1. 引言
随着石油、化工、制药等大量企业的易址搬迁及异地重建，原工业遗址中的土壤吸附积累了或多或少的重金属及有机污染物，污染了土壤和地下水环境，因此土壤及地下水污染修复工程刻不容缓。在土壤及地下水修复技术中，阻隔技术是一种常用的辅助技术，可以切断暴露路径，限制污染羽迁移。
阻隔技术是指通过铺设阻隔层阻断土壤介质中污染物迁移扩散的途径，使污染介质与周围环境隔离，避免污染物与人体接触和随降水或地下水迁移进而对人体和周围环境造成危害的技术 [1]。阻隔技术主要包括水平阻隔和垂直阻隔两大类，垂直阻隔可分成取代法、挖掘法、注射法等基本类型。三种类型的适用范围及特点见表1。
Table 1. Characteristics of different types of vertical barrier systems
表1. 不同类型垂直阻隔系统的特点
垂直阻隔技术是为了防止污染物及其渗滤液的水平迁移或污染源外部地表水、地下水的渗入，沿污染源周边人工构筑的地面以下并垂直于地面的垂直阻隔系统 [2]。根据场地水文地质条件和污染物的分布特征，阻隔墙的垂直形状可以延伸到地表或嵌人到低渗透性岩层 [3]。按照阻隔墙底部是否穿过隔水层，垂直阻隔墙可以建设成悬挂型和嵌入型 [4]。
在实际施工过程中，单一的垂直阻隔技术往往很难实现密闭，导致阻隔区污染物向周边扩散，造成污染物的泄漏，既达不到施工目标及要求，又严重影响土壤及地下水环境。本文结合实际工程案例，探究了垂直阻隔组合技术在污染场地修复中的应用，以期为同类工程实施提供借鉴意义。
2. 工程概况
2.1. 工程简介
某煤气厂旧址，原有工业企业在生产过程中以及废弃后对土壤或地下水造成一定程度的污染，根据前期调查结果显示，该场地内土壤和地下水均受到污染，土壤及地下水中均存在石油烃超标的情况。根据方案比选以及专家意见，该污染场地采用“垂直阻隔 + 原地异位修复”组合技术。
2.2. 工程地质
项目场地所在区域为长江三角洲前沿冲积平原，区域内地势平坦，地貌类型属滨海平原地貌。如图1所示，本项目场地内自上而下的地层构成大致为：
1) 人工填土层：以杂填土为主，局部表层为水泥地坪，上部由碎石、砖块等建筑垃圾组成，下部以粉性土为主，含植物根茎、贝壳等。
2) 粘质粉土(江滩土)：属近代江河漫滩沉积土层，含云母、有机质、腐植质、贝壳、朽木等，上部夹较多淤泥质粉质粘土，局部区域含有抛石，土质不均匀。
3) 淤泥质粘土：呈灰色，含云母、有机质、贝壳碎屑，夹少量薄层粉砂，土质均匀。
Figure 1. Engineering geological profile
图1. 工程地质剖面图
3. 垂直阻隔组合工艺
根据工程地质勘探报告，施工范围内工程地质较为复杂，结合施工方案及专家意见，为保证地块边界达到垂直阻隔的效果及要求，本项目垂直阻隔方法采用挖掘法结合注浆法，具体工艺为“三轴搅拌桩 + 高压旋喷桩”组合工艺。
3.1. 三轴搅拌桩
三轴搅拌桩施工采用φ650SMW工法 [5] ，选用ZKD型多轴钻孔机，主要包括导沟开挖、桩机定位、搅拌施工、泥浆制作等工艺流程，垂直施工范围为：+5.0~−11.0 m，基坑加固后，三轴搅拌桩加固体28天龄期的无侧限抗压强度达到1.0 Mpa以上。
该工法要求连续施工，为清除妨碍成桩施工的杂填土和安置导向型钢架，须用挖机开挖出沟槽，在沟槽两侧打入槽钢作为固定支点，再放置H型型钢。将三轴搅拌桩头中心位置在定位H型钢表面划线定位，定位后开动桩机使钻头下沉，同时注入水泥浆，水泥掺入比为20%，供浆流量为207 L/min，泵送压力在1.5~2.5 Mpa之间，到达设计桩底标高后作重复搅拌注浆。为防止搅拌桩向内倾斜而内衬厚度不足，影响结构安全使用，因此建议桩位中心外放5 cm。其具体的流程如图2所示。
Figure 2. Flow chart of construction process of three-axis mixing pile
图2. 三轴搅拌桩施工工艺流程图
三轴搅拌桩的搭接以及成形搅拌桩的垂直度补正是依靠搅拌桩单孔重复套钻来实现的，已确保搅拌桩的止水帷幕作用。φ650SMW工法施工按图3所示的顺序进行，其中阴影部分为重复套钻，以保证墙体的连续性和接头的施工质量，φ650接头搭接200。
Figure 3. Schematic diagram of three-axis mixing pile drilling and lap joint
图3. 三轴搅拌桩钻孔搭接示意图
3.2. 高压旋喷桩
由于三轴搅拌桩体型大，在拐角处以及与其他建筑物相连处不方便施工，本方案采用高压旋喷桩工艺作为垂直阻隔止水帷幕的局部加固。高压旋喷桩施工工艺采用二重管法 [6] ，注浆体直径为700 mm，桩体搭接300 mm，采用42.5级的普通硅酸盐水泥，水泥掺量25%，加固范围为：+5.0~−11.0 m，基坑加固后，高压旋喷桩加固体28天龄期的无侧限抗压强度达到1.0 Mpa以上。其具体流程如图4所示。
Figure 4. Flow chart of construction process of high-pressure jetting pile
图4. 高压旋喷桩施工工艺流程图
现场放样并做好明确标志，放样偏差≦5 cm；成孔时钻机机架垫平，钻具垂直地面，成孔垂直度小于1/200。旋喷机架就位，喷管处于自然悬吊状态时喷管中心对准孔心，偏差不大于50 mm；当浆压符合设计要求时方可下管，压力控制在25~28 Mpa。喷管下至较设计深度多10 cm，开始拌送水泥浆，然后开高压气，气压控制在0.6~0.8 Mpa；孔口冒浆正常后(约2 min~4 min)，开始旋喷提升，提升速度≤12~18 cm/min，喷注作业时做好已喷邻桩的补浆回灌，保证加固体固结后的桩顶标高。
4. 测试及结论
垂直阻隔系统建成后，为了检验整个系统的稳定性，现场进行了取芯送检，检测桩体的抗压强度和抗折强度；同时，为了检测阻隔系统的密闭性，现场进行了渗透性试验。主要试验如下：
4.1. 垂直阻隔系统强度测试
垂直阻隔系统建成后，三轴搅拌桩和高压旋喷桩加固体28天龄期的无侧限抗压强度均须达到1.0 Mpa以上，检测点的数量不少于总桩数的1%，且不少于5个点。
根据规范要求，三轴搅拌桩选取代表性的6个点位，高压旋喷桩选取代表性的5个点位，送至检测单位检测其桩体强度，检测结果如表2所示。
Table 2. Characteristic table of detection points of triaxial stirring piles
表2. 三轴搅拌桩检测点的特性表
注：3d抗折强度 ≥ 3.5 Mpa (标准值)，28d抗折强度 ≥ 6.5 Mpa (标准值)；3d抗压强度 ≥ 17.0 Mpa (标准值)，28d抗折强度 ≥ 42.5 Mpa (标准值)。
如图所示(图5~8)，三轴搅拌桩的抗压强度与抗折强度和龄期有关，28d的强度明显高于3d的强度，而且取芯检测点的3d抗折强度及抗压强度、28d抗折强度及抗压强度均达到规范要求及施工目标。
Figure 5. 3d flexural strength of the detection point of the triaxial stirring pile
图5. 三轴搅拌桩检测点3d抗折强度
Figure 6. 28d flexural strength of triaxial stirring pile detection point
图6. 三轴搅拌桩检测点28d抗折强度
Figure 7. 3d compressive strength of the detection point of the triaxial stirring pile
图7. 三轴搅拌桩检测点3d抗压强度
Figure 8. 28d compressive strength of the detection point of the triaxial stirring pile
图8. 三轴搅拌桩检测点28d抗压强度
如图表所示(图9~12，表3)，高压旋喷桩的抗压强度与抗折强度和龄期有关，28d的强度明显高于3d的强度，取芯检测点的3d抗折强度及抗压强度、28d抗折强度及抗压强度均达到规范要求及施工目标，表明整个垂直阻隔系统的强度高，具有良好的稳定性。
Table 3. Characteristics of high-pressure jetting pile detection points
表3. 高压旋喷桩检测点的特性表
注：3d抗折强度 ≥ 3.5 Mpa (标准值)，28d抗折强度 ≥ 6.5 Mpa (标准值)；3d抗压强度 ≥ 17.0 Mpa (标准值)，28d抗折强度 ≥ 42.5 Mpa (标准值)。
Figure 9. 3d flexural strength of the high-pressure jetting pile detection point
图9. 高压旋喷桩检测点3d抗折强度
Figure 10. 28d flexural strength of the high-pressure jetting pile detection point
图10. 高压旋喷桩检测点28d抗折强度
Figure 11. 3d compressive strength of high-pressure jetting pile detection point
图11. 高压旋喷桩检测点3d抗压强度
Figure 12. 28d compressive strength of high-pressure jetting pile detection point
图12. 高压旋喷桩检测点28d抗压强度
4.2. 垂直阻隔系统渗透性测试
垂直阻隔系统建成后，在阻隔区内外分别建设6口监测井，监测井深度12 m (超过该场地最大污染深度)，分别取水样送检，检测结果如表4、表5所示：
Table 4. Summary of monitoring well detection data in the vertical barrier area
表4. 垂直阻隔区域内监测井检测数据汇总
注：石油烃修复目标值为0.6 mg/L。
Table 5. Summary of detection data of monitoring wells outside the vertical barrier area
表5. 垂直阻隔区域外监测井检测数据汇总
注：石油烃修复目标值为0.6 mg/L，ND表示未检出。
根据图13、图14所示，垂直阻隔区内存在检测因子(石油烃)超标情况，垂直阻隔区外检测因子不存在超标情况，对比分析表明整个垂直阻隔系统的密闭性好。
Figure 13. Detection results of monitoring wells in the vertical barrier area
图13. 垂直阻隔区内监测井检测结果
Figure 14. Detection results of monitoring wells outside the vertical barrier area
图14. 垂直阻隔区外监测井检测结果
5. 结论
垂直阻隔技术在污染场地修复工程中应用广泛，本文结合工程实例，总结了相关应用经验，主要得到以下结论：
1) 在工程应用时，垂直阻隔工艺应综合考虑控制目标、工程概况、水文条件等因素，筛选出最适宜的技术工艺；
2) 现场取芯检测结果表明整个阻隔系统的强度高、稳定性好，渗透性测试表明该阻隔系统具有良好的密闭性；
“三轴搅拌桩 + 高压旋喷桩”组合工艺在本案例中的应用效果较好，有效阻止了区域内污染物的扩散迁移，为后期的修复施工奠定了基础；同时，该组合工艺对于其他场地修复及水利工程具有良好的借鉴意义。