龔柏瑜 李瑞寧

1. 成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610021；2. 中國(guó)國(guó)機(jī)集團(tuán)中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶 400039

0 前言

土庫(kù)曼斯坦南約洛坦氣田某天然氣處理廠在運(yùn)行過(guò)程中，每天產(chǎn)生大量的生產(chǎn)和生活污水。這些污水主要來(lái)自于：生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)工藝裝置、循環(huán)水場(chǎng)和鍋爐房等處排出的污水；處理廠工藝裝置開(kāi)/停工時(shí)排出的檢修污水；廠區(qū)綜合樓、門(mén)衛(wèi)值班室等處排出的生活污水。整個(gè)廠區(qū)污水量約為1 447 m3/d，經(jīng)過(guò)處理后外排進(jìn)入污水蒸發(fā)池，污水水質(zhì)情況為：TDS ≤50 000 mg/L；SS ≤100 mg/L；oil ≤5 mg/L；6 ＜pH 值＜9。

污水蒸發(fā)池所需面積為1 447×330÷1.6 ≈30×104m2，蒸發(fā)量按1.6 m/a 計(jì)，共設(shè)計(jì)2 個(gè)500 m×300 m×2 m 的污水蒸發(fā)池。

1 HDPE 土工膜作為防滲層的優(yōu)越性

1.1 污水蒸發(fā)池防滲材料的選擇

傳統(tǒng)的水池設(shè)計(jì)一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，但鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)水池的缺點(diǎn)在于：

a）大小受到一定限制；

b）混凝土材料的收縮性要求在設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)置伸縮縫，水池的抗?jié)B性因此受到嚴(yán)重影響；

c）混凝土工程量巨大，成本非常高。本處理廠的污水蒸發(fā)池尺寸為500 m×300 m×2 m，體積較大，無(wú)法采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，故需考慮選用其他結(jié)構(gòu)形式。 本處理廠位于沙漠，地質(zhì)情況單一，均為砂壤土，開(kāi)挖非常方便。經(jīng)研究，就地開(kāi)挖一個(gè)大坑作為蒸發(fā)池的方案可行，根據(jù)《生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)防滲系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》［1］，污水蒸發(fā)池的防滲層設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求：

a） 能有效阻止?jié)B瀝液透過(guò)，以保護(hù)地下水不被污染；

b）具有相應(yīng)的物理力學(xué)性能；

c）具有相應(yīng)的抗化學(xué)腐蝕性能；

d）具有相應(yīng)的抗老化能力；

e）應(yīng)覆蓋整個(gè)池底及四周邊坡，形成完整、有效的防水屏障。

圖2 與道路相連處的大樣圖

圖3 管道穿池壁的防滲大樣圖

在滲透材料的選用上，經(jīng)探索發(fā)現(xiàn)HDPE 土工膜［2］抗撕裂物理力學(xué)性能優(yōu)良，耐低溫、抗老化、耐腐蝕，且具有較長(zhǎng)的使用壽命，在污水處理廠防滲、人工湖防滲、污水蒸發(fā)池防滲、隔油池防滲、沉淀池的內(nèi)襯和二次襯層等防滲工程應(yīng)用廣泛。因此HDPE 土工膜成為污水蒸發(fā)池抗?jié)B材料的首選。

1.2 HDPE 土工膜性能

HDPE 土工膜也被稱(chēng)為高密度聚乙烯膜［2］，它是以結(jié)晶度高、非極性的熱塑性中（高）密度聚乙烯樹(shù)脂為原料生產(chǎn)的，密度為0.94 g/cm3或以上的塑料卷材。HDPE 土工膜具有如下優(yōu)異性能：

a）是一種具有很高防滲系數(shù)（1×10-17cm/s）的柔性防水材料，正好滿(mǎn)足污水蒸發(fā)池抗?jié)B的需要；

b）具有良好的溫度適應(yīng)性，在高溫110℃和低溫-70℃的環(huán)境下都可以使用，滿(mǎn)足了污水排出溫度要求并能適應(yīng)土庫(kù)曼斯坦惡劣的自然氣候；

c）具有良好的防腐性能，能抗強(qiáng)酸、堿、油等化學(xué)性的腐蝕，是很好的防腐材料，滿(mǎn)足污水排放oil ≤5 mg/L、6 ＜pH 值＜9 的要求；

d）具有很高的拉伸強(qiáng)度［3］，使HDPE 土工膜能夠在土庫(kù)曼斯坦惡劣的地質(zhì)與氣候條件下使用，在地質(zhì)不均勻沉降的情況下的抗應(yīng)變能力強(qiáng)，滿(mǎn)足高標(biāo)準(zhǔn)工程的需要；

e）在惡劣自然環(huán)境下的抗老化、抗紫外線［4］性能好，能長(zhǎng)時(shí)間裸露使用，不易被分解且保持其原來(lái)的性能；

f）采用優(yōu)質(zhì)原生塑料與碳黑粒子，不含任何防腐劑，是一種非常環(huán)保的材料；

g）抵抗植物根系穿透的能力強(qiáng)；

h）施工方便快捷，規(guī)格多、鋪設(shè)形式多樣化，可滿(mǎn)足不同工程防滲要求，采用熱熔焊接的方式，焊縫強(qiáng)度較高，施工方便、快速環(huán)保。

2 HDPE 土工膜的應(yīng)用

污水蒸發(fā)池的設(shè)計(jì)及施工包括基礎(chǔ)層的設(shè)計(jì)、防滲層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、污水蒸發(fā)池施工、HDPE 土工膜施工質(zhì)量保證、HDPE 土工膜缺陷修補(bǔ)五個(gè)主要部分。

2.1 基礎(chǔ)層設(shè)計(jì)

根據(jù)天然氣處理廠及配套工程天然氣處理廠巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告，污水蒸發(fā)池位于挖方區(qū)，以原狀中等密度砂土層（地基承載力特征值不小于180 kPa）為持力層；基坑底部預(yù)留10 cm 厚土層采取人工清理平整。

污水蒸發(fā)池深2 m,為保證邊坡穩(wěn)定，采取自然放坡，坡度30°。

2.2 防滲層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

污水蒸發(fā)池的防滲系統(tǒng)工程應(yīng)在工程設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)有效地發(fā)揮其功能，必須選用合理的保護(hù)層對(duì)防滲結(jié)構(gòu)層［5］進(jìn)行保護(hù)。

本工程的防滲結(jié)構(gòu)采用單層防滲結(jié)構(gòu)，即兩布一膜的復(fù)合土工膜（復(fù)合防滲膜）形式，其抗拉、抗撕裂、抗頂破等物理力學(xué)性能指標(biāo)高，具有強(qiáng)度高、延伸性能好、變形模量大、防滲性能好、耐酸堿、抗腐蝕、耐老化等特點(diǎn)，能滿(mǎn)足污水蒸發(fā)池的防滲需要。

土工布作為土工膜的保護(hù)層，保護(hù)防滲層不受損壞。為減少紫外線照射，增強(qiáng)抗老化性能，在池底部分的上層土工布表面鋪設(shè)350 mm 厚的砂壤土保護(hù)層；在池壁部分采用現(xiàn)澆混凝土面板護(hù)坡的形式對(duì)土工布進(jìn)行保護(hù)。污水蒸發(fā)池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1～3。

2.3 污水蒸發(fā)池施工

HDPE 土工膜鋪設(shè)過(guò)程包括材料裁剪、試焊、調(diào)試焊接設(shè)備、錨固、檢查驗(yàn)收等。

在HDPE 土工膜鋪設(shè)前，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)情況，編制鋪膜圖，然后根據(jù)鋪膜圖進(jìn)行膜材的裁剪和鋪設(shè)。鋪膜圖要考慮工作面地形情況，對(duì)于凹凸不平的部分和場(chǎng)地拐角部位更需要詳細(xì)計(jì)算，減少十字焊縫以及應(yīng)力集中。

鋪設(shè)HDPE 土工膜的表平面應(yīng)該平整，沒(méi)有廢渣、樹(shù)根、棱角鋒利的巖石等。所有填料都必須級(jí)配良好，無(wú)有機(jī)物、垃圾或其他有害雜質(zhì)。完工地基的上部15 cm 內(nèi)不應(yīng)包含直徑大于4 cm 的石頭或碎屑，地基土不應(yīng)產(chǎn)生壓痕或受到其它有害影響。地基性質(zhì)不應(yīng)有大的變化或等級(jí)上的突變?；鶎用軐?shí)度達(dá)到90%以上。完工后的地基不受雨雪、冰凍以及其它惡劣氣候條件的影響。若有地基開(kāi)裂、明顯膨脹、突起或類(lèi)似情況都應(yīng)該重新整理以消除這些不利因素［1］。

HDPE 土工膜的接縫處理是一個(gè)關(guān)鍵工序，直接影響其防滲效果。一般接縫方式有：搭接，搭接寬度宜大于15 cm；熱焊，宜于稍厚的土工膜基材，焊縫搭接寬度不小于5 cm。不推薦膠接,因長(zhǎng)時(shí)間水浸泡易開(kāi)膠,防滲效果差［6］。

本工程采用的是2 mm HDPE 土工膜，焊接技術(shù)可采用雙縫熱合焊機(jī)焊接或擠壓熔焊機(jī)焊接。

2.3.1 雙縫熱合焊機(jī)焊接

HDPE 膜焊接接縫搭接長(zhǎng)度為100 mm。焊接前應(yīng)對(duì)搭接的20 mm 左右范圍內(nèi)的膜面進(jìn)行清理，用濕抹布擦掉灰塵、污物，使搭接部分保持清潔、干燥。焊接部位不得有劃傷、污點(diǎn)、水分、灰塵或其它妨礙焊接和影響施工質(zhì)量的雜質(zhì)。在正式焊接操作之前，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先設(shè)定設(shè)備參數(shù)，取300 mm×600 mm 的小塊膜進(jìn)行試焊［1］。

2.3.2 擠壓熔焊機(jī)焊接

鋪設(shè)前應(yīng)檢查接縫處基層是否平整、堅(jiān)實(shí)，如有異物，應(yīng)事先處理妥善。檢查焊縫處的搭接寬度不小于60 mm，接縫處的膜面應(yīng)平整且松緊適中。定位黏接時(shí)黏接點(diǎn)的間距不宜大于60～80 mm。應(yīng)控制熱風(fēng)的溫度，既不可燙壞土工膜，又要使其不能被輕易撕開(kāi)。用打毛機(jī)將焊縫處30～40 mm 寬度范圍內(nèi)的膜面打毛，達(dá)到徹底清潔，形成糙面，其深度不可超過(guò)膜厚的10%，不損傷膜面。在正式焊接之前，要取不小于300 mm×600 mm 的小樣，初定設(shè)備參數(shù)進(jìn)行試焊。切取試件進(jìn)行剪切和剝離試驗(yàn)。

焊接時(shí)不得焊偏，不允許滑焊、跳焊。焊縫中心厚度為墊襯厚度的2.5 倍，且不低于3 mm。一條接縫不能連續(xù)焊完時(shí)，接茬部分已焊焊縫要至少打毛50 mm，然后進(jìn)行搭焊。使用的焊條入機(jī)前必須保持清潔、干燥，不得用有油污或臟物的手套、 臟布、棉紗等擦拭焊條。根據(jù)氣溫情況，對(duì)焊縫及時(shí)進(jìn)行冷卻處理。擠壓熔焊作業(yè)因故中斷時(shí)，必須慢慢減少焊條擠出量，不可突然中斷焊接，重新施工時(shí)應(yīng)從中斷處進(jìn)行打毛后再焊接［1］。

2.4 HDPE 土工膜施工質(zhì)量保證

2.4.1 HDPE 土工膜焊縫非破壞性檢測(cè)

熱合雙焊縫的非破壞性檢測(cè)采用充氣法，擠壓熔焊單焊縫的檢漏采用真空法和電火花法［1］。

2.4.1.1 充氣（正壓）法檢驗(yàn)

檢驗(yàn)步驟一：將擬檢驗(yàn)的焊縫段A、B 點(diǎn)的焊縫上層膜切開(kāi)，并將A、B 點(diǎn)處空腔封閉；插入針頭并封閉；啟動(dòng)空壓機(jī)或其它加壓裝置，在0.21 MPa 壓力下穩(wěn)定3～5 min，壓降不超過(guò)1/15，則檢驗(yàn)通過(guò)。

檢驗(yàn)步驟二：將B 點(diǎn)的焊縫上層膜的封閉處切開(kāi)，根據(jù)氣體泄出的聲音判斷A、B 間氣道是否連續(xù)、通暢； 檢驗(yàn)步驟三：將B 點(diǎn)的焊縫切開(kāi)以及針孔處焊接封閉。

2.4.1.2 真空（負(fù)壓）法檢驗(yàn)

將焊縫檢測(cè)區(qū)域涂肥皂水（要超出真空盒以外100 mm），然后放置真空盒并壓緊；開(kāi)啟真空泵或其它抽氣裝置，當(dāng)真空度達(dá)到-0.035 MPa 表壓，堅(jiān)持10 s，觀察是否有氣泡產(chǎn)生，無(wú)氣泡產(chǎn)生為合格；下一段焊縫檢測(cè)時(shí)，真空盒要和前一段重疊100 mm；直徑D ≤300 mm 的補(bǔ)丁或局部焊縫可用圓形真空罩進(jìn)行負(fù)壓檢測(cè)。

2.4.1.3 電火花檢驗(yàn)

焊接前在焊縫中置入導(dǎo)線；用電火花儀對(duì)焊縫進(jìn)行掃描，合格的焊縫為火花束無(wú)變化；有空隙或薄弱的焊縫處將出現(xiàn)明亮火花，火花束集中進(jìn)入，以此判定不嚴(yán)密部位。

2.4.2 HDPE 土工膜焊縫破壞性檢測(cè)

工程驗(yàn)收時(shí)應(yīng)進(jìn)行焊縫的強(qiáng)度檢驗(yàn)，包括剪切強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度。自檢時(shí)按照150 m 焊縫檢測(cè)一組的頻率進(jìn)行，見(jiàn)證取樣檢驗(yàn)按每104m2取樣件一塊的標(biāo)準(zhǔn)，由監(jiān)理指定或隨機(jī)取樣，送國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督部門(mén)授權(quán)的塑料制品檢驗(yàn)、鑒定單位予以檢測(cè)。焊縫的剪切和剝離強(qiáng)度，不得低于相關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。土工膜檢測(cè)指標(biāo)詳見(jiàn)表1［1］。

表1 HDPE 土工膜檢測(cè)指標(biāo)

2.5 HDPE 土工膜缺陷修補(bǔ)

對(duì)焊接檢驗(yàn)切除樣件部位、鋪焊后發(fā)現(xiàn)的材料破損與缺陷、焊接缺陷以及檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的不合格部位等，均應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)。

修補(bǔ)的方法： 點(diǎn)焊，對(duì)材料上小于5 mm 的孔洞及局部焊縫的修補(bǔ)完善，可用擠壓熔焊機(jī)進(jìn)行點(diǎn)焊；加蓋，對(duì)不夠厚度或不夠嚴(yán)密的擠出焊縫，可用擠壓熔焊機(jī)補(bǔ)焊一層；補(bǔ)丁，對(duì)大的孔洞、刺破處、膜面嚴(yán)重?fù)p傷處、取樣處、十字縫交叉處以及其它各種因素造成的缺損部位，均可用加蓋補(bǔ)丁方法來(lái)修補(bǔ)。補(bǔ)丁尺寸：十字縫處為切角的方形300 mm×300 mm，或直徑D=300 mm。其余情況下，一般邊長(zhǎng)不小于200 mm，補(bǔ)丁邊距缺陷處不小于80 mm；修補(bǔ)后要對(duì)成品抽樣做檢漏實(shí)驗(yàn)［1］。

3 結(jié)論

根據(jù)天然氣處理廠多個(gè)污水蒸發(fā)池實(shí)踐證明，蒸發(fā)池用HDPE 土工膜厚度不應(yīng)小于0.25 mm，太薄的土工膜可能產(chǎn)生氣孔，且施工過(guò)程中容易受損而降低防滲效果。施工過(guò)程中，要特別注意做到鋪設(shè)不宜太緊，不得打皺，拼接要牢固。要嚴(yán)格按現(xiàn)行相關(guān)技術(shù)規(guī)范施工，把握好準(zhǔn)備、鋪設(shè)、拼接、檢驗(yàn)和回填五道質(zhì)量關(guān)。

綜上所述，使用2 mm HDPE 土工膜作為污水蒸發(fā)池的防滲層結(jié)構(gòu)材料是非?？尚械?，該方法具有施工簡(jiǎn)便快速、耐基礎(chǔ)變形、效果好、成本低的特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯，為以后類(lèi)似工程提供了借鑒。

［1］CJJ 113-2007，生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)防滲系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范［S］.CJJ 113-2007, Technical Code for Liner System of Municipal Solid Waste Landfill［S］.

［2］CJ/T-234-2006，垃圾填埋場(chǎng)用高密度聚乙烯土工膜［S］.CJ/T-234-2006, High Density Polyethylene Geomembrane for Landfills［S］.

［3］GB/T 1040，塑料拉伸性能的測(cè)定［S］.GB/T 1040, Plastics-Determination of Tensile Properties ［S］.

［4］GB/T 16422.3，塑料實(shí)驗(yàn)室光源暴露實(shí)驗(yàn)方法 第三部分：熒光紫外線［S］.GB/T 16422.3, Plastics-Methods of Exposure to Laboratory Light Sources Part 3: Fluorescent UV Lamps［S］.

［5］周敬超. HDPE 土工膜在城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)中的應(yīng)用［J］.水利水電科技進(jìn)展，2013, 23(3): 53-56.Zhou Jingchao. Application of HDPE Geomembrane to the Urban Domestic Solid Waste Landfills［J］. Advances in Science and Technology of Water Resources, 2013, 23(3): 53-56.

［6］鄧君富.巴格德雷天然氣處理廠工程土工膜施工工藝［J］.鉆采工藝，2010，33(z1): 182-184.Deng Junfu. Bargh DE Lay Natural Gas Processing Plant Engineering Construction Technology for Geomembrane ［J］. Drilling & Production Technology, 2010, 33(z1): 182-184.