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(jià)高、施工工藝復(fù)雜、工期長(zhǎng)、易開(kāi)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(shí)，這些缺陷更為突出。
通過(guò)工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)采用場(chǎng)地原土夯筑而成的土池結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：可就地取材，且節(jié)省大量鋼材和水泥；對(duì)地基變形適應(yīng)能力強(qiáng)；可采用機(jī)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(bǔ)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(diǎn)，同時(shí)規(guī)避了滲漏的風(fēng)險(xiǎn)，適用于體形較簡(jiǎn)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(shù)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(lèi)。
HDPE土工膜具有以下特性：
1)強(qiáng)度高：屈服抗拉強(qiáng)度可達(dá)15 MPa，斷裂抗拉強(qiáng)度可達(dá)27 MPa。
2)延展性好：屈服延伸率達(dá)12％，斷裂延伸率達(dá)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(diǎn)約121℃，冷脆化點(diǎn)約一120℃，對(duì)無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸、無(wú)機(jī)鹽、酒精類(lèi)、醛類(lèi)、胺類(lèi)、酯類(lèi)、油脂等都有較強(qiáng)的抵抗力，在污水環(huán)境下工作年限可達(dá)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(dòng)物和微生物侵襲：各種試驗(yàn)證明，動(dòng)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(méi)有添加增塑劑，一般不會(huì)受這些生物侵襲。
2 HDPE土工膜防滲體設(shè)計(jì)要點(diǎn)
天津市薊縣污水處理廠(規(guī)模為3萬(wàn)刪)、天津市塘沽區(qū)新河污水處理廠(規(guī)模為5萬(wàn)朔)和淄博市桓臺(tái)縣污水處理廠(規(guī)模為2．5萬(wàn)刪)等多個(gè)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(jì)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(jì)要點(diǎn)。
2．1設(shè)計(jì)方案
天津市薊縣污水處理廠出水標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，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(gè)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(kāi)；平流式二沉池頂端需安裝帶軌道的刮吸泥機(jī)，因此材質(zhì)也須是鋼筋混凝土；穩(wěn)定池為一長(zhǎng)方形池體，用于再次沉淀污水中的絮狀物，使出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，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(hù)層、塊石(或混凝土)護(hù)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?chē)嗽O(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(yùn)輸而對(duì)池底土工膜可能產(chǎn)生的破壞，同
時(shí)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(jì)
基層應(yīng)壓實(shí)平整、無(wú)裂縫、無(wú)松土，表面無(wú)積水、無(wú)尖銳雜物，基層壓實(shí)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(jì)規(guī)范》(GB 5007--2002)中的規(guī)定進(jìn)行選取，一般不宜小于l：1．5。邊坡坡度陡于l：2時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)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(qiáng)度設(shè)計(jì)滿(mǎn)足下式：F∞|l 1式中：乃為單寬土工膜的極限抗拉強(qiáng)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(jì)中建議該值大于lO。
由于一般水池深度在5 m左右，經(jīng)計(jì)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(shí)，還要考慮耐久性，因此建議選用1．2～1．5 mm
的土工膜。
在實(shí)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(hù)，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(shí)，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(dòng)。因此在水池設(shè)計(jì)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(hù)層設(shè)計(jì)
HDPE土工膜鋪設(shè)完畢后，其上還需要進(jìn)行塊石(或混凝土)護(hù)坡的施工，為避免小石塊、樹(shù)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(hù)層。用作保護(hù)層的非織造土工布，其規(guī)格一般不得小于600 g／m2。
2．5護(hù)坡設(shè)計(jì)
為提高邊坡的穩(wěn)定性，應(yīng)避免陽(yáng)光直射土工膜，同時(shí)防止污水處理廠施工和運(yùn)營(yíng)期間對(duì)邊坡土工膜造成破壞，需在外表面設(shè)計(jì)塊石(或混凝土)護(hù)坡。鋼筋混凝土護(hù)坡因整體性較好常被選用。混凝土和鋼筋應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010---2002)和《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 500069---2002)中的相關(guān)規(guī)定?；炷磷o(hù)坡厚度不應(yīng)小于100 rain，內(nèi)配鋼筋網(wǎng)片，保護(hù)層厚度不小于40 mm。護(hù)坡根部需設(shè)置護(hù)腳，防止護(hù)坡層沿土工膜向下滑動(dòng)。護(hù)坡、護(hù)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(hù)坡的整體性和穩(wěn)定性。
護(hù)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(jì)算確定，配筋滿(mǎn)足構(gòu)造要求。
2．6錨固設(shè)計(jì)
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(jiǎn)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(jì)算，以不小于800mmx800 lnln為宜o
2．7連接部位設(shè)計(jì)
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(shí)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(jī)械夾緊的方式連接。3 HDPE土工膜的施工要點(diǎn)
3．1施工前的準(zhǔn)備工作
1)HDPE土工膜進(jìn)場(chǎng)后首先必須按照《垃圾填埋場(chǎng)用高密度聚乙烯土工膜》(CJ廠I’234—2006)的標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)外觀進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，具體內(nèi)容見(jiàn)表1。
外觀檢查合格后，按規(guī)范要求的數(shù)量、尺寸進(jìn)行見(jiàn)證取樣，送有資質(zhì)的建筑材料測(cè)試中心對(duì)土工膜的各項(xiàng)指標(biāo)如密度、拉伸強(qiáng)度、延伸率、撕裂強(qiáng)度等進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)合格后方可用于施工。
2)再次對(duì)已完成的基層進(jìn)行檢驗(yàn)，確保基層表面平整光滑，無(wú)石塊、樹(shù)根、尖銳物等可能對(duì)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(hù)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(shí)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(cuò)開(kāi)1 In以上。在土工膜運(yùn)輸過(guò)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(shí)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(jìn)行施工作業(yè)時(shí)需穿著軟底膠鞋或布鞋，同時(shí)注
意天氣、溫度等對(duì)膜的影響。
具體施工步驟如下：
1)裁剪土工膜：應(yīng)對(duì)鋪設(shè)面進(jìn)行實(shí)際丈量得到準(zhǔn)確尺寸，再按所選HDPE土工膜的幅寬和長(zhǎng)度及鋪設(shè)方案進(jìn)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(xì)部增強(qiáng)處理：在土工膜鋪設(shè)前，應(yīng)先對(duì)陰陽(yáng)角、變形縫等細(xì)部進(jìn)行增強(qiáng)處理，必要時(shí)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(hù)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(duì)正、搭齊，搭接寬度按設(shè)計(jì)要求，一般為75 mm左右，采用手提式縫紉機(jī)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(duì)正、搭齊，搭接寬度按設(shè)計(jì)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(cè)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(guò)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(yàn)性焊接。試驗(yàn)性焊接須在HDPE土工膜試樣上進(jìn)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(jìn)行；試驗(yàn)性焊接要求檢驗(yàn)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(yàn)性焊接后，才能進(jìn)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(huì)使上下膜無(wú)法熱合到一起，對(duì)施工質(zhì)量有較大的影響。然后把焊機(jī)調(diào)整試驗(yàn)性焊接時(shí)得到的最佳參數(shù)，在設(shè)計(jì)要求的搭接寬度條件下，自動(dòng)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(dá)到最佳效果。
焊接時(shí)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(yán)重影響焊接時(shí)，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(cè)。焊縫的檢測(cè)分為目測(cè)、氣壓檢測(cè)(非破壞性)和破壞性檢測(cè)，對(duì)每一條焊縫都要求進(jìn)行目測(cè)和氣壓檢測(cè)，且要求合格率為100％。
目測(cè)主要是對(duì)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(wú)雜物等項(xiàng)進(jìn)行仔細(xì)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?chē)覆某霈F(xiàn)損傷。氣壓檢測(cè)是通過(guò)檢查焊縫的氣密性來(lái)判斷其焊接質(zhì)量好壞的非破壞性檢測(cè)手段。在氣腔內(nèi)封閉一定壓力的氣體，通過(guò)檢測(cè)針上附帶壓力表的變化來(lái)檢查其氣密性。
破壞性檢測(cè)是按每1 000 m焊縫取一個(gè)1 000minx350 mill樣品做強(qiáng)度測(cè)試，要求合格率為100％。
對(duì)在目測(cè)、氣壓檢測(cè)中所發(fā)現(xiàn)的缺陷應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)，不能立刻修補(bǔ)的要做特種標(biāo)記，以防漏補(bǔ)。直徑小于5 film的孔洞或針眼，可用點(diǎn)焊。當(dāng)孔洞大于5mm時(shí)，應(yīng)用10 cm圓形或橢圓形的襯墊修補(bǔ)。
3．4施工注意事項(xiàng)
3．4．1邊坡上土工膜的施工注意點(diǎn)邊坡上的HDPE土工膜在施工時(shí)可能會(huì)遭遇以下幾種破壞模式：
1)從錨固溝中脫出向下滑動(dòng)。這種破壞常發(fā)生在HDPE土工膜鋪設(shè)階段，可以通過(guò)增大土工膜與坡面之間的摩擦力來(lái)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(dòng)。
2)在連接處脫開(kāi)。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(kāi)。因此需在土工膜鋪裝時(shí)預(yù)留一定的變形量。
3)受拉開(kāi)裂。位于坡面上的土工膜水平接縫處受拉會(huì)產(chǎn)生開(kāi)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(hù)坡施工注意點(diǎn)
塊石(或混凝土)護(hù)坡按照國(guó)家現(xiàn)行的施工規(guī)范進(jìn)行施工及驗(yàn)收即可。需要強(qiáng)調(diào)的是需注意在此期間對(duì)土工膜的保護(hù)，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(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底并嚴(yán)格監(jiān)控施工操作。
4結(jié)語(yǔ)
HDPE土工膜具有強(qiáng)度高、延展性好、防滲能力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，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(lèi)工程中。通過(guò)對(duì)已建成使用的污水處理廠地下水質(zhì)的監(jiān)測(cè)，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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