由于混凝土可模性好、施工技術(shù)成熟，目前污水處理廠的水池通常采用鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)型式。但該結(jié)構(gòu)型式存在工程造價高、施工工藝復(fù)雜、工期長、易開裂等缺陷，尤其是當(dāng)應(yīng)用于一些容積較大的水池(如調(diào)節(jié)池、曝氣池)時，這些缺陷更為突出。
通過工程實踐發(fā)現(xiàn)采用場地原土夯筑而成的土池結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點：可就地取材，且節(jié)省大量鋼材和水泥；對地基變形適應(yīng)能力強；可采用機械化施工，施工速度快。但這種土池結(jié)構(gòu)型式自身防滲性能較差，而HDPE土工膜具有良好的防滲性能，正好能彌
補這一缺陷。
內(nèi)襯HDPE土工膜的土池結(jié)構(gòu)型式承繼了土池結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，同時規(guī)避了滲漏的風(fēng)險，適用于體形較簡單的大型水池。
HDPE土工膜介紹
土工膜是一種以高分子聚合物為基本原料的防水阻隔型材料，主要分為：聚乙烯(PE)土工膜、聚氯乙烯(PVC)土工膜、高密度聚乙烯(HDPE)土工膜及各種復(fù)合土工膜等。
HDPE土工膜是以高(中)密度聚乙烯樹脂為原料生產(chǎn)的密度大于0．94咖m3的土工膜。它含有約97．5％的聚乙烯、2．5％的碳黑以及微量的抗氧化劑和熱穩(wěn)定劑。
HDPE土工膜按表面粗糙度分為光面HDPE土工膜和糙面HDPE土工膜。其中糙面HDPE土工膜又分為單糙面HDPE土工膜和雙糙面HDPE土工
膜。根據(jù)不同的要求，選用不同的種類。
HDPE土工膜具有以下特性：
1)強度高：屈服抗拉強度可達15 MPa，斷裂抗拉強度可達27 MPa。
2)延展性好：屈服延伸率達12％，斷裂延伸率達700％，有較好的地表適從性和耐候性。
3)防滲能力好：滲透系數(shù)小于lxl0-1s cm／s。
4)化學(xué)穩(wěn)定性好：HDPE軟化點約121℃，冷脆化點約一120℃，對無機酸、有機酸、無機鹽、酒精類、醛類、胺類、酯類、油脂等都有較強的抵抗力，在污水環(huán)境下工作年限可達50年以上。
5)具有良好的抗紫外光老化性：HDPE土工膜配方中添加的炭黑具有抗紫外光的能力。
6)抗嚙齒動物和微生物侵襲：各種試驗證明，動物和微生物只侵襲那些含有增塑劑的聚合物，而HDPE土工膜因沒有添加增塑劑，一般不會受這些生物侵襲。
2 HDPE土工膜防滲體設(shè)計要點
天津市薊縣污水處理廠(規(guī)模為3萬刪)、天津市塘沽區(qū)新河污水處理廠(規(guī)模為5萬朔)和淄博市桓臺縣污水處理廠(規(guī)模為2．5萬刪)等多個生活污水處理廠均采用了HDPE土工膜防滲體結(jié)構(gòu)設(shè)計型式?，F(xiàn)以天津市薊縣污水處理廠防滲工程為例，介紹HDPE土工膜防滲體結(jié)構(gòu)設(shè)計要點。
2．1設(shè)計方案
天津市薊縣污水處理廠出水標準為國家二級排放標準，污水處理方案采用“預(yù)處理+多極A／O生化處理+紫外線消毒”的工藝。
生化系統(tǒng)核心處理構(gòu)筑物為綜合生化池，這是一個平面尺寸為120 mxl21 m的大池子，包括水解池、曝氣池、平流式二沉池、穩(wěn)定池等區(qū)格。水解池與曝氣池之間由鋼筋混凝土墻隔開；平流式二沉池頂端需安裝帶軌道的刮吸泥機，因此材質(zhì)也須是鋼筋混凝土；穩(wěn)定池為一長方形池體，用于再次沉淀污水中的絮狀物，使出水穩(wěn)定達標，不需安裝設(shè)備。因此，除平流式二沉池池體必須為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外，其余區(qū)格
的水池都可采用內(nèi)襯HDPE土工膜的土池結(jié)構(gòu)。
HDPE土工膜防滲體結(jié)構(gòu)在水池邊坡處自下而上由基層、HDPE土工膜、保護層、塊石(或混凝土)護坡共4層組成，如圖1所示。
HDPE土工膜防滲體結(jié)構(gòu)在水池池底處一般自下而上由基層、HDPE土工膜兩層組成。局部地區(qū)如池底周圍宜設(shè)置混凝土走道板，寬度宜大于
1．2 m，做法同邊坡處。其作用是防止施工期間因人員行走和設(shè)備運輸而對池底土工膜可能產(chǎn)生的破壞，同
時可以防止邊坡上滾落的一些尖銳物或電焊渣等損傷土工膜。
2．2基層設(shè)計
基層應(yīng)壓實平整、無裂縫、無松土，表面無積水、無尖銳雜物，基層壓實系數(shù)不得小于93％，材質(zhì)宜為透水系數(shù)較小的黏性土。四周邊坡基層應(yīng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，邊坡允許值(高寬比)可按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB 5007--2002)中的規(guī)定進行選取，一般不宜小于l：1．5。邊坡坡度陡于l：2時，還應(yīng)進行邊坡穩(wěn)定性驗算。邊坡頂部應(yīng)向外側(cè)傾斜，方便排水，坡度宜采用2％一3％。
2-3 HDPE土工膜的選擇
HDPE土工膜的強度設(shè)計滿足下式：F∞|l 1式中：乃為單寬土工膜的極限抗拉強度，kN／m；T為單寬土工膜所受拉力，kN／m；F．為安全系數(shù)，在設(shè)計中建議該值大于lO。
由于一般水池深度在5 m左右，經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)所需土工膜厚度極薄。但是在選擇不同厚度規(guī)格的土工膜時，還要考慮耐久性，因此建議選用1．2～1．5 mm
的土工膜。
在實際使用中發(fā)現(xiàn)土工膜太薄容易出現(xiàn)穿刺損壞，土工膜太厚則彎折困難不能與基層緊貼。選用1．2-1．5 nlln的HDPE土工膜，只要在施工期間注意保護，則既能保證膜的完整性，又方便安裝。
在斜坡上鋪設(shè)HDPE土工膜時，應(yīng)特別注意HDPE土工膜與基層間的摩擦力大小。由于光面HDPE土工膜與其他材料間的摩擦系數(shù)較小，很容易沿界面產(chǎn)生滑動。因此在水池設(shè)計中，斜坡上的HDPE土工膜一般選用糙面HDPE土工膜，以增加其抗滑能力。池底部分采用光面HDPE土工膜即可。
2．4保護層設(shè)計
HDPE土工膜鋪設(shè)完畢后，其上還需要進行塊石(或混凝土)護坡的施工，為避免小石塊、樹根等硬物刺穿土工膜，一般需要鋪設(shè)非織造土工布作為保護層。用作保護層的非織造土工布，其規(guī)格一般不得小于600 g／m2。
2．5護坡設(shè)計
為提高邊坡的穩(wěn)定性，應(yīng)避免陽光直射土工膜，同時防止污水處理廠施工和運營期間對邊坡土工膜造成破壞，需在外表面設(shè)計塊石(或混凝土)護坡。鋼筋混凝土護坡因整體性較好常被選用?；炷梁弯摻顟?yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010---2002)和《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 500069---2002)中的相關(guān)規(guī)定?；炷磷o坡厚度不應(yīng)小于100 rain，內(nèi)配鋼筋網(wǎng)片，保護層厚度不小于40 mm。護坡根部需設(shè)置護腳，防止護坡層沿土工膜向下滑動。護坡、護腳以及池底周圈布置的混凝土走道板連接成一體以提高護坡的整體性和穩(wěn)定性。
護腳可采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其寬度及埋置深度需計算確定，配筋滿足構(gòu)造要求。
2．6錨固設(shè)計
土工膜的錨固方式主要有三種：錨固溝、壓條固定、預(yù)埋件熱焊。錨固溝方式因其形式簡單、施工方便，比較常用。錨固溝距離邊坡邊緣不宜小于800 mln，溝斷面應(yīng)根據(jù)錨固形式、結(jié)合具體情況加以計算，以不小于800mmx800 lnln為宜o
2．7連接部位設(shè)計
1)土工膜與管道的連接：連接部位的管道宜選用聚乙烯管。首先把HDPE土工膜根據(jù)管道的直徑大小裁剪成圓形的管套，調(diào)整好管套的位置并用熱風(fēng)焊槍臨時固定，管套與管道間不能有空鼓的部位。然后把管套兩端分別焊接在HDPE土工膜和管道上，最后用不銹鋼管箍固定管套。
2)土工膜與混凝土的連接：在混凝土中預(yù)埋鎖扣條，其材質(zhì)同為高密度聚乙烯。根據(jù)不同的鎖扣條，采取熱熔焊接或機械夾緊的方式連接。3 HDPE土工膜的施工要點
3．1施工前的準備工作
1)HDPE土工膜進場后首先必須按照《垃圾填埋場用高密度聚乙烯土工膜》(CJ廠I’234—2006)的標準要求對外觀進行嚴格的檢查，具體內(nèi)容見表1。
外觀檢查合格后，按規(guī)范要求的數(shù)量、尺寸進行見證取樣，送有資質(zhì)的建筑材料測試中心對土工膜的各項指標如密度、拉伸強度、延伸率、撕裂強度等進行檢驗。檢驗合格后方可用于施工。
2)再次對已完成的基層進行檢驗，確?；鶎颖砻嫫秸饣?，無石塊、樹根、尖銳物等可能對土工膜產(chǎn)生破壞的雜物。土工膜彎折處不得存在直角剛性結(jié)構(gòu)，均應(yīng)做成弧形。
3．2 HDPE土工膜及保護層的鋪設(shè)
土工膜鋪設(shè)采取先邊坡后池底的順序。鋪膜時不要拉得太緊，應(yīng)留有一定的余幅，以備局部下沉拉伸之用。水平接縫不得在坡面上，且距坡腳不得小于1．5 m。相鄰兩幅的縱向接頭不應(yīng)在一條水平線上，應(yīng)相互錯開1 In以上。在土工膜運輸過程中不要拖拉、硬拽，避免尖銳物刺傷。膜下應(yīng)預(yù)先敷設(shè)一些臨時導(dǎo)氣管以排除膜下空氣，使土工膜與基層緊貼。施工人員在進行施工作業(yè)時需穿著軟底膠鞋或布鞋，同時注
意天氣、溫度等對膜的影響。
具體施工步驟如下：
1)裁剪土工膜：應(yīng)對鋪設(shè)面進行實際丈量得到準確尺寸，再按所選HDPE土工膜的幅寬和長度及鋪設(shè)方案進行裁剪，考慮搭接寬度以便焊接。池體轉(zhuǎn)角扇形區(qū)應(yīng)合理裁剪，使上下端都得到牢固的錨固。
2)細部增強處理：在土工膜鋪設(shè)前，應(yīng)先對陰陽角、變形縫等細部進行增強處理，必要時可增焊雙層HDPE土工膜。
3)邊坡鋪設(shè)：展膜方向應(yīng)基本平行于坡線，展膜應(yīng)平整順直，避免出現(xiàn)褶皺、波紋。土工膜在池頂位置要做好錨固，防止向下墜滑。
邊坡上保護層為非織造土工布，其鋪設(shè)速度應(yīng)與鋪膜速度一致，以避免人為破壞土工膜。土工布的鋪設(shè)方式與土工膜相似，兩幅土工布對正、搭齊，搭接寬度按設(shè)計要求，一般為75 mm左右，采用手提式縫紉機縫合連接。
4)池底鋪設(shè)：將HDPE土工膜放在平整的基層上，平順、松緊適度，與土面密貼，避免出現(xiàn)褶皺、波紋。兩幅土工膜對正、搭齊，搭接寬度按設(shè)計要求，一般為100 mm左右，焊接部位要保持干凈。
3．3土工膜的接合焊接和測試
土工膜的接合焊接是防止?jié)B漏的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，常采用熱熔焊接(雙軌熔焊)，要求焊接前兩幅土工膜必須搭接100 mnl以上，通過預(yù)先設(shè)置的壓力齒輪使兩幅土工膜焊接在一起。具體操作步驟如下：
1)試驗性焊接。試驗性焊接須在HDPE土工膜試樣上進行，并且在與生產(chǎn)性焊接相同的膜表面和環(huán)境條件下進行；試驗性焊接要求檢驗和調(diào)節(jié)焊接設(shè)備；焊接設(shè)備和焊接人員只有成功完成試驗性焊接后，才能進行生產(chǎn)性焊接。
2)生產(chǎn)性焊接。首先應(yīng)清除HDPE土工膜表面的油脂、水分、灰塵、垃圾等雜物。如果膜表面存在雜物，會使上下膜無法熱合到一起，對施工質(zhì)量有較大的影響。然后把焊機調(diào)整試驗性焊接時得到的最佳參數(shù)，在設(shè)計要求的搭接寬度條件下，自動焊接，焊縫做到“平整、牢固、美觀”。保持焊接的溫度、速度及夾持棍的壓力，使焊接達到最佳效果。
焊接時應(yīng)注意：盡量減少邊腳和零星膜的焊接；當(dāng)環(huán)境溫度和不利的天氣條件嚴重影響焊接時，應(yīng)停止作業(yè)；如果在晚上焊接，應(yīng)保證有充足的照明。
3)焊縫檢測。焊縫的檢測分為目測、氣壓檢測(非破壞性)和破壞性檢測，對每一條焊縫都要求進行目測和氣壓檢測，且要求合格率為100％。
目測主要是對焊縫的外觀質(zhì)量、T型焊縫及十字型焊縫的處理、基層有無雜物等項進行仔細檢查。焊縫表面應(yīng)光滑平順，厚度均勻，焊縫處不得有雜物及多余散碎焊料，不得使周圍母材出現(xiàn)損傷。氣壓檢測是通過檢查焊縫的氣密性來判斷其焊接質(zhì)量好壞的非破壞性檢測手段。在氣腔內(nèi)封閉一定壓力的氣體，通過檢測針上附帶壓力表的變化來檢查其氣密性。
破壞性檢測是按每1 000 m焊縫取一個1 000minx350 mill樣品做強度測試，要求合格率為100％。
對在目測、氣壓檢測中所發(fā)現(xiàn)的缺陷應(yīng)及時修補，不能立刻修補的要做特種標記，以防漏補。直徑小于5 film的孔洞或針眼，可用點焊。當(dāng)孔洞大于5mm時，應(yīng)用10 cm圓形或橢圓形的襯墊修補。
3．4施工注意事項
3．4．1邊坡上土工膜的施工注意點邊坡上的HDPE土工膜在施工時可能會遭遇以下幾種破壞模式：
1)從錨固溝中脫出向下滑動。這種破壞常發(fā)生在HDPE土工膜鋪設(shè)階段，可以通過增大土工膜與坡面之間的摩擦力來阻止其在坡面上滑移。另外增大HDPE土工膜與錨固溝溝壁的摩擦力及錨固溝的錨固作用也可阻止HDPE土工膜的滑動。
2)在連接處脫開。土質(zhì)邊坡不均勻沉降使斜坡上的HDPE土工膜與管道或混凝土間的連接產(chǎn)生較大的張力，導(dǎo)致HDPE土工膜在連接處脫開。因此需在土工膜鋪裝時預(yù)留一定的變形量。
3)受拉開裂。位于坡面上的土工膜水平接縫處受拉會產(chǎn)生開裂，為避免此情況要求土工膜在坡面上不得有水平接縫。
3．4．2護坡施工注意點
塊石(或混凝土)護坡按照國家現(xiàn)行的施工規(guī)范進行施工及驗收即可。需要強調(diào)的是需注意在此期間對土工膜的保護，一旦土工膜被人為損壞，要找出損壞之處是比較困難的。因此在此期間要對施工人員進行技術(shù)交底并嚴格監(jiān)控施工操作。
4結(jié)語
HDPE土工膜具有強度高、延展性好、防滲能力強、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，作為防滲層、隔離層、襯層等，逐漸應(yīng)用于防滲、防污結(jié)構(gòu)的各類工程中。通過對已建成使用的污水處理廠地下水質(zhì)的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)廠區(qū)地下水未受到污染，表明HDPE土工膜作為防滲結(jié)構(gòu)層是科學(xué)合理、安全可靠的。
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