由于矿山工业的发展.选矿规模逐年增加,相应需要建设大型的尾矿库与之配套。我国尾矿库一般都建设在山谷中,具有库面积大、库容大、工程投资小的特点。对于需要进行全面防渗的尾矿库,由于山谷面积大,地形复杂,粘土和混凝土等传统材料造价高、施工难度大、周期长,已逐渐被土工膜所替代。近年来,土工膜防渗技术已广泛应用于有色、黑色、黄金和化工行业.在治理重金属尾矿库、冶炼渣场、赤泥库、锰渣库、磷石膏库和岩溶库等相关固废堆存场地的污染时起着至关重要的作用。
1土工膜材料
土工膜.它是以高分子聚合物为基本原料制成的一种防渗材料.分为均质型和复合型两种:土工膜是以塑料薄膜作为防渗基材,与无纺布复合而成的土工防渗材料,它的防渗性能主要取决于塑料薄膜的防渗性能.由于其造价低、施工简单,在尾矿库防渗要求不是特别高的工程中应用,适用广泛,但也同时存在宜老化、抗穿刺能力不强等特点。目前。国内外防渗应用的塑料薄膜,主要有聚氯乙烯(PVC)和聚乙烯(PE)、EVA(乙烯/醋酸乙烯共聚物),隧道应用中还有设计使用ECB(乙烯乙酸乙烯改性沥青共混土工膜)的,它们是一种高分子化学柔性材料,比重较小,延伸性较强,适应变形能力高,耐腐蚀,耐低温,抗冻性能好。
HDPE土工膜是一种均质柔性防水材料,在尾矿库工程中,有很强的适应性、耐久性和安全性,在防渗要求较高的尾矿库工程中均运用了此种防渗材料,运行效果好,其主要特性如下:
(1)具有很高的防渗系数卜一般水蒸汽渗透系数≤1×10‘139·cⅡl/(cm2·s·Pa)1;
(2)具有良好的耐热性和耐寒性,其使用环境温度为高温110℃、低温一70℃;
(3)具有很好的化学稳定性,能抗强酸、碱、油的腐蚀,是好的防腐材料:
(4)具有很高的抗张力强度.使它具有很高的抗拉强度能满足高标准工程项目需要;
(5)具有很强的耐候性,有很强的抗老化性能,能长时间裸露使用而保持原来的性能:
(6)有很强的抗拉强度与断裂伸长率,使HDPE土工膜能够在各种不同的恶劣地质与气候条件下使用,适应地质不均匀沉降应变力强。
2施工方法
2.1铺设前的准备
土工膜铺设前应保证铺设面符合设计要求和质量安全要求.在铺设之前可以对尾矿堆积坝进行仔细考察。土工膜及焊条的材料和质量应符合设计要求和有关标准的规定。与铺设无关的人员不得进入施工现场。所有进入土工膜施工现场人员佩戴出入证,穿对土工膜无损伤的鞋子,进入现场任何人不得吸烟。在土工材料上,所有工具必须轻拿轻放,不得扔摔或重放.严禁热工具与土工膜接接触。土工膜施工完毕必须注意成品保护。材料在装卸、搬运过程中不得使用任何可能对材料造成机械损伤的器具.如拉动、抬起或卷起.不容许一些不受控制的展开方法,轻拿轻放。现场的处理:平整现场的地面,使其表面平整,压密实,地表面没有凹凸物,没有大的石块、铁丝钢丝等硬质的东西,防
止刺坏防渗膜。填埋场的四周挖出40×40的锚固沟,为防渗膜在填埋场两边的锚固做准备。2.2铺设将准备铺设的防渗膜卷材在空地展平,按预定方案裁剪成需要的形状。在铺膜过程中要避免人为的损坏,应平顺、贴实、尽量减少褶皱,合理的选择铺设方向,尽可能减少接缝受
力,合理布局每片材料的位置.力求接缝最少。平整的地面上铺膜,合理计算、选择最佳铺膜方式(以减少焊接缝数量节约材料为标准)在铺膜过程中要避免人为的损,相邻膜焊接缝错位按“丁”字形铺设。此外铺膜时注意预留出防渗膜的变形伸缩量.一般预留伸放量1。4%.根据具体场地实际情况确定,以防止在基础变形时防渗膜被压力撕裂。所有外露的土工膜必须立刻用沙袋或其他重物压紧,以防止土工膜被风吹起或拉出周边锚固沟。
2.3焊接
焊接缝合气候条件:焊接缝合所需要的气候条件为大气温度在4—40℃之间;干燥条件.特别是没有降水或别的过多水分如雾或露水:风速不大于每小时4级。土工膜膜块在焊接前必须重叠15cm,膜块必须调整好以使接缝尽量减少褶皱和成“鱼嘴”的可能。在焊接缝合之前缝合区域在缝合之前必须进
行清理以确保清洁并没有水、灰尘、杂物或任何碎屑。土工膜膜块焊接缝合应重叠7.5cm,缝合区域在缝合之前必须进行清理以确保该区域清洁且没有水、灰尘、垃圾或任何碎屑。热气装置只能用于土工膜模块的加热粘结.注意不要损坏土工膜,磨光也不应该损坏土工膜。焊条必须保持清洁和干燥。
2.4平台节点细部做法
在坡使用软梯.用热熔焊机自上而顺坡焊接.焊接至平台处时,人为的把设备提起来,对于1:3—1:2坡来讲,此时凹进台阶里面的土工膜能被提到与焊机以前所走的焊接轨道同一条线上.应该来讲此时台阶处土工膜能被顺利焊接过去,不会存在修补的情况。这样完成整个长度上焊接时,再回来用沙袋把土工膜压进平台上锚固槽里面(坡底端膜没有固定),再用卵石把膜在平台上锚固槽里锚固。
从上往下焊接时.在焊到平台处时,停止焊接。在平台外的焊缝焊完时.在平台出把土工膜压入锚固槽内,接缝暴露出来。用热风枪把两片土工膜搭接部位吹接在一起。用砂轮机及砂纸打毛(1.5mm以上).倒角度45。(挤压焊机焊接时,因为膜表面有一层氧化层.待焊接土工膜都要进行打毛.倒角后最大厚度可磨0.5mm左右。且膜上有极小的凹凸不均,可增加挤出熔料接触面积.使焊接效果更好),用挤压焊机挤焊条接此处,处理完毕。焊接土工膜在焊接过程中,为了防止膜在铺设后被大风等刮起产生移位,则采用边铺设边焊接压固依次推进。焊
接前.先将土工膜预留搭焊接面擦拭干净;焊膜机滚轮应擦拭干净.先试样焊接调整好设备.方可进行焊接。焊接时,始终保持焊机匀速前进。待焊缝完全冷却后再进行焊缝检查试验。直到焊缝符合要求为止。
2.5修补
铺设过程中.任何有缺陷或破坏和非破坏性实验的土工膜都应该修复.以免影响整体的防渗效果。小洞应由挤出焊修复,如果洞大于6mm,应打补丁。剥离应用补丁修复,如果剥离在斜坡上有一个很尖的末端、则在打补丁之前须切成圆形。需要打补丁的土工膜表面应提前修复磨光、清洁。折叠的土工膜应重新铺设打补丁的接焊位置应和斜坡平行,而不是交叉。补丁应由同样的土工膜组成,并切成圆型或椭圆形,其大小应超过缺陷边缘至少15cm。所有的补丁都应该具有与原土工膜相同的厚度.几乎所有的补丁应在放置到土工膜之前用打磨机
把顶部边缘削平。修复时所有的表面都应该保持清洁和干燥。
对每一个修复位置都应该进行非破坏性测试,且做好记录。填埋场四周的锚固.封边埋固采用锚固沟锚固.锚固沟要求离施工平面40cm开沟.沟宽40cm,沟深40cm,将膜拉入沟内成U字型.用沙袋或混凝土结构将沟固定。
3尾矿库工程中土工膜防渗需特别注意的几个问题
3.1基础处理
由于尾矿库在设置了土工膜后,在雨季时由于地下水的变化.会在膜下产生一定压力水头,容易导致土工膜倒伏,故需对膜下的地基进行相应的处理。特别是南方有很多地区尾矿库.库区有岩溶等复杂构造,首先宜对岩溶、泉眼等构造进行封堵处理.并在膜下设置一定厚度的排渗层,必要时设置通气管。
3.2分层施工与嵌固齿槽
由于尾矿库建设工程中.一般具有较长的服务年限。如土工膜防渗层一次性施工至最终标高前期投入较大,同时尾矿库上部暴露在尾矿覆盖以外的部分防渗层容易破损老化,增加了运行管理的难度.故根据服务年限和上升速度,一般一次施工至一定标高.后期根据生产规模,逐期进行加高。在各分层需布置齿槽,齿槽用于嵌固施工在山坡的土工膜,同时对土工膜边缘进行保护:其结构大样可如图2所示。
3.3与构筑物搭接处理
对于防渗层与库内其他防洪构筑物相接触的部位处理时.一般可在施工土工膜时,将土工膜伸入构筑物基础的混凝土垫层或用混凝土连接其垫层中.深入长度不小于20cm。
4结束语
土工膜具有施工周期短,施工简易,维修方便,投资成本低.多重保护,环保防渗效果好等特点,完全符合填埋场的设计需求。土工膜具有良好的耐热性和耐寒性。化学稳定性好,具有较高的刚性和韧性,抗老化和耐腐蚀性能强,机械拉伸强度好.具有很好的介电性能.耐环境应力开裂性能较好。广泛用于垃圾填埋场和尾矿库等堆存固体废弃物的场所,对于减小库区地下水污染有极其重要的作用。鉴于尾矿库土工膜防渗问题对于尾矿处理的重要性,因此,研究这个课题具有非常重要的现实意义。
参考文献
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『31谢旭阳,田文旗,王云海,张兴凯.我国尾矿库安全现状分析及管理对策研究『J].中国安全生产科学技术,2009(02).
作者简介:陶东良(1983一),本科,工程师,主要从事水工专业工作。