适用于贵州山谷地区的千式灰场防渗系统研究

适用于贵州山谷地区的千式灰场防渗系统研究

罗伟 王增慧 蓝苹瑕 廖南京

贵州省习水鼎泰能源开发有限责任公司，遵义 564611

摘要：本研究旨在研究适用于贵州山谷地区的千式灰场防渗系统，以确保地下水质的保护和环境可持续性。通过详细的地质勘测和防渗材料选择，我们设计了一套符合相关标准要求的防渗系统，包括HDPE土工膜、长丝纺粘针刺非织造土工布和天然钠基膨润土防水毯等材料。在研究中，我们还设置了水质监测点，并对地下水质进行了长期监测和评估。研究结果表明，防渗系统的设计和施工达到了预期效果，地下水质保持稳定，未受到明显的影响。

关键词：千式灰场；防渗系统；地下水质；HDPE土工膜；水质监测

引言

贵州山谷地区的千式灰场是一项重要的工程，但其地下水质的保护至关重要。地下水质的受损可能对环境和社会造成严重影响。因此，我们进行了详尽的研究，旨在设计一套高效的防渗系统，以确保地下水质的长期稳定性。本文将介绍防渗系统的设计与材料选择，水质监测点的设置与监测结果，以及防渗系统的效果评估，最后讨论对地下水水质的长期影响。

1 项目概况

适用于贵州山谷地区的千式灰场防渗系统研究中，防渗系统的设计是基于灰场岩土勘测报告的结果。库区场地的下伏地层包括侏罗系下统自流井群组砂泥岩夹页岩和三迭系上统须家河组砂岩以及石英砂岩砂泥岩地层。这些地层的渗透系数介于4.41×10^-6到8.38×10^-4cm/s之间，不满足相关标准的要求。因此，为了防止灰水可能向库外及地下渗漏，需要在该地段上铺设土工合成材料构筑防渗层，人工合成材料的水蒸汽渗透系数应小于1.0×10^-13cm/s。

在该场地，防渗材料的选择和施工方法经过详细规划，其中包括使用4800g/m2纳基膨润土代替750mm粘土衬层，采用针刺覆膜法纳基膨润土防水毯GCL-OF，以确保防渗效果。这种GCL-OF的渗透系数满足规范要求。

对于现有的灰场，已经设置了6个水质监测点，并根据地下水监测井监测结果，地下水水质符合要求，灰场运行多年并未对区域地下水水质产生明显影响，表明原库底防渗系统功能有效。

新增的防渗区域的防渗层结构包括基岩、4800g/m2钠基膨润土垫层（GCL）、300g/m2土工布保护层、2.0mm厚HDPE土工膜（双糙面）、300g/m2防紫外线土工布保护层。这些材料的技术指标符合相关标准要求，例如GB/T17643-2011和GB/T17638-1998。

2 防渗系统设计与材料选择

2.1 防渗层结构

防渗层结构是一个防渗系统的核心组成部分，其设计必须充分考虑地质条件、水文地质参数以及材料的特性。在这个研究中，防渗层结构包括基岩、4800g/m2钠基膨润土垫层（GCL）、300g/m2土工布保护层、2.0mm厚HDPE土工膜（双糙面）、300g/m2防紫外线土工布保护层。

首先，基岩作为防渗层的底部支撑，扮演着重要的角色。在贵州山谷地区，地下水位变化较大，因此基岩的选择必须具备一定的抗渗性和稳定性。基岩的性质和厚度必须经过详细的地质勘测和工程分析，以确保其适合作为防渗层的底部基础。

其次，4800g/m2钠基膨润土垫层（GCL）是一种常用的防渗材料，其优点在于具有出色的渗透抵抗性能。这种材料通常由两层土工布夹着一层钠基膨润土构成，通过针刺法或其他工艺将其固定在一起。GCL的渗透系数通常非常低，能够有效地防止水分渗透。在这个研究中，选择4800g/m2的GCL是基于其良好的防渗性能和相对较轻的重量，有助于施工和材料运输。

土工布保护层的作用是保护HDPE土工膜和GCL不受损坏，同时提供额外的机械支撑。300g/m2的土工布具有足够的强度，能够抵御外部压力和摩擦。此外，它还能分散土工膜和GCL下的荷载，减轻对这些关键层的压力。

最重要的一层是2.0mm厚的HDPE土工膜。HDPE土工膜是一种高密度聚乙烯材料，具有出色的防渗性能。其主要优点包括高强度、化学稳定性和抗老化性。在这个研究中，选择了2.0mm厚的HDPE土工膜，以确保足够的防渗性能，同时双糙面设计有助于提高膜与基岩之间的附着力，增强防渗层的稳定性。

最后，300g/m2的防紫外线土工布保护层被用来保护HDPE土工膜免受紫外线辐射的影响。在户外暴露的情况下，紫外线可能导致土工膜老化和性能下降。因此，这一保护层是必不可少的，有助于延长防渗层的使用寿命。

2.2 防渗材料技术要求

(1)HDPE土工膜

-厚度：2.0mm的HDPE土工膜适用于该项目，该厚度足以提供必要的防渗性能。

-强度：HDPE土工膜必须具有足够的拉伸和撕裂强度，以应对施工和地下水位变化可能带来的应力。

-化学稳定性：土工膜必须具有化学稳定性，能够抵抗化学物质对其的侵蚀，确保长期防渗效果。

-抗老化性：考虑到户外暴露的情况，土工膜必须具有出色的抗老化性，以延长使用寿命。

-焊接质量：土工膜的焊接必须符合标准，确保没有渗漏点和瑕疵。

(2)长丝纺粘针刺非织造土工布

-强度：长丝纺粘针刺非织造土工布必须具有足够的强度，以承受外部荷载和摩擦。

-耐化学腐蚀性：它必须抵抗化学物质的腐蚀，以保护下方的防渗层。

-耐老化性：土工布需要在户外环境下长时间使用，因此必须具备耐老化性。

-孔隙性：土工布应具备适当的孔隙结构，以允许水分排放，并防止积水。

-焊接质量：焊接土工布的工艺必须合格，以确保无渗漏点。

(3)天然钠基膨润土防水毯

天然钠基膨润土防水毯的技术要求包括：

-渗透系数：天然钠基膨润土必须具有极低的渗透系数，以有效地阻止水分渗透。

-厚度：膨润土层的厚度必须符合设计要求，以提供足够的抵抗力。

-垫层材料：选择的垫层材料必须符合相关标准，以确保质量和稳定性。

2.3 材料施工技术要求

(1)HDPE膜的施工工艺与检测要求

-准备底基面：在铺设HDPE膜之前，必须确保底基面平整、干燥、清洁，没有尖锐物体或破损，以防止膜下的损坏。任何凹凸不平或破损都应当进行修复。

-滚压操作：在铺设HDPE膜时，使用合适的滚压设备进行滚压，以确保膜与底基面之间的紧密粘合。滚压操作应当均匀，避免气泡和褶皱的产生，以保持膜的一致性。

-焊接工艺：HDPE膜通常需要进行焊接，以确保膜片的连接紧密无缝。焊接过程应当符合相关标准，并由经验丰富的技术人员进行操作。焊接接头应当均匀，没有渗漏点。

-检测与质量控制：在施工过程中，必须进行定期的检测和质量控制。这包括检查焊接接头的质量，使用适当的检测工具检测渗漏，以确保膜的完整性和防渗性能。

-环境条件：HDPE膜的施工应当在适宜的环境条件下进行，避免极端温度、高湿度或强风等不利因素。

(2)铺置HDPE土工膜

-膜卷的存储和处理：HDPE膜卷在运输和存储过程中必须受到妥善的保护，避免划伤、撕裂或弯曲。在铺置前，必须检查膜卷的完整性和质量。

-膜的铺置：膜必须按照设计要求进行铺置，确保覆盖整个防渗区域。铺置时应当采取适当的张力和滚压，以保持膜的平整和紧密粘合。

-接头处理：如果需要连接多张膜片，接头处的处理至关重要。接头应当符合焊接工艺的要求，确保无渗漏。

(3)膜的焊接

-焊接设备：使用合适的HDPE膜焊接设备，确保设备的正常运行和准确性。设备应当能够提供足够的温度和压力，以确保焊接接头牢固。

-焊接工艺：在进行焊接时，必须按照相关标准和规范进行操作。焊接应当均匀、连续，避免渗漏点的出现。焊接过程中应当记录关键参数，以便后续的质量控制和检测。

-焊接检测：在焊接完成后，必须进行焊接接头的检测。使用适当的检测工具，如气泡检测或电子检测，确保接头没有渗漏。任何发现的问题应当及时修复。

结论

通过本研究，我们成功设计并实施了一套适用于贵州山谷地区的千式灰场防渗系统。该系统采用了HDPE土工膜、长丝纺粘针刺非织造土工布和天然钠基膨润土防水毯等高效材料，并通过水质监测点对地下水质进行了长期监测。结果表明，防渗系统有效地保护了地下水质，未出现明显的水质污染。这为贵州山谷地区的千式灰场提供了可靠的防渗解决方案，并为类似工程的设计和实施提供了有益的经验。

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