淺談火力發(fā)電廠灰場(chǎng)防滲施工

【摘要】灰場(chǎng)是火力發(fā)電廠固體廢棄物的主要堆放地，其防滲處理是否得當(dāng)關(guān)系重大。結(jié)合相關(guān)的規(guī)程規(guī)范以及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出幾點(diǎn)對(duì)灰場(chǎng)防滲設(shè)計(jì)、施工的看法。

【關(guān)鍵詞】灰場(chǎng)；防滲；設(shè)計(jì)；施工

在我國(guó)，以燃煤為主的火力發(fā)電廠在發(fā)電過程中排放的灰渣數(shù)量巨大，其處置給電廠建設(shè)、土地資源和生態(tài)環(huán)境造成了很大壓力。目前，灰渣基本采用貯灰場(chǎng)進(jìn)行貯放，且貯放方式以水力貯灰和干貯灰為主，如地層防滲性能較差，大量灰水將會(huì)滲入地下，將會(huì)引起貯灰場(chǎng)周圍地區(qū)地下水位的壅高及地下水環(huán)境的污染。隨著國(guó)民生活水平的不斷提高和對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，灰場(chǎng)防滲設(shè)計(jì)和施工已經(jīng)成為電廠設(shè)計(jì)施工的一個(gè)重要組成部分。

我國(guó)電廠排放的粉煤灰，其主要成分有二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣和三氧化硫等。其中微量元素主要有銅、鋅、釩、砷等。這些物質(zhì)成分有些為有害甚至是有毒的物質(zhì)，堆積在灰場(chǎng)中時(shí)，經(jīng)噴淋和雨水的沖洗滲出，流入地表或地下河、池塘、湖泊將導(dǎo)致周邊環(huán)境嚴(yán)重污染，對(duì)人們生命和財(cái)產(chǎn)安全造成極大的威脅。

1、一般灰場(chǎng)的防滲設(shè)計(jì)內(nèi)容

灰場(chǎng)底部的防滲層設(shè)計(jì)。根據(jù)經(jīng)濟(jì)、安全和穩(wěn)定的原則，防滲層的設(shè)計(jì)又可以分為：

1.1 粘土防滲層設(shè)計(jì)

粘土主要是由結(jié)晶質(zhì)的粘土礦物如高嶺石、蒙脫石及硅、鋁的氧化物等組成的土裝礦物，粘土因其顆粒小，遇水形成膠體，因而具有較好的抗?jié)B透性。根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)定土壤作為防滲層時(shí)，其滲透系數(shù)必須小于或等于1.0x10-7cm/s。滲透系數(shù)愈大，土層透水性愈強(qiáng)。強(qiáng)透水的粗砂礫石層滲透系數(shù)〉10m/晝夜；弱透水的亞砂土滲透系數(shù)為1～0.01m/晝夜；不透水的粘土滲透系數(shù)<0.001m/晝夜。由此可見滲透系數(shù)主要取決于土體顆粒的形狀、大小、不均勻系數(shù)和水的粘滯性等。

除此以外，在采用粘土作為防滲層時(shí)，還需要考慮：鋪設(shè)厚度、抗干裂性能、抗剪強(qiáng)度、抵抗化學(xué)侵蝕能力、有效壓實(shí)度、含水量、抗變形能力等；以及灰場(chǎng)的類型、所在地區(qū)的年氣溫變化情況、地下水位高度、年降雨量等外部環(huán)境因素。使用粘土作為防滲層，其優(yōu)點(diǎn)在于工程量少、經(jīng)濟(jì)性好、施工簡(jiǎn)單。但由于滲透系數(shù)小于或等于1.0x10-7cm/s要求較為苛刻，能達(dá)到這一要求的場(chǎng)地并不多，同時(shí)粘土防滲層在使用過程中受到外界環(huán)境變化影響較大，粘土作為天然的防水層，在不遠(yuǎn)的將來(lái)勢(shì)必會(huì)被淘汰。

1.2 土工膜防滲層設(shè)計(jì)

土工膜以塑料薄膜作為防滲基材，與無(wú)紡布復(fù)合成土工膜防滲材料，它的防滲性能主要取決于塑料薄膜的防滲性。國(guó)外從上世紀(jì)80年代開始在垃圾填埋場(chǎng)防滲處理中使用，后逐步成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)并得到越來(lái)越多的應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)外防滲應(yīng)用的塑料薄膜，主要有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE），它們是一種高分子化學(xué)柔性材料，比重較小，延伸性較強(qiáng)，適應(yīng)變形能力高，耐腐蝕，耐低溫，抗凍性能好。其主要機(jī)理是以塑料薄膜的不透水性隔斷水通道，以其較大的抗拉強(qiáng)度和延伸率承受水壓和適應(yīng)場(chǎng)地的變形。土工膜是防滲層的主體，但只有土工膜還不能完成防滲功能。土工膜防滲層應(yīng)包括土工膜、保護(hù)層和支持層等部分。

土工膜可分三大類：復(fù)合土工膜、加筋土工膜和HDPE土工膜。

1.2.1 復(fù)合土工膜是膜與針刺土工布加熱壓合或用膠粘劑粘合而成，根據(jù)工程需要可做一布一膜和兩布一膜。而復(fù)合土工膜中的土工布是一種高分子短纖維化學(xué)材料，具有較高的抗拉強(qiáng)度和延伸性，它與塑料薄膜結(jié)合后，不僅增大了塑料薄膜的抗拉強(qiáng)度和抗穿刺能力，而且由于土工布表面粗糙，增大了接觸面的摩擦系數(shù)，有利于復(fù)合土工膜及保護(hù)層的穩(wěn)定。不怕酸、堿、鹽類的侵蝕。此外土工布還能防止土工膜被接觸的碎石刺破，防止鋪設(shè)時(shí)被人和機(jī)械破壞，防止運(yùn)輸時(shí)的損壞。

1.2.2 加筋土工膜是在膜內(nèi)加入混合材料，混合材料一般為土工布、錦綸絲布或帆布，根據(jù)工程要求可做一布兩膜、兩布三膜、三布四膜。加筋土工膜與復(fù)合土工膜相似，都是土工膜與其他材料的混合，有所區(qū)別的是，加筋土工膜所加入的材料種類更多且施工要求鋪設(shè)的形式也有所區(qū)別。

1.2.3 HDPE土工膜即高密度聚乙烯土工膜，是由高分子聚乙烯通過吹塑或平擠制成的具有很強(qiáng)耐久性的防滲材料。其主要特點(diǎn)：突出的耐應(yīng)力開裂能力（耐環(huán)境應(yīng)力開裂）；化學(xué)性能穩(wěn)定，耐腐蝕；最低的滲透性，確保污水不會(huì)下滲；抗紫外線能力強(qiáng)，暴露在紫外線下不易分解；延伸性較強(qiáng)，適應(yīng)變形能力高；具有穩(wěn)定的低溫垂化性能，抗凍性能較好。

1.3 場(chǎng)內(nèi)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

場(chǎng)內(nèi)排水主要建構(gòu)筑物包括排水豎井及排水臥管。其設(shè)計(jì)主要依據(jù)堆灰場(chǎng)地的大小、堆灰的高度、設(shè)計(jì)排水豎井的高度、堆灰的方式等。場(chǎng)內(nèi)排水設(shè)計(jì)投資相對(duì)較小，但非常關(guān)鍵的。設(shè)計(jì)的成敗不僅關(guān)系到灰場(chǎng)的防滲設(shè)計(jì)是否成功，同時(shí)還對(duì)堆灰的穩(wěn)定及灰壩的安全起著決定性的作用。

2、灰場(chǎng)防滲層的施工

以天然土層作為防滲層時(shí)，通常只需要對(duì)土層進(jìn)行一定程度的強(qiáng)夯即可，施工要求和工藝較為簡(jiǎn)單，防滲層施工時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：

2.1 防滲薄膜與支撐材料接觸面應(yīng)力求平整，當(dāng)場(chǎng)地較差時(shí)，應(yīng)設(shè)細(xì)粒墊層，以保護(hù)薄膜不被損傷。避免薄膜被刺破而喪失其防滲作用。

2.2 防滲薄膜自身的連接。防滲薄膜的連接方式可歸納為三種，即粘結(jié)法、焊接法以及硫化法，視防滲薄膜的原材料的不同而選擇。防滲薄膜的連接處是整體較為薄弱的部位，故所有連接縫處的抗?jié)B性能均應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格仔細(xì)的檢查，以防接縫連接不好而滲漏。

2.3 防滲薄膜與周邊邊界的連接。防滲薄膜與周邊邊界必須嚴(yán)密結(jié)合。施工時(shí)可與地基和岸坡開挖錨固槽連接。如果地基是不透水粘土層，可開挖深為2m，寬為4m左右的錨固槽，將土工薄膜置于槽內(nèi)，然后密實(shí)回填粘土；如果地基是深厚的砂礫石透水層，可采用土工薄膜鋪蓋的方式進(jìn)行防滲，其長(zhǎng)度根據(jù)計(jì)算確定。鋪蓋部位必須整平，并鋪設(shè)厚約30cm，最大粒徑為20mm的過渡層。同樣膜上也要鋪設(shè)過濾層，隨后加設(shè)保護(hù)層。薄膜周邊應(yīng)與兩岸岸坡不透水層嚴(yán)密結(jié)合。聚氯乙烯和丁基橡膠類薄膜可用粘合劑或溶化劑很好的粘著于混凝土面上，故嵌入長(zhǎng)度適當(dāng)可短些。因聚乙烯薄膜不能粘著于混凝土面上，故嵌上混凝土的長(zhǎng)度至少為0.8m。

2.4 對(duì)HDPE土工膜施工時(shí)還需要考慮外部氣候情況：氣溫一般應(yīng)在五攝氏度以上，低溫時(shí)土工膜應(yīng)拉緊些，高溫時(shí)土工膜應(yīng)放松些；風(fēng)力在四級(jí)以下；氣溫過低時(shí)，四級(jí)以上大風(fēng)及雨雪天氣一般不應(yīng)施工；大風(fēng)天氣，風(fēng)力影響土工膜施工時(shí)，待焊的HDPE土工膜應(yīng)用砂袋壓牢。

現(xiàn)階段我國(guó)國(guó)情與西方發(fā)達(dá)國(guó)家不同，我國(guó)燃煤機(jī)組仍是主力機(jī)組，占總裝機(jī)容量的70%以上，同時(shí)各個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展很不平衡，對(duì)粉煤灰的綜合利用仍停留在低水平階段，大量的灰渣仍需要貯放在灰場(chǎng)內(nèi)，灰場(chǎng)的環(huán)境保護(hù)還有許多值得研究和改進(jìn)的地方。

【摘要】灰場(chǎng)是火力發(fā)電廠固體廢棄物的主要堆放地，其防滲處理是否得當(dāng)關(guān)系重大。結(jié)合相關(guān)的規(guī)程規(guī)范以及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出幾點(diǎn)對(duì)灰場(chǎng)防滲設(shè)計(jì)、施工的看法。

【關(guān)鍵詞】灰場(chǎng)；防滲；設(shè)計(jì)；施工

在我國(guó)，以燃煤為主的火力發(fā)電廠在發(fā)電過程中排放的灰渣數(shù)量巨大，其處置給電廠建設(shè)、土地資源和生態(tài)環(huán)境造成了很大壓力。目前，灰渣基本采用貯灰場(chǎng)進(jìn)行貯放，且貯放方式以水力貯灰和干貯灰為主，如地層防滲性能較差，大量灰水將會(huì)滲入地下，將會(huì)引起貯灰場(chǎng)周圍地區(qū)地下水位的壅高及地下水環(huán)境的污染。隨著國(guó)民生活水平的不斷提高和對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，灰場(chǎng)防滲設(shè)計(jì)和施工已經(jīng)成為電廠設(shè)計(jì)施工的一個(gè)重要組成部分。

我國(guó)電廠排放的粉煤灰，其主要成分有二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣和三氧化硫等。其中微量元素主要有銅、鋅、釩、砷等。這些物質(zhì)成分有些為有害甚至是有毒的物質(zhì)，堆積在灰場(chǎng)中時(shí)，經(jīng)噴淋和雨水的沖洗滲出，流入地表或地下河、池塘、湖泊將導(dǎo)致周邊環(huán)境嚴(yán)重污染，對(duì)人們生命和財(cái)產(chǎn)安全造成極大的威脅。

1、一般灰場(chǎng)的防滲設(shè)計(jì)內(nèi)容

灰場(chǎng)底部的防滲層設(shè)計(jì)。根據(jù)經(jīng)濟(jì)、安全和穩(wěn)定的原則，防滲層的設(shè)計(jì)又可以分為：

1.1 粘土防滲層設(shè)計(jì)

粘土主要是由結(jié)晶質(zhì)的粘土礦物如高嶺石、蒙脫石及硅、鋁的氧化物等組成的土裝礦物，粘土因其顆粒小，遇水形成膠體，因而具有較好的抗?jié)B透性。根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)定土壤作為防滲層時(shí)，其滲透系數(shù)必須小于或等于1.0x10-7cm/s。滲透系數(shù)愈大，土層透水性愈強(qiáng)。強(qiáng)透水的粗砂礫石層滲透系數(shù)〉10m/晝夜；弱透水的亞砂土滲透系數(shù)為1～0.01m/晝夜；不透水的粘土滲透系數(shù)<0.001m/晝夜。由此可見滲透系數(shù)主要取決于土體顆粒的形狀、大小、不均勻系數(shù)和水的粘滯性等。

除此以外，在采用粘土作為防滲層時(shí)，還需要考慮：鋪設(shè)厚度、抗干裂性能、抗剪強(qiáng)度、抵抗化學(xué)侵蝕能力、有效壓實(shí)度、含水量、抗變形能力等；以及灰場(chǎng)的類型、所在地區(qū)的年氣溫變化情況、地下水位高度、年降雨量等外部環(huán)境因素。使用粘土作為防滲層，其優(yōu)點(diǎn)在于工程量少、經(jīng)濟(jì)性好、施工簡(jiǎn)單。但由于滲透系數(shù)小于或等于1.0x10-7cm/s要求較為苛刻，能達(dá)到這一要求的場(chǎng)地并不多，同時(shí)粘土防滲層在使用過程中受到外界環(huán)境變化影響較大，粘土作為天然的防水層，在不遠(yuǎn)的將來(lái)勢(shì)必會(huì)被淘汰。

1.2 土工膜防滲層設(shè)計(jì)

土工膜以塑料薄膜作為防滲基材，與無(wú)紡布復(fù)合成土工膜防滲材料，它的防滲性能主要取決于塑料薄膜的防滲性。國(guó)外從上世紀(jì)80年代開始在垃圾填埋場(chǎng)防滲處理中使用，后逐步成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)并得到越來(lái)越多的應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)外防滲應(yīng)用的塑料薄膜，主要有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE），它們是一種高分子化學(xué)柔性材料，比重較小，延伸性較強(qiáng)，適應(yīng)變形能力高，耐腐蝕，耐低溫，抗凍性能好。其主要機(jī)理是以塑料薄膜的不透水性隔斷水通道，以其較大的抗拉強(qiáng)度和延伸率承受水壓和適應(yīng)場(chǎng)地的變形。土工膜是防滲層的主體，但只有土工膜還不能完成防滲功能。土工膜防滲層應(yīng)包括土工膜、保護(hù)層和支持層等部分。

土工膜可分三大類：復(fù)合土工膜、加筋土工膜和HDPE土工膜。

1.2.1 復(fù)合土工膜是膜與針刺土工布加熱壓合或用膠粘劑粘合而成，根據(jù)工程需要可做一布一膜和兩布一膜。而復(fù)合土工膜中的土工布是一種高分子短纖維化學(xué)材料，具有較高的抗拉強(qiáng)度和延伸性，它與塑料薄膜結(jié)合后，不僅增大了塑料薄膜的抗拉強(qiáng)度和抗穿刺能力，而且由于土工布表面粗糙，增大了接觸面的摩擦系數(shù)，有利于復(fù)合土工膜及保護(hù)層的穩(wěn)定。不怕酸、堿、鹽類的侵蝕。此外土工布還能防止土工膜被接觸的碎石刺破，防止鋪設(shè)時(shí)被人和機(jī)械破壞，防止運(yùn)輸時(shí)的損壞。

1.2.2 加筋土工膜是在膜內(nèi)加入混合材料，混合材料一般為土工布、錦綸絲布或帆布，根據(jù)工程要求可做一布兩膜、兩布三膜、三布四膜。加筋土工膜與復(fù)合土工膜相似，都是土工膜與其他材料的混合，有所區(qū)別的是，加筋土工膜所加入的材料種類更多且施工要求鋪設(shè)的形式也有所區(qū)別。

1.2.3 HDPE土工膜即高密度聚乙烯土工膜，是由高分子聚乙烯通過吹塑或平擠制成的具有很強(qiáng)耐久性的防滲材料。其主要特點(diǎn)：突出的耐應(yīng)力開裂能力（耐環(huán)境應(yīng)力開裂）；化學(xué)性能穩(wěn)定，耐腐蝕；最低的滲透性，確保污水不會(huì)下滲；抗紫外線能力強(qiáng)，暴露在紫外線下不易分解；延伸性較強(qiáng)，適應(yīng)變形能力高；具有穩(wěn)定的低溫垂化性能，抗凍性能較好。

1.3 場(chǎng)內(nèi)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

場(chǎng)內(nèi)排水主要建構(gòu)筑物包括排水豎井及排水臥管。其設(shè)計(jì)主要依據(jù)堆灰場(chǎng)地的大小、堆灰的高度、設(shè)計(jì)排水豎井的高度、堆灰的方式等。場(chǎng)內(nèi)排水設(shè)計(jì)投資相對(duì)較小，但非常關(guān)鍵的。設(shè)計(jì)的成敗不僅關(guān)系到灰場(chǎng)的防滲設(shè)計(jì)是否成功，同時(shí)還對(duì)堆灰的穩(wěn)定及灰壩的安全起著決定性的作用。

2、灰場(chǎng)防滲層的施工

以天然土層作為防滲層時(shí)，通常只需要對(duì)土層進(jìn)行一定程度的強(qiáng)夯即可，施工要求和工藝較為簡(jiǎn)單，防滲層施工時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：

2.1 防滲薄膜與支撐材料接觸面應(yīng)力求平整，當(dāng)場(chǎng)地較差時(shí)，應(yīng)設(shè)細(xì)粒墊層，以保護(hù)薄膜不被損傷。避免薄膜被刺破而喪失其防滲作用。

2.2 防滲薄膜自身的連接。防滲薄膜的連接方式可歸納為三種，即粘結(jié)法、焊接法以及硫化法，視防滲薄膜的原材料的不同而選擇。防滲薄膜的連接處是整體較為薄弱的部位，故所有連接縫處的抗?jié)B性能均應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格仔細(xì)的檢查，以防接縫連接不好而滲漏。

2.3 防滲薄膜與周邊邊界的連接。防滲薄膜與周邊邊界必須嚴(yán)密結(jié)合。施工時(shí)可與地基和岸坡開挖錨固槽連接。如果地基是不透水粘土層，可開挖深為2m，寬為4m左右的錨固槽，將土工薄膜置于槽內(nèi)，然后密實(shí)回填粘土；如果地基是深厚的砂礫石透水層，可采用土工薄膜鋪蓋的方式進(jìn)行防滲，其長(zhǎng)度根據(jù)計(jì)算確定。鋪蓋部位必須整平，并鋪設(shè)厚約30cm，最大粒徑為20mm的過渡層。同樣膜上也要鋪設(shè)過濾層，隨后加設(shè)保護(hù)層。薄膜周邊應(yīng)與兩岸岸坡不透水層嚴(yán)密結(jié)合。聚氯乙烯和丁基橡膠類薄膜可用粘合劑或溶化劑很好的粘著于混凝土面上，故嵌入長(zhǎng)度適當(dāng)可短些。因聚乙烯薄膜不能粘著于混凝土面上，故嵌上混凝土的長(zhǎng)度至少為0.8m。

2.4 對(duì)HDPE土工膜施工時(shí)還需要考慮外部氣候情況：氣溫一般應(yīng)在五攝氏度以上，低溫時(shí)土工膜應(yīng)拉緊些，高溫時(shí)土工膜應(yīng)放松些；風(fēng)力在四級(jí)以下；氣溫過低時(shí)，四級(jí)以上大風(fēng)及雨雪天氣一般不應(yīng)施工；大風(fēng)天氣，風(fēng)力影響土工膜施工時(shí)，待焊的HDPE土工膜應(yīng)用砂袋壓牢。

現(xiàn)階段我國(guó)國(guó)情與西方發(fā)達(dá)國(guó)家不同，我國(guó)燃煤機(jī)組仍是主力機(jī)組，占總裝機(jī)容量的70%以上，同時(shí)各個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展很不平衡，對(duì)粉煤灰的綜合利用仍停留在低水平階段，大量的灰渣仍需要貯放在灰場(chǎng)內(nèi)，灰場(chǎng)的環(huán)境保護(hù)還有許多值得研究和改進(jìn)的地方。