环保新质生产力 |GCL复合竖向阻隔屏障技术

导  言

生态环保产业作为支撑生态文明建设和高质量发展的关键力量，正面临着转型升级的迫切需求。环保新质生产力，正成为推动产业向前发展的核心力量。本栏目将聚焦生态环保产业的新技术、新装备、新材料、新模式，深入宣传推广科技创新成果，及时发布环境技术进步奖项，全面介绍行业内的实用技术装备和示范工程，引导行业持续创新，加快数字、智慧、科技的融合赋能，为经济社会全面绿色转型贡献力量。

2023-J-37

申报单位

天津中联格林科技发展有限公司

推荐单位

天津市环境保护产业协会

一、技术简介

适用范围

GCL复合竖向阻隔屏障技术适用于所有开槽类垂直防渗工程，特别适用于污染场地风险管控、老旧垃圾填埋场治理、矿渣堆场治理等垂直防渗等级要求较高的领域。

技术原理

GCL复合竖向阻隔屏障技术为污染管控技术，通过工程措施阻隔污染物与周围环境的联系，限制污染物迁移，从而实现对污染物的有效管控治理。GCL复合竖向阻隔屏障技术是通过将高性能土工防渗材料——钠基膨润土防水毯（简称GCL）引入垂直防渗领域中，借助GCL优异防渗性能，与垂直防渗墙组成复合防渗结构，以解决单层结构竖向阻隔屏障防渗等级不能满足环保要求的问题。

GCL防渗性能优异，渗透系数小于5×10^-9 cm/s，在更为复杂的污染环境中，可以选择粉末型GCL、覆膜型GCL等防渗性能更好的GCL产品，以保证GCL的防渗性能满足使用要求。GCL复合竖向阻隔屏障技术通过解决GCL竖向平直下放、材料搭接、拐角部位施工等一系列难题，将GCL成功引入垂直防渗领域，与低渗透性墙体组成复合防渗结构。低渗透墙体可选择土-膨润土墙、水泥-膨润土墙、塑性混凝土墙等常规防渗墙体，还可以针对特定污染物设计成为低渗透性反应墙，以提升墙体对污染物的吸附反应能力。

GCL竖向通过搭接形成防渗整体，GCL搭接缝和墙体的接头缝错开50cm，依靠GCL优异的防渗性能，能够解决单一墙体存在的防渗性能差，接头部位渗漏等问题。工程实际应用中，会根据现场实际情况有针对性选择GCL与低渗透墙体的组合类型，并经实验室验证后方可应用。

工艺路线

GCL复合竖向阻隔屏障技术是在开挖成槽后，先沿槽壁一侧或者两侧竖向铺设GCL复合构件，然后在槽内回填低渗透性墙体材料，筑成具有防污抗渗功能的复合垂直防渗屏障，具体的工艺路线如下：

1.建造导墙：导墙具有挡土、挖槽基准、施工平台、存蓄泥浆等功能，是竖向阻隔屏障施工必不可少的临时构造物。

2.开挖成槽：沟槽需深入相对隔水层大于1m，成槽过程中使用泥浆护壁，以保证槽壁稳定。护壁泥浆主要的功能是维持施工过程中槽壁稳定，但在GCL复合竖向阻隔屏障技术中，护壁泥浆还部分承担着密封剂、润滑剂的作用。

3.竖向安装GCL复合构件：验槽合格后，使用研发的GCL竖向安装装备，沿槽壁一侧或两侧竖向安装GCL复合构件。GCL复合构件通过搭接形成防渗整体，搭接宽度需≥45cm。为保证GCL复合构件的搭接连接效果，研发了专用的接头箱，能够阻挡回填材料及其他异物进入搭接区域，且能够压覆已铺设GCL复合构件，能够保证GCL复合构件的安装效果。

4.墙体浇筑：墙体材料不同，成墙方法也不相同，塑性混凝土、水泥膨润土等墙体材料一般采用水下浇筑混凝土方法施工，土-膨润土（SB）墙一般采用回填方法施工。

应用效果

GCL复合竖向阻隔屏障技术是自主研发的柔性复合竖向阻隔屏障技术，渗透系数＜1×10^-7cm/s，满足环保防渗要求。本技术是通过工程措施阻隔污染物与周围环境的联系，同时控制外界地下水流入污染场地，从而实现对污染物的有效管控治理。本技术对污染物的控制为物理隔绝方式，能够对各类型污染物进行封闭管控。工程实践表明，该技术对垃圾渗滤液、有机污染物、无机污染物、重金属污染物等各类污染物均有较好的管控效果。

在GCL复合竖向阻隔屏障技术实施过程中，存在的二次污染为劣化的护壁泥浆和成槽开挖的土壤，如果随意倾倒，会对周围环境产生不利影响。由于开槽施工过程需要膨润土泥浆护壁，受污染的地下水或者渗滤液会进入护壁泥浆中，并对护壁泥浆产生劣化，当护壁泥浆技术指标达不到使用要求时，需要用泥浆运输车将劣化的护壁泥浆运送到制定的地点进行处理。由于场地已经受到污染，成槽过程中开挖的土壤大概率已经被污染，因此也需要存放在指定的地点，严禁随意倾倒。

GCL竖向阻隔屏障技术已应用到多个环境治理项目中，并取得较好的应用效果。以静海项目为例，工程现场钻心取样送检及后期监测表明，GCL复合竖向阻隔屏障防渗性能优异，渗透系数检测可达到10-8 cm/s；根据完成第一年的垂直防渗墙外监测井检测报告可知，经垂直防渗墙实施后，污染物扩散没有进一步加剧，并且有逐步改善的趋势，为类似工程治理提供一种新的治理方案。

研发背景

在治理污染场地的污染物向外扩散时，竖向阻隔屏障是有效的污染场地风险管控技术，在污染场地治理中，其基本作用是将两块区域分隔开来，阻隔污染物与周围环境的联系，管控污染场地中污染物向外界扩散，同时控制外界地下水流入污染场地，从而实现对污染物的有效管控治理。常规竖向阻隔屏障为单层结构，存在接头、墙体绕渗以及材料自身防渗性能差等问题，很难适应环保等领域的高防渗等级要求。环保领域中使用了大量高性能防渗土工材料，如果将这些材料引入到竖向阻隔领域，组成复合防渗结构，则能够有效解决常规竖向阻隔屏障存在的问题。研究初期，市场上存在复合垂直防渗技术为从国外引进的HDPE垂直帷幕技术，但HDPE垂直帷幕技术存在锁扣连接难度大，施工深度受限，与其他墙体材料均不能有效结合，工程造价高等问题，使得该技术在一些领域中的应用受限。钠基膨润土防水毯（简称GCL）为水平防渗常用的高性能土工材料，如将GCL引入到竖向阻隔领域中，可以依托GCL优异的防渗性能，去解决现有单层结构竖向阻隔技术防渗等级低的缺点，并为竖向阻隔屏障工程提供一种新的解决思路和技术方案。

技术特点

1.引入GCL提升防渗性能

本技术通过解决GCL的竖向平直下放、材料竖向连接、拐角部位施工等一系列难题，创造性地将水平防渗常用钠基膨润土防水毯（GCL）引竖向防渗领域，使整体渗透系数≤1×10^-7 cm/s，满足环保防渗要求。GCL表层粗糙，能够与低渗透墙体材料及周围土体紧密结合形成一个整体。GCL复合构件采用搭接方式连接，可满足超深槽段垂直铺设。

2.复合防渗结构

本技术为复合防渗结构，低渗透墙体能够阻隔绝大多数污染物，而GCL能够提升整体防渗性能，使该技术能够满足环保防渗要求。GCL复合构件的搭接缝和低渗透墙体的接头缝错开50 cm，有效解决了常规竖向阻隔屏障技术接头部位渗透的问题，并能够延长竖向阻隔屏障服役年限。复合防渗结构，可以有针对性选择GCL和墙体类型，以适应不同应用场景，满足不同的防渗等级需求。

3.自主研发施工设备和施工工艺

为保证GCL复合构件能够平直、受控的竖向安装铺设，自主研发了固定式GCL竖向安装装备、可移动式GCL竖向安装装备、GCL复合构件拐角安装装备及特制接头箱等，并针对本技术的施工特点自主编制施工工艺，为本技术实施提供了技术方案和配套机具。

二、典型应用案例

案例名称

宁河冯庄子垃圾临时存放点存量垃圾原地封场工程GCL复合垂直防渗屏障综合治理工程

案例简介

业主单位：天津市宁河区城市管理委员会

设计单位：天津市市政工程设计研究院

监理单位：天津市园林建设工程监理有限公司

施工单位：天津中联格林科技发展有限公司

运行单位：业主自运行

项目地块为一块废弃坑塘，2015年开始临时堆放垃圾，于2017年6月停用。该堆放点存放大量的生活垃圾、建筑垃圾以及粉煤灰等，垃圾中含有大量的有机物、无机物和毒害物质，由于非正规填埋场缺乏符合标准的防渗系统，上述物质可能会随着渗沥液进入土壤和水体，对周围的大气、土壤、地表水和地下水资源造成环境污染。为保护好周边的环境，当地主管部门决定对此处的存量垃圾进行就地封场治理及生态植被修复。本项目总占地面积为20485.7m²，垃圾范围面积为19360.5m²，垃圾填埋体积约为90601.6 m³，垃圾填埋量约为12.04万t，GCL复合垂直防渗施工面积为11200m²。

由于存量垃圾体量过大，本着节约资金并最大程度控制周围土壤、地下水和空气质量风险的问题，设计采用“GCL复合垂直防渗屏障+封场覆盖” 为主体工程的原地封场方案来进行风险管控。GCL复合垂直防渗屏障平均深度为20m，最大深度25m，堆体铺设封场覆盖系统。工程现场取样送检及后期监测表明，GCL复合垂直防渗屏障防渗性能优异，渗透系数检测可达到10-8 cm/s，远优于现有垂直防渗技术，后期监测结果显示治理效果良好，满足设计及国家标准要求。本项目通过GCL复合垂直防渗屏障的建设，有效管控污染物的扩散，达到了保护周边环境的目的，为周边环境改善做出了贡献。

达到的标准或性能要求

本项目垂直防渗执行标准《生活垃圾卫生填埋场岩土工程技术规范》（CJJ 176-2012），GCL复合竖向阻隔屏障墙体设计厚度为≥600 mm，要求墙体28天抗压强度≥0.3 MPa，整体渗透系数≤1×10^-7 cm/s。

业主单位

天津市宁河区城市管理委员会

投运时间

2019年11月30日

工艺流程

图 项目施工流程图

本项目使用SG35A型液压抓斗成槽机开槽、泥浆护壁，在沟槽内远离污染物一侧紧壁铺设一层GCL复合构件后，进行水泥-膨润土墙体材料的水下导管灌注，最终形成一道复合竖向阻隔墙。本项目GCL竖向阻隔屏障施工工艺流程如图所示：

本项目施工工艺流程如下：

（1）建造导墙：导墙是竖向阻隔屏障施工必不可少的临时构造物，成槽前先要构筑导墙，其具有挡土、挖槽基准、施工平台、存蓄泥浆等功能，建造导墙前应测量放线准确。

图 建造导墙

（2）开挖成槽：沟槽底部需深入相对隔水层大于1.2 m，成槽过程中使用泥浆护壁，以保证槽壁稳定。

图 液压抓斗机开挖成槽

（3）GCL复合构件竖向安装：验槽合格后，使用研发的GCL竖向安装装备，沿槽壁外侧竖向安装GCL复合构件。GCL复合构件通过搭接形成防渗整体，搭接宽度需≥45 cm，依靠GCL优异的防渗性能，能够解决单层墙体存在的防渗性能差，接头部位渗漏等问题。

图 GCL复合构件下放

（4）墙体成墙：墙体材料不同，成墙方法也不相同，本项目墙体材料为水泥膨润土浆，采用水下浇筑混凝土方法施工。

（5）素混凝土压顶：浇筑的墙体材料凝固后，由于顶部墙体内含有沉渣和浮浆，为保证墙体质量，需要移除顶部0.5m的墙体材料，然后浇筑强度C30的素混凝土。

运行情况

图 治理后运行图

本项目的实施，对该区域的土壤及地下水的污染风险进行管控。通过填埋场封场，管控城市大气环境、土壤环境和水环境污染风险，防止蚊蝇、鼠类滋生导致疾病传播，保障填埋场周边水环境安全；通过生态恢复工程，为城市增加绿地景观带，有利于当地的水土保持及环境美化。在GCL复合竖向阻隔屏障技术实施过程中，存在的二次污染为劣化的护壁泥浆和成槽开挖的土壤，如果随意倾倒，会对周围环境产生不利影响。但鉴于二次污染物源自场内，且后续还需封场覆盖治理及垃圾渗滤液处理，因此项目产生的劣化护壁泥浆和开挖土壤存放在场内指定的地点即可。

项目对GCL复合构件及墙体进行第三方检测，按标准《钠基膨润土防水毯》（JG/T 193-2006）检测，GCL复合垂直防渗屏障用GCL复合构件渗透系数为3.92×10^-11m/s，按标准《土工试验规程》（SL 237-1999）检测，塑性混凝土渗透系数为9.15×10^-8cm/s，防渗性能满足设计要求。

下表为工程实施一年后1号和2号监测井内检测项目的变化情况，可以看到污染物有逐步改善的趋势，GCL复合竖向阻隔屏障发挥了应有的作用。

技术应用产生的碳减排效果

GCL复合竖向阻隔屏障技术满足设计及国家标准要求，相比于常规竖向阻隔屏障技术，如水泥搅拌桩、塑性混凝土墙等，由于防渗性能不能满足环保要求，为尽可能阻隔污染物，则需要建造多层搅拌桩或者增加墙体厚度，增大了工程量和施工难度。而GCL复合竖向阻隔屏障的墙体厚度可以控制在600mm或者更薄的墙体，较少材料的使用，达到了减碳效果。GCL安装简便，与压实黏土层CCL相比，安装3.6万m²的GCL能够减碳59%。

存量垃圾的封场治理，通过现场安装主动导排系统，将填埋气体及调节池废气收集，然后在封闭式火炬燃烧处理，有效阻止了废气的排放，防止出现安全事故及温室气体的排放，达到减碳效果。此外，通过对垃圾堆体进行覆盖及绿化，有效防止蚊虫肆虐，美化了周边环境，为周边环境改善做出了贡献。

三、技术申报单位联系信息  

单位名称：天津中联格林科技发展有限公司

单位地址：天津市西青区李七庄街道秀川路10号秀川国际大厦8楼

联系人：何顺辉

联系电话：356

电子邮箱：

为加快高科技、高效能、高质量的新技术、新装备和新材料应用，我会面向所有环保企事业单位，开展免费的生态环境保护实用技术装备和示范工程推广服务。从1991年至今，已累计推广近5000项，推出了火电厂超低排放、膜生物反应器、大型生活垃圾焚烧炉排炉等主流技术和装备，入选单位中高新技术企业占比近70%，成为创新型环保企业信赖的推广起点站，以及管理部门和排污企业认可的技术选用平台。 

欢迎各界环保人士，积极参与生态环境保护实用技术装备和示范工程相关工作。如您对历年入选项目感兴趣，可在我会官网首页查询中心“先进技术案例”栏目查询。

示范工程指采用先进生态环境保护技术、装备、材料或创新服务模式，具有示范推广意义的工程，包括污染防治工程、生态修复工程、资源综合利用工程、碳减排及生态环境综合治理工程。