HDPE土工膜在污水处理池建设中优缺点分析_工地施工材料_建筑建材

在污水处理池建设中优缺点分析

HDPE土工膜是一种以高分子聚合物为基本原料的防水阻隔型材料，主要分为：低密度聚乙烯（LDPE）土工膜、聚氯乙烯（PVC）土工膜、高密度聚乙烯（HDPE）土工膜及各种复合土工膜等。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0.94g/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土工膜按表面粗糙度分为光面HDPE土工膜和糙面HDPE土工膜。其中糙面HDPE土工膜又分为单糙面HDPE土工膜和双糙面HDPE土工膜。根据不同的要求，选用不同的种类。HDPE土工膜具有以下特性：1）强度高：屈服抗拉强度可达15MPa，断裂抗拉强度可达27MPa。2）延展性好：屈服延伸率达12%，断裂延伸率达700%，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1×10-13cm/s。4）化学稳定性好：HDPE软化点约121℃，冷脆化点约-120℃，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。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。
2HDPE土工膜防渗体设计要点湖北黄冈英山县污水处理厂（规模为3万t/d）、天津市塘沽区新河污水处理厂（规模为5万t/d）和淄博市桓台县污水处理厂（规模为2.5万t/d）等多个生活污水处理厂均采用了HDPE土工膜防渗体结构设计型式。现以湖北黄冈英山县污水处理厂防渗工程为例，介绍HDPE土工膜防渗体结构设计要点。更多详情请访问儒风土工官网
2.1设计方案

湖北黄冈英山县污水处理厂出水标准为国家二级排放标准，污水处理方案采用“预处理＋多极A/O生化处理＋紫外线消毒”的工艺。生化系统核心处理构筑物为综合生化池，这是一个平面尺寸为120m×121m的大池子，包括水解池、曝气池、平流式二沉池、稳定池等区格。水解池与曝气池之间由钢筋混凝土墙隔开；平流式二沉池顶端需安装带轨道的刮吸泥机，因此材质也须是钢筋混凝土；稳定池为一长方形池体，用于再次沉淀污水中的絮状物，使出水稳定达标，不需安装设备。因此，除平流式二沉池池体必须为钢筋混凝土结构外，其余区格的水池都可采用内衬HDPE土工膜的土池结构。HDPE土工膜防渗体结构在水池边坡处自下而上由基层、HDPE土工膜、保护层、块石（或混凝土）护坡共4层组成，如图1所示。HDPE土工膜防渗体结构在水池池底处一般自下而上由基层、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，宽度宜大于1.2m，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%，材质宜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《建筑地基基础设计规范》（GB5007—2002）中的规定进行选取，一般不宜小于1∶1.5。边坡坡度陡于1∶2时，还应进行边坡稳定性验算。边坡顶部应向外侧倾斜，方便排水，坡度宜采用2%~3%。
2.3HDPE土工膜的选择

HDPE土工膜的强度设计满足下式：Fs＝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；Fs为安全系数，在设计中建议该值大于10。由于一般水池深度在5m左右，经计算发现所需土工膜厚度极薄。但是在选择不同厚度规格的土工膜时，还要考虑耐久性，因此建议选用1.2～1.5mm的土工膜。在实际使用中发现土工膜太薄容易出现穿刺损坏，土工膜太厚则弯折困难不能与基层紧贴。选用1.2～1.5mm的HDPE土工膜，只要在施工期间注意保护，则既能保证膜的完整性，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
土工膜铺设完毕后，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。用作保护层的非织造土工布，其规格一般不得小于600g/m2。
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常被选用。混凝土和钢筋应符合《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）和《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB500069—2002）中的相关规定。混凝土护坡厚度不应小于100mm，内配钢筋网片，保护层厚度不小于40mm。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，其宽度及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。
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800mm，沟断面应根据锚固形式、结合具体情况加以计算，以不小于800mm×800mm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，管套与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，最后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夹紧的方式连接。
3HDPE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。
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，确保基层表面平整光滑，无石块、树根、尖锐物等可能对土工膜产生破坏的杂物。土工膜弯折处不得存在直角刚性结构，均应做成弧形。
3.2HDPE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。铺膜时不要拉得太紧，应留有一定的余幅，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，应相互错开1m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、温度等对膜的影响。
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。池体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75mm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100mm左右，焊接部位要保持干净。

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