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1、超深垃圾填埋场智能化土壤改良施工工法超深垃圾填埋场智能化土壤改良施工工法江苏南通六建建设集团有限公司冒小玲 邹科华 杨坚 孙铁兵 王 林1.1.前言前言垃圾是人类生活的必然产物，垃圾的粗放式处理吞噬了我们的土地，破坏填埋场周围的环境， 土壤污染已成为世界性问题,大量相关资料显示我国土壤污染总体形势相当严峻，这些污染场地严重威胁着人体健康和环境安全，污染场地土壤的治理修复和再利用已成为亟需解决的问题。垃圾填埋是目前全球垃圾处理的主要方式，传统的垃圾处理方式是将垃圾集中填埋，让其自行发酵。其优点是投资少、工艺简单、处理量大，并较好地实现了地表的无害化，但是，在发酵过程中会产生二氧化碳和甲烷等废气，
2、易造成常规污染，还可能带来温室效应，甚至有爆炸的危险，其垃圾渗漏液还会长久地污染地下水资源，所以，这种方法潜在着极大危害，会给子孙后代带来无穷的后患。我们在承建的土壤改良工程施工中， 研发了一种新型的超深垃圾填埋场智能化土壤改良施工技术，该技术根据污泥的性质、深度，配置由匀速绕流搅拌设备、固化材料输送装置并集成智能化控制的原位土壤改良设备系统，该技术最大搅拌深度可达 15m，匀速绕流搅拌设备在运行过程中，搅拌更均匀，运行成本更低，污泥固化量更大，平均每图 1-1 垃圾填埋场原貌图 1-2 竣工航拍图个搅拌系统可日处理污泥坑污泥 1200 立方米。 搅拌头在污泥内进行三维空间搅拌作业，对污泥坑的
3、扰动少、二次污染小；处理工艺简单、工程实施方便，土壤修复过程中不产生渗沥液，施工工期短。2.2.工法特点工法特点2.1 是一种搅拌更均匀，运行成本更低、污泥固化效率更高、质量更好、更加环保的施工方法。2.2 该匀速绕流搅拌设备主臂设计深度为 8米，上部设计可拆卸的加长臂，与主臂采用法兰连接。施工超过 8 米时再行安装，最大搅拌深度可达 15m，与一般搅拌设备相比，搅拌深度更深，实施更方便。2.3 智能化控制， 固化材料的输送设计了一种特殊的输送设备，该设备设置有不同的输送管道，固化材料按照不同的配比，通过各自的管道输送到搅拌头，材料的喷入速度和体量智能化控制，送灰量更准确，固化效果更好、经济效
4、益更显著。2.4 该匀速绕流搅拌设备搅拌头两侧刀排可同向旋转，且可以逆向旋转,搅拌头在污泥内可进行三维空间搅拌作业，对污泥坑的扰动更小，主管道进入箱体内部从搅拌器上部设计的出料口出料，开孔防堵管，有效控制了堵管现象，搅拌工效更高，每个搅拌系统可日均处理污泥 1200 立方米。整个系统只需一人操作，节约人力。2.5 该土壤改良施工技术操作简单，在施工过程中不产生渗沥液，无二次污染，土壤改良后可以被资源化利用。3.3.适用范围适用范围超深垃圾填埋场智能化土壤改良施工技术， 适用于不对污泥进行迁移的垃圾填埋场进行土壤改良，该匀速绕流搅拌设备可将 15 米深度范围内的污泥进行固化。4 4、工艺原理、工
5、艺原理图 2材料输送管道根据污泥的性质、深度，配置由匀速绕流搅拌设备、固化材料输送装置并集成智能化控制的原位土壤改良设备系统。超深垃圾填埋场智能化土壤改良施工技术，将专用原位固化设备布置到位，原位固化设备系统整体体积大， 根据现场场地和地基承载力的实际情况， 采用后台固定的配套组合的方式。 根据设备系统整体结构特点将其分为三部分，即匀速绕流搅拌设备、材料供料器、主机设备三部分，使用压力管道将固化材料从后台供应系统输送至匀速绕流搅拌器进行污泥原位固化。 匀速绕流搅拌器安装主机上， 主管道进入箱体内部以后从搅拌器上部出料。 在专业驾驶员的操作下在原位进行固化剂和污泥土的稳定拌合作业， 后台供料系统
6、则在进行污泥原位固化处理时输送粉体材料，系统化的输料设备配备粉体计量装置，可设定和调节所需固化材料的输送速度和体量，记录粉体的瞬时喷入量及累计喷入量，保证送灰量的准确性及均匀性，从而保证污泥加固区域的计量的准确性，确保加固质量。原位匀速绕流搅拌系统是根据填埋场污泥坑的现场环境， 借助于主机动力和各项操作系统配合设计开发的搅拌系统，搅拌器功率及扭矩大，不易被污泥的杂物缠绕。经过特殊设计的水平滚轴和匀速绕流搅拌头借助挖主机的长臂和转角性能在污泥内进行三维空间的搅拌作业，在污泥中均匀搅拌从由后台输出的固化剂，形成污泥固化区域。通过对传统挖掘机的液压驱动、液压控制、搅拌头连接等进行改进，操作人员可在挖
7、掘机的操作室里随意控制挖掘机臂上的搅拌头转速、上下左右运动；可以通过控制系统观察搅拌头及固化剂输出运行的状态。图 4-1 匀速绕流搅拌设备通过对传统的水泥散装槽罐车的压力输料系统进行改进，可将固化剂直接输送至匀速绕流搅拌头端部，搅拌头绕流搅拌过程中形成负压空间将粉体固化剂喷入污泥中，将固化剂和污泥进行有效均匀的混合，从而达到污泥固结的效果。5.5.工艺流程及操作要点工艺流程及操作要点 5.1 施工工艺流程工程测量渗沥液导排划分施工单元确定污泥参数坑表杂物清除固化设备就位固化药剂配比设备供料匀速绕流搅拌临时铺土覆盖抽芯检测导气井施工防尘除臭防渗施工土方回填5.2 操作要点5.2.1 工程测量工程
8、测量主要任务是：方格网测设或复测、平面测量、高程测量及沉降观测。测量人员必须熟悉总体布置图和建筑施工图设计，找出主要轴线的设计位置，以及各部分之间的几何关系，再结合现场条件和控制点的分布，建立合理的施工测量控制网和施工放样方法。5.2.2 表层渗沥液导排渗沥液来源有以下几个方面：直接降水、地表径流、地下水、垃圾中的水份、覆盖材料中的水份、垃圾中有机物降解所产生的水份，其中大气降水是最主要的，其它因素对渗沥液水量的影响很小。影响渗沥液产生量的主要因素有填埋场构造、蒸发量、垃圾的性质、防渗层的结构、表层覆盖材料等。其中填埋场的构造对渗沥液的产生量有很大图 4-3 智能化控制系统图 4-2 供料设备
9、关系。一个设计合理的填埋场应尽量避免地下水和地表径流进入填埋场。施工前表层渗滤液转运：施工前先进行现场勘查，场区内的渗沥液一部分可通过输送管排至调节池，另外一部分可通过排水管道直接排至下游的市政污水管网。为保证原位固化方案的有效实施，垃圾填埋场智能化土壤改良施工前，需先及时将污泥坑内的表层渗沥液排除。5.2.3 划分施工单元根据污泥深度初勘数据，基于现场施工机械控制范围、 原位固化设备的工作范围及药剂添加量范围等参数，根据污泥坑的情况，沿污泥坑坝体及能承载固化搅拌设备的污泥坑周边，划分单元格，采用原位固化设备， 在不同的污泥坑先后根据各自深度和地貌进行污泥固化施工。 考虑固化 设 备 处 理
10、半 径 为 6-7m ， 深 度10-15m，将污泥填埋区划分约为 10m6m 的单元网格，便于施工机械操作。如果污泥特性变化较大，可根据实际现场实施条件进一步细分网格，便于下一步污泥固化施工操作和保证污泥固化效果。将每一层污泥施工区域划分约为 10m6m 的半环状单元网格,每批次固化施工前，采用全站仪测设若干碎部控制点，用不同颜色的彩旗做好标记，采用距离交汇法定出待测区域方格网角点，将待固化区域范围内的方格网角点定出来，撒白灰做好标记，再用长臂反铲挖掘机在挖斗上固定一根柔性钢丝绳下端固定一根质量不小于 200kg 的铁钎，让铁钎缓慢、垂直沉入污泥。然后用卷尺测量出钢丝绳上污泥液面标记至铁件底
11、面的长度，即为该方格网角点污泥实际深度。5.2.3-1 单元格划分示意图5.2.4 污泥参数确定对每个污泥坑各个部位随机取样并分析，根据每个污泥坑的污泥综合特性，经过试验配比，拟定每个污泥坑固化剂添加比例，根据固化剂的施工配比控制每一个污泥坑固化剂掺加量。5.2.5 污泥坑表面杂物清除污泥坑表面残存的漂浮物需要打捞去除， 以免污泥固化施工时对固化设备作业造成影响。在每个单元格固化施工前，使用挖掘机将污泥坑表面的漂浮物等杂物打捞，统一收集后转运到垃圾场填埋处理。5.2.6 固化设备就位根据制定的施工图，将专用原位固化设备布置到位，原位固化系统设备系统整体体积大，根据现场场地和地基承载力的实际情况
12、，采用后台固定的配套组合的方式。根据设备系统整体结构特点将其分为三部分，即原位匀速绕流搅拌器、材料供料器、主机设备三部分，原位匀速绕流搅拌器安装主机上，使用压力管道将固化材料从后台供料系统输送至绕流搅拌器进行污泥原位固化。图 5.2.3-2 勘测污泥坑深度图 5.2.3-3 污泥坑深度量测5.2.7 固化药剂配比固化剂主要组成成分分为四大类：结构剂、矿化剂、促凝剂和早强剂。结构剂采用的是普通硅酸盐水泥，矿化剂为生石灰粉，促凝剂为无机盐，早强剂由包含 3 种或 3 种以上无机盐、无机高分子聚合物和工程外加剂等混合物组成。结合污泥坑污泥性质差异进行小试、中试，对固化药剂配比及添加比例优化，筛选出分
13、别适用于各种污泥坑的特定药剂配比和添加比例的固化剂。实验结果表明，固化剂添加比例不同固化效果也不一样，总体上随着固化剂添加比例增加污泥固化强度则随之增强，针对各污泥坑污泥性质差异，各药剂添加比例也会有所差异。图 5.2.6-1 供料装置图 5.2.6-2 匀速绕流搅拌头图 5.2.7药剂配比试验图 5.2.8设备供料5.2.8 设备供料材料储备、管理：由于污泥原位固化项目需要大量固化材料，为降低成本，有效利用资源，可靠有序地保证污泥固化工作的固化材料供应，应在场地内设置材料中储区，进行材料储备。安排专职人员负责材料的管理工作。做好记录，严格控制材料的消耗。通过进场称重、 出料时经过电子配料秤称
14、重或磅秤， 保证固化材料的添加精度。 施工中，先由周转罐将固化剂输送至专用设备后台， 后台系统根据搅拌区域的实际用量通过管道输送给搅拌设备。施工现场配置散装粉料罐作为专用转料设备，在固化工作施工时，对后台进行实时供料，后台供料设备固定在散装粉体灌旁进行操作。5.2.9 原位固化匀速绕流搅拌原位固化匀速绕流搅拌系统是根据填埋场污泥坑的现场环境，借助于主机动力和各项操作系统配合设计开发的搅拌系统，搅拌器功率及扭矩大，不易被污泥的杂物缠绕。经过特殊设计的水平滚轴和螺旋搅拌头借助挖主机的长臂和转角性能在污泥内进行多角度的搅拌作业，在污泥中均匀搅拌从由后台输出的固化剂，形成污泥固化区域。在前期渗沥液排导
15、完成、仪器调试完成后，开始实施污泥固化施工，采用原位固化设备在铺设钢板的施工区域进行污泥搅拌。原位污泥搅拌分为两个阶段：第一次供料搅拌：按照单元格内污泥体积，计算出添加材固化剂的数量，将固化剂输送至搅拌设备，用匀速绕流搅拌头以设定的速率沉入污泥，并根据设计的结构剂、矿化剂、促凝剂和早强剂添加量适时调整出料速度和配比。第二次供料搅拌：为弥补第一次搅拌的不足，提高药剂的利用率，达到污泥与药剂充分混合的效果和有害气体的释放，再进行第二次搅拌，可以提高固化效果。图 5.2.9匀速绕流搅拌5.2.10 临时铺土覆盖每个单元网格在固化施工完成后，由于污泥坑深度较深及固化后污泥顶面下降，深层养护龄期固化过程
16、较长，需 28d 养护龄期后进行指标检测，在养护期间为防止雨水和未固化污泥倒流等对已固化污泥区域造成影响，在已固化区域利用周转坑内挖出的污泥提高已固化区域高度，提高厚度控制在500mm 左右， 再铺上钢板以形成覆盖， 便于下一个单元格的施工。5.2.11 抽芯检测污泥经过固化养护后，对固化处理过的污泥，进行采样做自检分析，采样频度为每一个单元格在同一个点上按深度每隔 3 米采集一个污泥样品， 送实验室检测其强度、 pH以及含水率是否达到固化目标。5.2.12 导气井施工大部分垃圾堆体为简易堆填模式，未设置填埋气体导排系统，填埋气体在填埋场的聚集，导致该填埋场易发生火灾。一般垃圾堆体堆高达 30 米，为解决现状堆体的填埋气体导排问题， 设计拟在现状垃圾堆体区域按照间距 40m 梅花状分布气体导排系统， 导图 5.2.10临时铺土覆盖图 5.2.11抽芯检测图 5.2.12导气井施工排系统实施方案如下：（1） 钻入 DN400 钢管进入垃圾堆体 2/3 处；（2） 在 DN400 钢管中套入 Dn150 HDPE 穿孔管，在两管之间填充 1620mm 碎石
