膜的有效性。监测井主要材料为无纺布包裹的HDPE打孔管或镀锌打孔管，管底到达隔水层4的水平线下，与双层HDPE膜底间距0.5～1m，管顶超出地表以上0.5m～1.5m。在渗漏检测层中每隔一定深度布置渗漏监测孔，最底部监测孔位低于隔水层4的水平线，最高处监测孔位低于地表0.5m～1m，监测防污阻隔墙全深度范围内污染物的渗漏情况。

高渗透性材料6的主要作用是作为中间渗漏监测井7的载体，主要材料为级配良好的中粗砂或砂/水混合物，墙体厚度较小或采用复合垂直防污阻隔结构时也可采用土工格栅或土工网填充，这些材料的透水性较好，若有污染物渗漏，可快速通过高渗透性材料6进入渗漏监测井7，及时发现渗漏。

顶部的HDPE土工膜采用锚固沟8锚固的形式。沟槽位于两侧的地表面开设锚固沟8，HDPE土工膜5延伸出地面后延伸经过锚固沟8布置，在锚固沟8的HDPE土工膜5表面上填筑混凝土，使得HDPE土工膜5顶部采用锚固沟8锚固固定。即待锚固沟挖好后将HDPE土工膜和保护层土工布铺设好，并即时用混凝土或者土块压住。若场地存在上覆HDPE土工膜，则可将双层HDPE土工膜垂直阻隔结构顶部靠近上游污染场地一侧的HDPE土工膜与上覆HDPE土工膜焊接，形成一个整体，另一侧仍采用锚固的形式。

导墙9的主要作用是防止垂直防污阻隔墙沟槽开挖时浅部沟槽两侧地基土坍塌落入沟槽，并在开挖沟槽过程中导向作用。导墙9应采用现浇混凝土结构，混凝土强度等级不应低于C20，厚度不应小于200mm，采用双向配筋，顶面宜高出地面100mm，且应高于地下水位0.5m以上，导墙净距应比垂直防污阻隔墙设计厚度加宽30mm～50mm。

本发明的具体施工步骤如下：

(1)根据双层HDPE垂直防污阻隔墙平面布置图，平整场地，必要时在施工机械路线上填筑路基，提高地基稳定性，在地面上绘制双层HDPE垂直防污阻隔墙的水平中心轴线。

(2)确定阻隔结构墙体宽度，根据绘制好的双层HDPE垂直防污阻隔墙的水平中心轴线，先施工双层HDPE土工膜垂直阻隔墙体在地表部位两侧地基中的导墙，导墙施工采用垂直开挖，单面立模一次浇筑成型。导墙混凝土浇筑完毕，拆除内模板后，为防止导墙变形，在导墙沟内设置上下两档水平间距1m的对撑，并向导墙沟槽内回填土方，以免导墙产生位移，导墙混凝土自然养护到70％设计强度以上时，方可进行成槽作业。

(3)制备膨润土泥浆，宜采用品质较好的钠基膨润土或钠化处理的钙基膨润土，膨润土泥浆混合后需进行不小于24h的水化。膨润土泥浆密度不小于1.05g/cm³，表观粘度不小于36s。

(4)垂直防污隔离墙沟槽开挖，采用液压抓斗机、挖掘机等机械作业。开挖的沟槽路线应与设计轴线距离误差不大于0.6m，且保证基本垂直，开挖深度与设计深度误差不应大于15cm。沟槽开挖结束后，采用开挖机械或其他适合方式清底，清除沟槽底部的松散土石料。

开挖沟槽时，在沟槽内注入经水化的膨润土泥浆，并保持高于地下水水位60cm以上，以防止沟槽两侧地基土失稳塌槽或出现向沟槽方向较大的侧向变形。

采用液压抓斗机开挖垂直防污隔离墙沟槽，在开挖前进方向上预留小于液压抓斗宽度的未开挖区域，先开挖预留区域之后一幅沟槽，再开挖预留区域，进而完成两幅沟槽开挖。

(5)制备合适的低渗透性回填料泥浆，比如土-膨润土等，用导管法在沟槽底部铺设一层厚度不小于1.5m的低渗透性材料。

(6)根据垂直阻隔墙墙体设计深度与宽度切割HDPE土工膜，HDPE土工膜两边距离底部1m至顶部的位置，分别焊接E型锁扣13。采用双轨楔焊的方式，用热合焊机进行焊接。

(7)双层HDPE土工膜采用钢框架下膜技术，将(6)中切割好的HDPE土工膜弯成凹形并固定在钢框架上，可根据安装深度及膜幅宽度，合理调整框架拼接长度和宽度，如图4所示，在先下放的土工膜的锁扣13中***止水条并随土工膜一起下放，待第一幅土工膜到达指定深度后，利用第二个钢框架重复上述步骤，将第二幅土工膜下放，其靠近第一幅土工膜的一侧锁扣13不插止水条，与沟槽中的第一幅土工膜的两排锁扣13对准，另一侧锁扣13依旧中***止水条。待第二幅土工膜下放到指定深度后可将第一幅土工膜从钢框架上解除，从沟槽中撤回钢框架并重新使用。重复上述安装过程，直至完成所有土工膜的安装。阻隔结构双层膜间纵剖面图如图4所示。若为双层HDPE膜复合阻隔结构，则在所以HDPE膜安装完成后在墙侧回填低渗透性回填料11。

(8)安装完成后在导墙外侧开挖锚固沟，将HDPE土工膜和保护层土工布铺设好，并即时用混凝土或者土块压住。若场地存在上覆HDPE土工膜，则可将双层HDPE土工膜垂直阻隔结构顶部靠近上游污染场地一侧的HDPE土工膜与上覆HDPE土工膜焊接14，形成一个整体，另一侧仍采用锚固的形式。

(9)双层HDPE土工膜施工完成后在两层膜间放入制作好的有无纺布包裹的HDPE打孔管或镀锌打孔管作为监测井，待监测井放入指定深度后将其固定并填入高渗透性材料，然后将顶部的低渗透性材料整平，使其与地面标高齐平，并对监测井加盖。

由此实施可见，本发明设置的中间渗漏检测层可用于施工期防污阻隔墙质量检测和工后防污阻隔墙污染物渗漏和迁移的长期监测，采用了开挖沟槽护壁法施工，整体具有多重防污、渗透性低、可靠性高等优点，能实现全深度断面检漏、监测及时反馈，可有效避免HDPE土工膜破洞。

本发明防污阻隔墙适用于集中污染源地下水渗流调控和污染物扩散防控，特别适用于污染较严重或污染防控要求高的工况。