郭晓芳 董洋 张景鑫 孙镭 李大伟*

(1.湖南湘江新区管理委员会，湖南 长沙 410000；2.中科鼎实环境工程有限公司，北京 100000)

0 引言

2005 年4 月-2013 年12 月，我国开展了首次全国土壤污染状况调查，结果显示，在调查的81 块工业废弃地的775 个土壤点位中，超标点位占34.9%，铬为主要污染物之一。铬盐是重要的无机化工产品，广泛应用于金属表面处理、化工、冶金、机械等行业，然而铬盐使用后产生铬渣，长期存在地下会导致严重的地下水和土壤污染[1]。2017 年环保部门实地考察统计，我国已经有超过四百万吨铬渣未经处理被堆放在遗留场中。因此，近年来土壤中铬污染问题已引起重视，修复工作迫在眉睫。

2016 年“土十条”的发布实施，为我国土壤环境管理提供了顶层设计，标志着我国土壤污染防治工作进入了一个新的时代，修复行业发展开始进入由政策法规驱动的发展阶段。现阶段国内用于铬污染土壤修复技术包括固化/稳定化技术[2-3]、淋洗修复技术[4]、电动修复技术[5-6]、植物修复技术[7]及阻隔管控技术等，工程实践中所采用的技术主要依据该场地的地质结构特征、周边环境以及修复资金和工期等因素。在修复技术快速发展过程中存在着不少难题和挑战，风险管控技术作为修复技术的补充，越来越受到重视。该技术能够快速、有效的切断铬污染物的暴漏途径，阻止污染土壤与人体的直接接触及受污染地下水迁移扩散。

文章结合在长沙铬盐厂铬污染整体治理项目中应用柔性垂直风险管控技术的工程实例，重点介绍柔性垂直防渗墙阻隔的特点和施工工艺，为类似工程提供参考。

1 工程概况

1.1 工程背景

原长沙市铬盐厂位于长沙市岳麓区三汊矶大桥工业区(湘江西岸)，见图1。多年生产铬产品导致遗留大量铬渣，造成厂区及周边土壤和地下水严重污染。厂区所处区域最近处距离湘江不足50m，生态环境风险隐患非常大。铬污染若得不到有效控制，将影响湘江长沙综合枢纽工程的安全蓄水和长沙市民的用水安全，存在较高风险隐患。

1.2 场地工程与水文地质条件

(1)地形地貌。原长沙铬盐厂厂区位于长沙市三汊矶，北临长沙市湘岳化工厂，南临长沙锌厂，东侧紧邻湘江，西临铬盐厂家属院。原始地貌单元为湘江冲积阶地，标高介于39.56～49.78m 之间。

(2)水文条件。厂区东侧紧邻湘江长沙段，湘江由南而北纵贯城区，每年4～7 月为丰水期。据湘江长沙站观测资料，最高洪水位39.52m，最低水位24.87m，多年平均水位29.48m。

(3)地层分布。根据钻探成果，场地内地层主要存人工填土①、粉质粘土②、粉质粘土③、细砂③、圆砾④为、强风化板岩⑤、中风化板岩⑦1、中风化板岩⑦2。

图1 工程范围

(4)防渗性能。人工填土①属强透水地层，但同一地层、不同地段，其渗透系数变异较大；粉质粘土②及粉质粘土③属微透水地层；细砂③、圆砾④为强透水层;强风化板岩⑤为中等透水一强透水地层，中风化板岩⑦1 和⑦2 为弱透水一中等透水地层。

(5)腐蚀性评价。该场地的场地环境类型为Ⅱ类，场地地下水对砼结构具中等腐蚀性，对砼结构中钢筋具微腐蚀性；土壤对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

1.3 工程范围

原长沙铬盐厂铬污染整体治理分为两个阶段：第一阶段风险管控和污染源治理、第二阶段污染土壤及地下水修复和铬渣堆最终处置。基于上述治理方案，首先进行污染源区域四周建设封闭式柔性垂直防渗墙，阻断污染地下水向湘江排泄。

2 修复技术及修复目标

2.1 修复技术

原长沙铬盐厂厂址土壤受污染面积达300 多亩，修复工程量大，立即开展修复难以实现，因此阻隔管控技术成为首选技术。

《铬污染地块风险管控技术指南(试行)》[8]中对风险管控技术的定义为：“采取移除或清理重污染源、污染隔离阻断、环境介质长期监测、污染扩散及时补救等工程和张贴告示牌等非工程措施防止污染扩散和暴漏的过程”。即阻隔管控目的是建设垂直或水平阻隔工程截断地下水径流通道，控制污染物向下游迁移，尽可能减少有毒有害物质的使用，以防止产生新的二次污染[9]。目前，工程常用的阻隔管控技术有HDPE 膜柔性防渗墙、高压喷射灌浆墙、水泥搅拌桩墙等[10]。

表1 为几种常用阻隔管控技术优缺点。从长期防渗效果综合考虑，该工程选用HDPE 膜柔性垂直防渗墙技术。

2.2 修复目标

该工程是在污染区域四周建设柔性垂直防渗墙，在垂直方向上连续闭合，并与基岩不透水层(中风化板岩)形成完整一体，起到阻隔作用，即当防渗墙外侧没有污染源时，可截断防渗墙位置处地下水渗流通道，控制地下水中污染扩散至垂直防渗墙外侧；柔性垂直防渗墙实施后，其外侧地下水中铬浓度能够满足相关标准要求，或能达到柔性垂直防渗墙外侧(外侧无其他污染源区域)地下水中铬浓度保持稳定或持续降低。

3 工程设计

柔性防渗材料采用高密度聚乙烯(HDPE)土工膜膜，防渗系统服务年限可达到50 年，渗透系数满足小于等于10-7cm/s，侧面采用锁扣形式进行连接。防渗墙设计深度到相对不透水层顶面高程下2m，同时底部灌注密封材料，使得HDPE 膜与相对不透水层连成整体，全面封堵污染区域。

4 工程重点与难点

根据地勘资料场地标高约为39～49m，中风化板岩面标高埋深约为20～39m。垂直防渗墙设计深度为到相对不透水层顶面高程2m 以下，最大深度达到46m。综合考虑，该工程柔性垂直防渗墙施工的重点与难点包括以下几个方面：

(1)工程所在地地质条件复杂，防渗墙成槽困难，成槽效率低。

(2)垂直防渗墙深度最深达46m，超深环境下HDPE 膜下放铺设困难。

(3)长沙市冬寒季节短、四季分明，属亚热带湿润季风气候，具有春季温变化大、夏初雨水多、伏秋高温早、冬季少严寒的特点。每年4-9 月为汛期，汛期平均雨量达1500 毫米，占了全年总雨量的80%以上。根据工期(26 个月)要求，至少经历2 个雨季，雨季及炎热高温期等多种恶劣天气施工是难点。

(4)工程所在地位污染场地，施工过程中可能产生废水、废气、噪声等二次污染，因此做好二次污染防治措施是重点。

(5)工程周边存在湘江、学校、家属区等多个环境敏感点，周边环境复杂，舆情控制是重点。

5 工程实施过程

(1)平面测量定位。根据设计图纸要求，布置垂直防渗墙拐点，相关测量结果经监理单位复合确认后，方可进行下一步施工。

表1 几种阻隔管控技术优缺点一览表

(2)便道施工。沿平行于垂直防渗墙中心线铺设施工便道，确保能够承受机械设备施工荷载。

(3)导墙施工。导墙在设计、施工时要充分考虑所选用铣槽机、吊车等大型设备的质量，确保在施工过程中保持稳定。

(4)高压旋喷桩施工。针对本工程所在地地质条件复杂，成槽困难问题，采用“高压旋喷桩+泥浆护壁”的槽壁支护形式。高压旋喷桩的主要目的是防止开槽时槽壁塌陷，根据各地层的自我稳定性，桩体设计深度为进入强风化板岩。铬盐厂区域东侧湘江段采用双排高压旋喷桩，两侧布设，其余段均采用单排高压旋喷桩。

(5)泥浆护壁。成槽施工过程中，采用泥浆护壁的支护形式。泥浆具有一定的密度，对槽壁产生一定的液柱压强，相当于一种液体支撑；泥浆中的自由水能渗入地层，并在槽壁形成一层弱透水的泥皮，具有一定结构强度和阻止泥浆中自由水继续渗透的作用，有助于维护槽壁的稳定性[15]。泥浆循环过程中会携带一部分土渣及降低双轮铣钻具表面温度[16]。本工程设计槽内泥浆面高出地下水位1m 以上。

(6)成槽施工。导墙施工结束后，在导墙顶面划出分幅线。先使用液压抓斗进行抓土后，使用双轮铣槽机进行成槽施工。成槽过程中使用泥浆循环处理系统。所有操作均采用计算机控制，自动反映槽段垂直情况，并对各种故障实行自动报警模式。液压抓斗和双轮铣槽机均配备随钻测斜仪，随时可以对槽斜和槽深进行测量。本工程最大开槽深度46m，槽宽0.8m。

(7)下膜施工。成槽清渣后，防渗膜安装架就位，沿槽口下方HDPE 防渗膜，下放时应注意控制防渗膜安装架滚轮，以调节防渗膜下放速度，下放至设计深度(进入相对不透水层深度至少2m)。下一幅膜铺设施工时，需与上一幅土工膜采用锁扣形式连接。本工程HDPE 土工膜幅宽7.5m，平均设计深度40m。

(8)回填施工。防渗膜下放至设计深度后，灌注底部密封材料至膜底部，连接相对不透水层与HDPE 膜，防治污染物绕渗。上部回填衔接槽底密封层，采用土回填至导墙墙顶，不含有大粒径石子，防止刮伤膜体。回填要分层、均匀，确保回填后墙体稳定。

6 结语

(1)本工程采用柔性垂直防渗墙技术，是一种高效的快速阻隔污染扩散的处理手段。

(2)柔性垂直防渗墙采用低渗透性HDPE 膜为主要工程材料，采用锁扣形式连接，底部灌注密封剂，在垂直方向上连续闭合无漏点。

(3)本工程顺利完成超深(平均深度40m)环境下HDPE 膜连续墙的施工，在施工过程中未出现质量问题。