防渗墙模型设计与制作

1）模型的设计

（1）模型槽箱体

为模拟垃圾填埋场防渗墙的受力情况，实验采用钢板围成的矩形模型槽，其净空间尺寸长360 cm、宽320 cm、高200 cm。模型箱体及模具板均采用3 mm厚加肋钢板，模型箱底忽略地基性质的影响，采用1 cm厚钢板模拟刚性地基。在模型箱内浇筑矩形防渗墙，墙宽25 cm、高200 cm，防渗墙周边填筑土体厚度为150 cm，如图7.1所示。

（2）防渗墙材料及性能指标

实验采用聚乙烯醇改性膨润土的PBFC防渗浆材，该防渗浆材的具体配方（按每配制1 m3浆材为例）为膨润土220 kg、水泥200 kg、粉煤灰180 kg、聚乙烯醇2 kg、聚羧酸减水剂0.3 kg、碳酸钠8 kg，其余为水。

图7.1　模型槽箱体三维示意图

实验测试拟配制浆材7 d龄期的平均渗透系数为6.5×10-8 cm/s，28 d龄期的平均渗透系数为0.53×10-8 cm/s。《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》（GB 50869—2013）要求防渗墙渗透系数不大于1×10-7 cm/s，本模型所采用的PBFC防渗浆材符合规范要求。经电子万能实验压缩机测试结果，浆材固结体28 d龄期无侧限抗压强度为0.95～1.3 MPa，平均值为1.16 MPa。

表7.1　防渗浆材的吸附阻滞试验结果

采用流动度仪测试，该PBFC防渗浆材平均流动度为175 mm，可泵期为55 min。按照注浆作业施工标准及工程经验，浆材的流动度需达到140 mm，可泵期为40～60 min。为此，所配制的浆材满足施工标准及工程经验，完全满足深层搅拌注浆防渗墙浆材可灌性施工作业要求。

分别采用取自常州某垃圾填埋场的渗滤液、人工配制的酞酸酯溶液及重金属离子溶液进行防渗浆材的吸附阻滞试验，试验结果见表7.1。

根据吸附阻滞试验数据，将垃圾场渗滤液、人工配制的酞酸酯溶液及重金属离子溶液的渗滤后浓度对比可知，拟用PBFC防渗浆材对磷、铵态氮等无机物阻滞率超过98%，对CODcr和BOD5阻滞率超过85%，对Hg，Pb等重金属离子的阻滞率在99%以上，满足《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）中各类污染物的排放标准。

（3）填土材料

为使模型防渗墙形成有效土压力，模型槽选择砂土填筑，砂土容重γ=15.62 kN/m3，由筛析法测得砂土中各粒组干土质量所占该土总质量的质量分数，见表7.2，对应的粒径级配曲线如图7.2所示。

表7.2　砂土筛分试验结果

图7.2　砂土的颗粒级配曲线

（4）测试元件

用TSR型振弦式土压力盒测试防渗墙所受的土压力，如图7.3所示；用DBS型振弦式混凝土应变计测量防渗墙内部应变，如图7.4所示；用GXR型振弦式钢筋计测量防渗墙所受应力，如图7.5所示；用CX-3C型基坑测斜仪测量墙体水平位移，如图7.6所示。

图7.3　TSR型振弦式土压力盒

图7.4　DBS型振弦式混凝土应变计

图7.5　GXR型振弦式钢筋计

图7.6　CX-3C型基坑测斜仪(www.xing528.com)

2）模型的制作

（1）箱体制作

在加工厂将模型的外侧钢板及底板分块制作好，然后进行统一组装，组装过程如图7.7、图7.8所示。

图7.7　模型板组装

图7.8　模型外侧板组装

在模型板组装的同时，将测试元件同步安装至模板内，GXR型振弦式钢筋计通过钢筋上下焊接，错位由下至上安装，每面墙安装有4个钢筋测力计，保证每隔40 cm左右安装一个钢筋测力计。DBS型振弦式混凝土应变计放置于钢筋测力计两根φ12钢筋之间的φ8钢筋上，采用绑扎的方式固定在钢筋上，绑扎时保证测力计的水平放置。侧斜管共放置6根，较长面墙在中点及1/4点各安放一根，较短面墙在中心点安放一根。测量元件安装过程如图7.9所示，安装完成后如图7.10所示。对振弦式测量仪器的数据采集是通过JXX-1型接线箱和振弦式读数仪完成的，如图7.11、图7.12所示。

图7.9　测量元件安装

图7.10　测量元件安装完成

图7.11　JXX-1型接线箱

图7.12　振弦式读数仪

（2）防渗墙浇筑

按照前述浆材配方进行防渗墙浆材的配制，通过定制的搅拌机进行浆材的配制搅拌，浆材配制过程及搅拌完成如图7.13所示。采用分层浇筑的方式，每次浇筑墙体高度为15～20 cm，总浇筑次数在12次左右。每层浇筑完成后对表面进行打毛，然后进行下一层的浇筑，最终完成全部浆材的浇筑，再对防渗墙进行定期洒水养护，在已浇筑完成的防渗墙表面包括塑料薄膜，以防止防渗墙墙体脱水开裂。防渗墙浇筑过程及浇筑完成养护如图7.14、图7.15所示。为使模型防渗墙具有足够的强度，在防渗墙浇筑完成后对防渗墙进行30 d的养护，养护期间定期对防渗墙进行洒水。

图7.13　浆材的配制搅拌过程

图7.14　防渗墙的浇筑过程

图7.15　防渗墙墙面的养护

（3）土体堆填

在防渗墙养护完成后，开始进行土体的堆填。试验所采用的土为细砂土，其目的是在土体堆填完成后对防渗墙形成足够的压力，从而便于后期数据的采集。土体堆填过程如图7.16所示。土体堆填结束后，模型最终完成情况如图7.17所示。

图7.16　砂土堆填过程

图7.17　模型完成图