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HDPE土工膜污水处理工程中的施工方案

HDPE土工膜在污水处理厂工程中的施工技术方案
目前污水处理厂的水池通常采用钢筋混凝土和土池的结构型式，但这些结构型式存在工程造价高、施工工艺复杂、工期长、易开裂等缺陷，尤其是当应用于一些容积较大的水池（如调节池、曝气池）时，这些缺陷更为突出。同时，土池结构型式自身防渗性能较差，而HDPE 土工膜具有良好的防渗性能，正好能弥补这一缺陷。
内衬HDPE土工膜的土池结构型式继承了土池结构的优点，同时具有成本低、防渗能力好、化学稳定性好、抗紫外光老化性良好以及抗啮齿动物和微生物侵袭等优点，同时规避了渗漏的风险，适用于体形较简单的各种类型污水池。
  1、HDPE土工膜介绍：
  HDPE土工膜是以高（中）密度聚乙烯树脂为原料生产的密度大于0.94 g/cm3 的土工膜。它含有约97.5% 的聚乙烯、2.5%的碳黑以及微量的抗氧化剂和热稳定剂。
HDPE土工膜具有以下优势：
1）强度高。
2）延展性好：有较好的地表适从性和耐候性。
3）防渗能力好：渗透系数小于1×10-13 cm/s。
4）化学稳定性好：HDPE 软化点约121 ℃，冷脆化点约-120 ℃，
5）宏祥新材料股份有限公司：15965923098夏
对无机酸、有机酸、无机盐、酒精类、醛类、胺类、酯类、油脂等都有较强的抵抗力，在污水环境下工作年限可达50 年以上。
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。
抗啮齿动物和微生物侵袭：各种试验证明，动物和微生物只侵袭那些含有增塑剂的聚合物，而HDPE 土工膜因没有添加增塑剂，一般不会受这些生物侵袭。
2、HDPE土工膜防渗体设计要点：
2.1 设计方案
  一般HDPE土工膜防渗体结构在水池边坡自上而下由基层、HDPE土工膜、保护层、块石（或混凝土）护坡共四层组成。HDPE土工膜防渗体结构在水池底处一般自上而下由基层、HDPE土工膜两层组成。局部地区如池底周围宜设置混凝土走道板，宽度易大于1.2米，做法同边坡处。其作用是防止施工期间因人员行走和设备运输而对池底土工膜可能产生的破坏，同时可以防止边坡上滚落的一些尖锐物或是电焊渣等损伤土工膜。
2.2 基层设计
  基层应压实平整、无裂缝、无松土，表面无积水、无尖锐杂物，基层压实系数不得小于93%，材质应为透水系数较小的黏性土。四周边坡基层应结构稳定，边坡允许值（高宽比）可按照《建筑地基基础设计方案》（GB 5007-2002）中的规定选取，一般不应小于1：1.5。边坡坡度陡于1：1.2时，还应进行边坡称定性验算。边坡顶部应向外侧倾斜，方便排水，坡度宜采用2%～3%。
2.3 HDPE土工膜的选择
HDPE土工膜的强度设计满足下式：
        F＝Tf/T
式中Tf为单宽土工膜的极限抗拉强度，kN/m；T为单宽土工膜所受拉力，kN/m；F为安全系数，在设计中建议该值应大于10。
 由于一般污水处理池的深度在5m左右，经计算发现所需的土工膜的厚度极薄。但是在选择不同厚度规格的土工膜时，还要考滤耐久性，因此建议选用1.2～3.0㎜的HDPE土工膜。
在实际使用中发现土工膜太薄容易出现穿刺损坏，土工膜太厚测弯折困难不能与基层紧贴。选用1.2～3.0㎜的HDPE土工膜，只要在施工期间注意保护，则即能保证膜的完整性，又方便安装。
在斜坡上铺设HDPE土工膜时，应特别注意HDPE土工膜与基层之间的摩擦力大小。由于光面HDPE土工膜与其他材料间的摩擦系数较小，很容易沿界面产生滑动。因此在水池设计中，斜坡上的HDPE土工膜一般选用糙面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 保护层设计
  HDPE土工膜在铺设完毕后，其上还需要进行块石（或混凝土）护坡的施工，为避免小石块、树根等硬物刺穿土工膜，一般需要铺设非织造土工布作为保护层。用做保护层的非织造土工布，其规格一般不得小于600g/㎡。
  2.5 护坡设计
  为提高边坡的稳定性，应避免阳光直射土工膜，同时防止污水处理厂施工和运营期间对边坡土工膜造成破坏，需在外表面设计块石(或混凝土)护坡。
钢筋混凝土护坡因整体性较好而常被选用。混凝土和钢筋应符合《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）和《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB 500069-2002）中的相关规定。混凝土护坡厚度不应小于100㎜,内配钢筋网片，保护层厚度不小于40㎜。护坡根部需设置护脚，防止护坡层沿土工膜向下滑动。护坡、护脚以及池底周圈布置的混凝土走道板连接成一体以提高护坡的整体性 和稳定性。护脚可采用现浇钢筋混凝土结构，其宽度和埋置深度需计算确定，配筋满足构造要求。
  2.6 锚固设计
土工膜的锚固方式主要有三种：锚固沟、压条固定、预埋件热焊。其锚固沟方式因其形式简单，施工方便，比较常用。锚固沟距离边坡边缘不宜小于800㎜,沟断面应根据锚固形式、结合具体情况加以核算，以不小于800㎜×800㎜为宜。
  2.7 连接部位设计
  1)土工膜与管道的连接，连接部位的管道宜选用聚乙烯管。首先把HDPE土工膜根据管道的直径大小裁剪成圆形的管套，调整好管套的位置并用热风焊枪临时固定，管套和管道间不能有空鼓的部位。然后把管套两端分别焊接在HDPE土工膜和管道上，最好用不锈钢管箍固定管套。
2）土工膜与混凝土的连接：在混凝土中预埋锁扣条，其材质同为高密度聚乙烯。根据不同的锁扣条，采取热熔焊接或机械加紧的方式连接。
3 HDPE土工膜的施工要点
3.1 施工前的准备工作
1）HDPE土工膜进场后首先必须按照《垃圾填埋场用高密度聚乙烯土工膜》（CJ/T234-2006）的标准要求对外观进行严格的检查，具体内容见表1：
表1 土工膜外观检查内容
序号
项目
要求
1
切口
平直，无明显锯齿现象
2
穿孔修复点
不允许
3
机械（加工）划痕
无或不明显
4
僵块
每㎡限于10个以内，直径≤2.0㎜截面不允许有贯穿膜厚度的僵块。
5
气泡和杂质
不允许
6
裂纹、分层、接头和断头
不允许
7
糙面膜外观
均匀，不应有结块、破损等现象。
外观检查合格后，按规范要求的数量、尺寸进行见证取样，送有资质的建筑材料测试中心对土工膜的各项指标如密度、拉伸强度、延伸率、撕裂强度等进行检验，检验合格后方可用于施工。
2）再次对已完成的基层进行检验，确保基层表面光滑平整、无石块、树根、尖锐物等可能对土工膜造成伤害的杂物。土工膜弯折处不得存在直角钢性结构，均应做弧形。
3.2 HDPE土工膜及保护层的铺设
土工膜铺设采取先边坡后池底的顺序。铺膜时不要拉的太紧，应留一定的余幅，以备局部下沉拉伸之用。水平接缝不得在坡面上，且距坡脚不得小于1.5m，相邻两幅的纵向接头不应在一条水平线上，应互相错开1 m以上。在土工膜运输过程中不要拖拉、硬拽，避免尖锐物刺伤。膜下应预先敷设一些临时导气管以排除膜下空气，使土工膜与基层紧贴。施工人员在进行施工作业时需穿着软底胶鞋或布鞋，同时注意天气、温度对膜的影响。
 具体施工步骤如下：
1)裁剪土工膜：应对铺设面进行实际丈量得到准确尺寸，再按所选的HDPE土工膜的幅宽和长度及铺设方案进行裁剪，考虑搭接宽度以便焊接。池底转角扇形区应合理裁剪，使上下端都得到牢固的锚固。
2）细部增强处理：在土工膜铺设之前，应先对阴阳角、变形缝等细部进行增强处理，必要时可增焊双层HDPE土工膜。
3）边坡铺设：展膜方向应基本平行于坡线，展膜应平整顺直，避免出现褶皱、波纹。土工膜在池顶位置要做好锚固，防止向下坠滑。
边坡上的保护层为非织造土工布，其铺设速度应与铺膜速度一致，以避免人为破坏土工膜。土工布的铺设方式应与土工膜相似，两幅土工布对正、搭齐，搭接宽度按设计要求，一般为75㎜左右，采用手提式缝纫机缝合连接。
4）池底铺设：将HDPE土工膜放在平整的基层上，平顺、松紧适度，与土面密贴，避免出现褶皱、波纹。两幅土工膜对正、搭齐，搭接宽度按设计要求，一般为100㎜左右，焊接部位要保持干净。
3.3 土工膜的接合焊接与测试
土工膜的接合焊接是防止渗漏的关键环节，常采用热熔焊接（双轨熔焊），要求焊接前两幅土工膜必须搭接100㎜以上，通过预先设置的压力齿轮使两幅土工膜焊接在一起，具体操作步骤如下：
1）试验性焊接：试验性焊接需在HDPE土工膜试样上进行，并且在与生产性相同的膜表面和环境下进行；试验性焊接要求检验和调节焊接设备；焊接设备和焊接人员只有成功完成试验性焊接后，才能进行生产性焊接。
2）生产性焊接：首先应清除HDEP土工膜表面油脂、水分 、灰尘、垃圾等杂物。如果膜表面存在杂物，会使上下膜无法热合到一起，对施工质量有较大影响。然后把焊机调整到试验性焊接时得到的最佳参数，在设计要求的搭接宽度条件下，自动焊接，焊缝做到“平整、牢固、美观”。保持焊接的温度、速度及夹持棍的压力，使焊接达到最佳效果。
焊接时应注意：尽量减少边脚和零星膜的焊接；当环境温度和不利天气条件严重影响焊接时，应停止作业，如果在晚上焊接时，应保证有充足的照明。
3）焊缝检测：焊缝的检测分为目测、气压检测（非破坏性）和破坏性检测，对每一条焊缝都要进行目测和气压检测，且要求合格率为100%。
目测主要是对焊缝的外观质量、T型焊缝和十字型焊缝的处理、基层有无杂笺等项进行仔细检查。焊缝表面应光滑平顺，厚度均匀，焊缝处不得有杂物及多余散碎焊料，不得使周围母材出现损伤。
气压检测是通过检查焊缝的气密性来判断其焊接质量好坏的非破坏性检测手段。在气腔内封闭一定压力的气体，通过检测针上附带压力表的变化来检查其气密性。
破坏性检测是按每1000m焊缝取一个1000㎜×350㎜样品做焊缝强度测试，要求合格率为100%。
对在目测、气压检测中所发现的缺陷应及时修补，不能立刻修补的要做特种标记，以防漏补。直径小于5㎜的孔洞或针眼，可有点焊。当孔洞大于5㎜时，应用10㎝圆形或椭圆形的衬垫修补。
3.4 施工注意事项：
3.4.1 边坡上土工膜的施工注意点：边坡上的HDPE土工膜在施工时可能会遭遇以下几种破坏模式：
1）从锚固沟中脱出向下滑动。这种破坏常发生在HDPE土工膜铺设阶段，可以通过增大土工膜与坡面之间的摩擦力来阻止其在坡面上的滑移。另外增大HDPE土工膜与锚固沟沟壁的摩擦力及锚固沟的锚固作用也可阻止HDPE土工膜的滑动。
2）在连接处脱开。土质边坡不均匀沉降使斜坡上的HDPE土工膜与管道或混凝土间的连接产生较大张力，导致HDPE土工膜在连接处脱开。因此需在土工膜铺装时预留一定的变形量。
3）受拉开裂。位于坡面的土工膜水平接缝处受拉时会产生开裂，为避免此情况要求土工膜在坡面上不得有水平接缝。
3.4.2 护坡施工注意点
 块石（或混凝土）护坡按照国家现行的施工规范进行施工验收即可。需要强调的是需注意在此期间对土工膜的保护，一旦土工膜被人为破坏，要找出破坏之处是比较困难的。因此在此期间要对施工人员进行技术交底并严格监控施工操作。