一种用于水平阻隔抗有机气体侵蚀的工程优化方法

1.本发明涉及污染场地控制与治理技术领域，尤其涉及一种用于水平阻隔抗有机气体侵蚀的工程优化方法。


背景技术：

2.随着社会和经济的进步，工业和农业不断发展，同时因此产生的土壤污染问题也越来越严重，相对于农业耕地类污染，城市工业污染的污染程度较大、污染组分复杂、污染深度大，我国城市工业污染可分为四类，包括持续性有机污染物（pops）污染场地，石油、化工、焦化等的有机污染场地，电子废弃物污染场地，重金属污染场地，其中，有机污染物在城市工业污染中占了很大的比重。
3.国内外城市有机污染场地的治理中，填埋占据了很大的比重，而在一般填埋工程中都会设计水平阻隔系统，环境岩土工程领域的水平阻隔系统由上到下通常包括生态植被层、表土层、保护层、排水层、土工膜、土工合成黏土衬垫、击实黏土衬垫，其中土工膜、土工合成黏土衬垫和击实黏土衬垫为阻隔层，可以用于阻隔挥发性有毒有害气体，事实上，重金属离子几乎不能透过土工膜，然而吸附试验和扩散试验发现对二甲苯、乙苯、邻二甲苯和甲苯等有机污染可以通过土工膜迁移，另外，国内外研究发现即使是经过严格的施工质量控制（cqc）和施工质量保证（cqa）程序，实际施工过程中土工膜的破损也是不可避免的，复合衬垫系统大部分渗漏是通过土工膜破损产生的，而基于气液二相流和热流的热驱动脱水和干燥理论，土工合成黏土衬垫在一定温度梯度（25℃/m）下会发生失水干燥，严重影响对污染物的阻滞效果，实际施工过程中工期较长，国外学者发现击实黏土层即使在上覆土工膜和砂土保护层时，在阳光直射下也会失水开裂，产生裂缝。若黏土失水干燥将导致击实黏土层的渗透系数增大接近2个数量级，会对复合衬垫系统的整体阻隔效果造成巨大影响，因此，提出一种用于水平阻隔抗有机气体侵蚀的工程优化方法，用以解决上述所提出的问题。


技术实现要素：

4.基于背景技术存在的技术问题，本发明旨在针对水平阻隔系统实际施工过程中由于击实黏土层发生失水开裂、土工合成黏土衬垫失水开裂、土工膜发生破损而导致有机气体扩散迁移这一常见工程问题提出解决方案，一是本发明要解决击实黏土层在阳光直射下发生失水开裂的问题，二是本发明要解决土工合成黏土衬垫在温度梯度下发生失水干燥的问题，三是本发明要解决土工膜在施工过程中容易发生破损且有机污染物可以通过土工膜发生扩散迁移的问题，基于上述问题，本发明提出了一种用于水平阻隔抗有机气体侵蚀的工程优化方法。
5.本发明提出了一种用于水平阻隔系统的抗有机气体侵蚀的工程优化方法，包括水平阻隔系统，所述水平阻隔系统由下到上依次设置有污染土层、击实黏土层、土工合成黏土衬垫、第一土工膜、改性沥青层、第二土工膜、控温层、保护层、表层土以及植被，针对击实黏土层在阳光直射下发生失水开裂的问题，本发明在击实黏土中加入一定量的凹凸棒土作为
保水剂，由于凹凸棒石黏土内部孔道众多，大部分阳离子、水分子、一定大小的有机分子均可以被吸附，实际上形成了类似于具有天然纳米通道的材料，其吸附效果类似于“沸石分子筛”；针对土工合成黏土衬垫在梯度下发生失水干燥的问题，本发明在土工膜上方设置厚度为5cm的xps（挤塑式聚苯乙烯隔热控温板）控温层，有效防止xps控温层下方土体因温度梯度过大产生失水开裂；针对土工膜在施工过程中容易发生破损且有机污染物可以通过土工膜发生扩散迁移的问题，设置两层土工膜，两层土工膜之间通过喷再生橡胶改性沥青层相粘结，并在击实黏土层上方铺设厚度为8mm的土工合成黏土衬垫，在防止土工膜出现破损的同时加强水平阻隔系统的防渗和阻气性能。
6.本工程优化方法中，水平阻隔系统由下到上依次设置有污染土层、击实黏土层、土工合成黏土衬垫、第一土工膜、改性沥青层、第二土工膜、控温层、保护层、表层土以及植被。
7.其中：击实黏土层中凹凸棒土的掺量为5%，凹凸棒土原矿产自江苏盱眙，经粉碎、初筛、打浆、过滤、烘干后过100目筛；土工合成黏土衬垫厚度为8mm，采用粉末型钠基膨润土防水毯，施工前需进行2小时预水化，施工时压实铺设，搭接处需进行渗透性测试并检验其气密性，保证其能够有效阻止水、有机气体和化学蒸汽的扩散；第一土工膜厚度为0.5mm，第二土工膜厚度为2mm，二者均为高密度聚乙烯（hdpe）土工膜，其基本性质参数符合cj/t234-2006《垃圾填埋场用高密度聚乙烯土工膜》的要求；改性沥青层采用再生橡胶改性沥青，其制备方法为将废旧橡胶加工为直径小于等于1.5mm的颗粒，与沥青混合，经150-200℃加热脱硫而成，其具有一定弹性、塑性、气密性、低温柔韧性和抗老化性，在施工时使用独立喷雾器进行喷射，控制改性沥青层厚度为2mm，形成具有易粘合，伸长和疏水特性的快速固化的膜，在加强土工膜耐久性的同时具有阻隔有机气体的作用；第二土工膜的上方设置5cm厚的xps（挤塑式聚苯乙烯隔热控温板）控温层，其导热系数小于0.05，接缝处需注浆粘结，起到控制下方土体温度梯度的作用。
8.一种用于水平阻隔系统的抗有机气体侵蚀的工程优化方法，包括以下步骤：s1：清挖待修复污染场地土层至标高；s2：将保水剂与黏土拌和均匀，铺设在污染土层上，经分层击实后，得到击实黏土层；s3：铺设8mm厚的土工合成黏土衬垫；s4：铺设0.5mm厚的土工膜；s5：采用独立喷雾器喷涂改性沥青，改性沥青层厚度为2mm；s6：铺设2mm厚土工膜；s7：铺设控温层并注浆粘结；s8：铺设保护层；s9：铺设种植土，得到表层土；s10：种植植被。
9.本发明的有益效果是：（1）本工程优化方法中击实黏土层中凹凸棒土的掺量为5%，起到了保水剂的效果，在水平阻隔系统施工过程中能防止击实黏土层在阳光直射下发生失水开裂，同时优化后击实黏
土层土体的长期体积含水率较现有的普通击实黏土层高10%以上。
10.（2）本工程优化方法中采用土工膜-击实黏土层-土工膜结构，该结构能有效降低实际施工过程中土工膜的破损发生率，同时改性沥青层的存在可以防止有机气体穿透土工膜，其气体扩散系数也大大降低，远小于1
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10-6m2/s。
11.（3）本工程优化方法中xps控温层厚度为5cm，在冬季或夏季极端天气条件下可有效减小下层土体的温度梯度，使其温度梯度小于25℃/m，防止土体因热梯度效应而发生失水开裂。
12.（4）本工程优化方法中凹凸棒土为天然黏土材料，xps为市面上常见的材料，再生橡胶改性沥青原料为沥青和废旧橡胶轮胎，成本低廉，获取途径简单，实现了废物再利用。
13.本发明通过加入凹凸棒土提高击实黏土层的保水能力，防止黏土层失水开裂导致有机气体通过裂隙发生扩散；通过铺设土工合成黏土衬垫加强防渗和阻气性能，同时保护土工膜不受中粗砂和碎石的影响；通过改性沥青粘结而成的两层土工膜为水平阻隔系统提供一层完整的膜结构，防止水、有机气体和化学蒸汽的扩散；在土工膜表面设置控温层可有效隔绝地上温度对土体的影响，防止土体因水分蒸发而开裂。
附图说明
14.图1为本发明提出的一种用于水平阻隔抗有机气体侵蚀的工程优化方法的垂直剖面图；图2为土工膜-改性沥青层-土工膜结构的效果图；图3为本发明提出的一种用于水平阻隔抗有机气体侵蚀的工程优化方法的结构示意图。
15.图中：1-植被；2-表层土；3-保护层；4-控温层；5-第二土工膜；6-改性沥青层；7-第一土工膜；8-土工合成黏土衬垫；9-击实黏土层；10-污染土层。
具体实施方式
16.下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
17.实施例一本发明提出了一种用于水平阻隔抗有机气体侵蚀的工程优化方法，该工程优化方法中水平阻隔系统（如图1）由下到上依次设置有污染土层10、击实黏土层9、土工合成黏土衬垫8、第一土工膜7、改性沥青层6、第二土工膜5、控温层4、保护层3、表层土2以及植被1，而土工膜-改性沥青层-土工膜结构效果图如图2。
18.其中：击实黏土层9中凹凸棒土的掺量为5%，凹凸棒土原矿产自江苏盱眙，经粉碎、初筛、打浆、过滤、烘干后过100目筛备用；击实黏土采用当地黏土，使用前应烘干12小时以上，将黏土、凹凸棒土加水均匀拌合后，平铺于污染土层上，进行分层击实，每20cm应击实一次，击实后厚度不大于15cm，总厚度控制在60cm左右，且其渗透系数应小于1
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10-7cm/s；土工合成黏土衬垫8厚度为8mm，采用粉末型钠基膨润土防水毯，施工前需进行2小时预水化，施工时压实铺设，搭接处需进行渗透性测试并检验其气密性，其渗透系数应小于5
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10-9cm/s，保证其能够有效阻止水、有机气体和化学蒸汽的扩散；第一土工膜7厚度为0.5mm，第二土工膜5厚度为2mm，二者均为高密度聚乙烯（hdpe）土工膜，其基本性质参数符合cj/t234-2006《垃圾填埋场用高密度聚乙烯土工膜》的要求；改性沥青层6采用再生橡胶改性沥青，其制备方法为将废旧橡胶加工为直径小于等于1.5mm的颗粒，与沥青混合，经150-200℃加热脱硫而成，其具有一定弹性、塑性、气密性、低温柔韧性和抗老化性，在施工时使用独立喷雾器进行喷射，控制改性沥青层厚度为2mm，形成具有易粘合，伸长和疏水特性的快速固化的膜，在加强土工膜耐久性的同时具有阻隔有机气体的作用；土工膜-改性沥青层-土工膜结构根据本发明所述方法进行施工，其气体扩散系数应小于1
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10-9m2/s；第二土工膜的上方设置5cm厚的xps（挤塑式聚苯乙烯隔热控温板）控温层4，其导热系数小于0.05，接缝处需注浆粘结，所注浆液为黏土泥浆，起到控制下方土体温度梯度的作用。
19.图3为某污染场地中复合水平阻隔系统的施工顺序图。
20.其施工步骤为：s1：清挖待修复污染场地土层至标高；s2：将保水剂与黏土拌和均匀，铺设在污染土层上，经分层击实后，得到击实黏土层；s3：铺设8mm厚的土工合成黏土衬垫；s4：铺设0.5mm厚的土工膜；s5：采用独立喷雾器喷涂改性沥青，改性沥青层厚度为2mm；s6：铺设2mm厚土工膜；s7：铺设控温层并注浆粘结；s8：铺设保护层；s9：铺设种植土，得到表层土；s10：种植植被。
21.（1）本工程优化方法中击实黏土层9中凹凸棒土的掺量为5%，起到了保水剂的效果，在水平阻隔系统施工过程中能防止击实黏土层9在阳光直射下发生失水开裂，同时优化后击实黏土层9土体的长期体积含水率较现有的普通击实黏土层高10%以上。
22.（2）本工程优化方法中采用土工膜-击实黏土层-土工膜结构，该结构能有效降低实际施工过程中土工膜的破损发生率，同时改性沥青层的存在可以防止有机气体穿透土工膜，其气体扩散系数也大大降低，远小于1
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10-6m2/s。
23.（3）本工程优化方法中xps控温层厚度为5cm，在冬季或夏季极端天气条件下可有效减小下层土体的温度梯度，使其温度梯度小于25℃/m，防止土体因热梯度效应而发生失水开裂。
24.（4）本工程优化方法中凹凸棒土为天然黏土材料，xps为市面上常见的材料，再生橡胶改性沥青原料为沥青和废旧橡胶轮胎，成本低廉，获取途径简单，实现了废物再利用。
25.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。