填埋场铺膜损耗计算

1、生活垃圾卫生填埋场HDPE膜的铺设与工程损耗计算 上海环境工程技术有限公司, 上海，200070摘要：高密度聚乙烯（HDPE）土工膜已广泛用作生活垃圾填埋场的防渗衬里，以避免对地下水的污染和环境的损害。HDPE土工膜的铺设，在整个生活垃圾卫生填埋场的建设成本中占有显著地位，对其的工程损耗量计算，具有重要的经济意义。因此，本文从垃圾填埋场铺设防渗膜工程的角度，得出HDPE铺膜的损耗率为3.5%-5.0左右，可以为填埋场防渗膜铺设工程的膜消耗量提供参考。关键词： 生活垃圾 HDPE膜 损耗 卫生填埋场The calculation of HDPE membrane engineering loss

2、 in municipal solid waste sanitary landfill lining systemShanghai Environmental Engineering & Technology Co., Ltd., Shanghai, 200070Abstract: High Density Polyethylene Impermeable (HDPE) membrane was widely used as liner in the municipal solid wastes sanitary landfill to prevent pollution of gro

3、undwater and environment. The fee of HDPE membrane is the main part of the total cost of municipal solid waste sanitary landfill, and thus the calculation of HDPE membrane engineering loss is prerequisite and meaningful. In this paper, we proposed that the engineering loss of HDPE is ranged from 3.5

4、5.0% based on geomembrane laying works, and this result can be used to estimate the HDPE membrane consumption practically in landfill.Key word: municipal solid waste, HDPE, engineering loss, sanity landfill1 前言根据2004年6月1日起实施的建设部最新颁布的行业标准生活垃圾卫生填埋技术规范（CJJ17-2004）的强制性条文规定要求：“填埋场必须进行防渗处理，防止对地下水和地表水的污染，同

5、时还应防止地下水进入填埋区”。填埋区防渗主要有天然防渗和人工防渗系统，天然粘土防渗要求其渗透系数不大于1.0×10-7cm/s。对于达不到防渗系数要求的填埋库区须采用铺设高密度聚乙烯（HDPE）土工膜作为防渗衬里。目前，填埋场的防渗膜铺设工程越来越多，由于国家相关的建设工程定额中还没有对填埋场防渗膜铺设有相关的规定，因此，填埋场的防渗膜铺设的工程量需要有一个统一的计算口径来进行规范，本文就防渗膜实际铺设中的一些经验结合工程预算对防渗膜铺设的损耗进行一些探讨。2 试验材料选择 适于做卫生填埋场衬垫的材料主要有两大类，一类是无机材料，一类是有机材料。常用的无机材料有粘土、水泥澎润土等；常

6、用的有机材料有沥青、橡胶、聚乙烯、聚氯乙烯等。衬垫材料的选择与许多因素有关，如待处理垃圾的性质、场地的水文地质条件、场地的级别、场地的使用年限、覆盖材料的来源以及建设费用等。 目前，天然粘土防渗衬垫已经不再普遍使用了。在天然土层不能满足防渗要求的前提下，填埋场均采用铺设柔性膜防渗。柔性膜有多种材料，目前最广泛使用的填埋场防渗材料是高密度聚乙烯（HDPE）材料，其厚度有1.0mm、1.25mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm等几种，它具有如下特点：HDPE膜具有很强的防渗性能，渗透系数达到10-12cm/s；化学稳定性好，具有较强的抗腐蚀性能，耐酸、碱及抗老化能力，一般来说，抗化学腐蚀能力是

7、衬垫设计中最需要注意的，而HDPE是所有土工膜中抗化学能力最强的一种，生活垃圾渗滤液不会对HDPE组成的衬垫造成腐蚀，此外，HDPE膜的抗紫外线老化能力强，添加的碳黑可增强对紫外线的防护，而且由于在HDPE土工膜中不允许添加增塑剂，因此不必担心由于紫外线照射而引起增塑剂的挥发；机械强度高，具有较强的弹性，其屈服伸长率为13%，当伸长率达到700%以上时发生断裂；已经开发了配套的施工焊接方法，技术成熟，便于施工；气候适应性强，耐低温；与粘土具有很强的互补性，共同构成防渗结构层，可增加防渗性能；性能价格比较合理。3 结果与讨论 3.1 防渗膜铺设技术防渗膜铺设时，一般要求填埋场场底距地下水位2 m

8、以上，我国东部和东南部地区的地下水位较高，可以使场底距地下水位2 m以内，但场底基础层标高必须高于地下水位，否则不仅增加了柔性膜铺设施工的难度（存在上浮问题）和费用，为降低作用于基础底部的水压力，还需要长期（至少在填埋物与底部上浮力平衡前）进行基础降水工作。 水平防渗的衬层系统通常从上至下可依此包括过滤层、排水层（包括渗滤液收集系统）、保护层和防渗层等。防渗层的功能是通过铺设渗透性低的材料来防止渗滤液迁移到填埋区外部去，同时也可以防止外部的地下水进入填埋区内部。保护层的功能是防止防渗层受到外界影响而被破坏，如石料或垃圾对其上表面的刺穿，应力集中造成膜破损，粘土等矿物质受侵蚀等。排水层的作用是及

9、时将被阻隔的渗滤液排出，减轻对防渗层的压力，减少渗滤液的外渗可能性。过滤层的作用是保护排水层，防止垃圾在排水层中积聚，造成排水系统堵塞，使排水系统效率降低或失效。根据以上几种功能的不同方式的组合，水平防渗的衬层系统可以分为单层衬层系统、复合衬层系统、双层衬层系统、多层衬层系统。 单层衬层系统只有一个防渗层，防渗膜上面是保护层和排水层，有时也在下面设下垫层和地下水收集系统。复合衬层系统是用两种防渗材料贴在一起构成一个防渗层，常用的是柔性膜与粘土合在一起，其它层的设置与单层衬层系统相同。 人工衬层如果失效，主要原因大多数是铺设过程中造成的，只有在底面具备一定的铺设条件才能进行铺设作业，常用的保护措

10、施包括排除场底积水、用下垫料防止地基的凹凸不平、用上垫料防止外来的机械损伤、以及在坡脚和坡顶处的锚固沟等。表1为可能影响衬层可靠性的主要因素。表1 人工衬层合理性评价主要因素序号评价项目主要因素1边坡的坡度边壁的坡度要求小于1:3，便于衬层的铺设2基础的硬度如果底部基础为硬的岩石层，则不必使用膨润土之类的密封材料，也不必平整场地3底部岩基的稳定性衬层不能承受突然和不均匀的沉降4底部土壤的渗透性有些填埋场可以先铺一层土壤，以形成天然的不透水层5地下水流入地下水或其它自然界的水进入场内的应急措施6场地底部低于地下水位先用惰性材料抬高底面高度，再铺衬层，不能靠用泵抽取地下水降低其水位的办法来解决7地

11、基的稳定性如果不能修建堤坝及单元填埋室的边壁，而该处又不处于滑坡地带，则在斜坡上铺设衬层会碰到一系列问题 物理性损坏一般是由于底部地基不理想、下层土壤的移动、不适当的操作以及水力压差的改变等因素造成的；化学性的损坏则是由于垃圾与衬层材料的化学性质不相容造成的。衬层应铺设在能够支撑在其上部和下部耐力发生变化的地基上，防止由于废物的堆压或底层上升造成的垫层损坏。在铺设衬层以前，应清理基础上可能损坏衬层的物质，如树桩、树根、硬物、尖石块等；地基应保持一定的干燥度，以承受在铺设衬层过程中的压力；应检查材料本身的质量是否均匀，有无破损和缺陷如洞眼、裂缝等；铺设后，应立即检查衬层的接缝是否焊接牢固。各类引

12、起渗漏的原因和防止措施见下表2。表2 影响衬层功能的因素不利因素可能会引起的问题水文地质条件地震地带不稳定，衬层易破坏地面沉降地区粘土层裂缝，人造衬层接缝处开裂地下水位高衬层被抬高，或破裂有孔隙衬层破裂灰岩坑衬层破坏浅表水层有气体回填之前衬层被抬升上层渗透性高地基需要铺设管道气候条件冰冻裂缝、破裂大风衬层扬起和撕裂日晒使粘土衬层过于干裂，裂缝进一步扩大，某些人工衬层受紫外线影响而破坏温度高由于溶剂吸收水分而引起衬层接缝不牢固 3.2 铺设计算与施工 土工膜与保护层之间的抗滑稳定可按下式计算：K = f / tg（1） 式中，K抗滑稳定安全系数； f 土工膜与膜上保护层之间的摩擦系数； 坡度（&

13、#176;） 土工膜与土连接，应采用锚固沟或将膜片水平伸入土内50100cm并夯实，土工膜在结构顶部应予以嵌固，可在离坡缘50cm处开挖深30cm，宽30cm的浅沟，将膜端埋入，并填土石压实。 防渗层铺设施工是保障防渗功能的关键因素，防渗层铺设施工时需要注意的问题很多，除前述对支持层和保护层的要求外，对铺设和焊接过程还有一系列要求：尽量避免埋设垂直穿孔的管道或构筑物；焊接搭接宽度不小于10cm；接缝设在平面处，避开弯角，接缝应平行于拉应力的大方向；焊接宜采用双焊缝搭接，膜块间结点应为T字型；边坡应采取锚固措施；铺设结束后应在边角处压重。本文涉及的搭接损失是基于复合衬层系统（图1）进行计算的。渗

14、滤液收集装置封顶土工膜1.0m0.3m6m9m4.0m垃圾粘土衬垫粉土含水层图1 复合衬层系统构成示意图 填埋场防渗膜铺设主要应用于填埋库区、污水调节池、污水处理系统（如矿化垃圾处理系统）等。根据防渗的衬里系统结构可分为单层衬里、复合衬里、双层衬里、多层衬里系统。HDPE膜的材料消耗主要有膜搭接、管穿膜、打补丁、边角折叠等。以下以50m×70m(3500m2)上口宽，坡度1：1、深度为3m的填埋单元为例计算铺膜施工工程中的膜损耗。该工程的示意图见图2。膜面积计算过程如下。（1）整体膜面积整个填埋单元的底部面积为64×442816m2。边坡面积为（70+64）×4.

15、242/2+（50+44）×4.242/2*2967.18 m2。锚固沟距边坡1.5米，宽0.5米、深0.5米，锚固沟铺膜76×56-70×50756 m2。小计铺膜面积2816m2+967.18 m2+756 m24539.18 m2。（2）搭接膜面积根据膜搭接的要求，采用双轨焊接中，膜的搭接宽度应为100mm。以1.5mmHDPE膜宽度7.0m，长140m计算，搭接条共（64+4.242*2+3*2）/（7-0.1）-178.484/6.9-111条，损耗HDPE膜（44+4.242*2+3*2）×2×0.1×1158.484*2

16、*0.1*11128.66m2。（3）边角折叠面积为保持边角平整，须对边角进行裁剪搭接，在坑底部转角处须打补丁防渗漏，补丁的面积为1.3*1.3m2，四个角共6.76m2。70m64m50m图2 铺膜施工工程中的膜损耗示意图（4）现场作业及膜本身的渗漏点打补丁由于产品本身的原因以及施工过程中的失误、场底硬物等原因，一般每1000m2有渗漏点3-4个，因此须打补丁18个，补丁的面积为0.25*0.250.0625m2，18个共1.13 m2。（5）管穿膜的面积管穿膜的补丁面积取决于穿管直径的大小，管穿膜主要为渗沥液管和地下水管，本项目共2根，一般补丁面积为1.5×1.52.25m2，2

17、个共4.5 m2。（6）整张膜铺设过程中裁剪后多余的进行拼接的搭接面积本项目共有4处（剩余段78.484/（140-58.484*2）3.4，即4条搭接缝），面积为7×4×2×0.15.6 m2。由上可以计算出，除整体面积4539.18 m2外，还需其他各种因素造成的损耗面积146.65 m2的膜，其占整体面积的3.23。上述的损耗只是根据工程中比较理想的状态下得出的损耗数据，实际施工中，膜的损耗还与作业机械、作业人员技术、情绪、施工的场地等因素有关，另外，铺膜面积的大小也同损耗由一定的关系，一般来说，铺膜面积越大，损耗的比例越少，反之，铺膜面积越小，损耗比例越大。根据已有的工程经验，一般工程上的铺膜损耗在3.5%-5左右，与实际工程比较相符。4 结论本论文总结了高密度聚乙烯（HDPE）土工膜作为生活垃