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电学渗漏检测在防渗土工膜施工质量保证中的应用

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第 3期 第28卷 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 2007往 3 月 电学渗漏检测在防渗土工膜施工质量保证中的应用 黄仁华 ,高康2 (1.上海老港废弃物处置有限公司,上海201302;2.上海朗得环境科技有限公司,上海200092) [摘要]探讨垃圾填埋场防渗土工膜施工破坏的各种情况以及施工保证措施,着重介绍了电学渗漏位置 探测的原理及其在施工质量保证中的作用。 [关键词]土工膜;施工破坏;电学渗漏检测 中图分类号:X705文献标识码:B文章编号:1004-4345(2007)02—0241-06 Application of Leak Detection with Elcetricity in Quality Assurance of Geomembrane Installation HUANG Ren—hua1.GAO Kang ̄ (1. Shanghai Laogang Waste Disposal Corporation,Shanghai 201302,China; 2.Shanghai Langde Environmental Science and Technology Corporation,Shanghai 200092,China) Abstract The article had a discussion on diferent geomembrane breakage conditions in installation and their protective measures and described the philosophy of leak-position detection with electircity and its function in construction quality assurance Keywords geomembrane;breakage in installation:leak detection with electricity 在防渗系统的设计和施工过程中,需要考虑 1 概述 各种合成材料的特性。采用正确的施工安装方法以 及相应的现场施工质量保证程序。在施工过程中采 目前国内的填埋场建设多用人工合成材料 用电学渗漏位置探测进行施工质量保证,将可能发 HDPE土工膜作为防渗层。HDPE土工膜由于其耐化 现施工安装过程中产生的破损渗漏孔洞。 学腐蚀能力强、制造工艺成熟、易于现场焊接,并积 累了比较成熟的工程实施经验,因此,成为广泛应用 2土工膜施工安装的可能破坏评估 于填埋场的防渗衬层材料。 早在1978年,EPA(美国环境总署)就报道过所有 用于防渗工程的土工膜在运输和施工过程中容 的垃圾填埋场都会渗漏。1990年一项填埋场衬层的 易产生破损,破损的孔洞必然影响工程的防渗效果。 监测表明,即使是在严密质量控制的工程中,HDPE 对防渗土工膜的选材标准、施工焊接方法与要求等, 土工膜的渗漏率是200L/(km2-d)。 都有专门的遵循标准。土工膜防渗材料的施工,需要 填埋场传统的方式是采用监测井进行监测。采 严格科学的施工质量保证体系。根据调查表明,即使 用这种方式对于监测来说比较滞后,往往是渗漏已 执行严格的施工质量保证规程(CQC/CQA),实际工程 经发生了一段时间,扩散进入地下水,并且对环境造 中土工膜的破损渗漏依然发生。常规的施工质量保 成一定的污染后才能被发现。而且采用传统的方式 证程序无法在项目施工完成后,发现存在的破损孔 只能定性的知道填埋场发生了渗漏,而不能确定漏 洞,在土工膜有上覆材料情况下,即使知道土工膜有 洞的位置。 渗漏,也无法准确定位。电学渗漏位置探测技术能够 收稿日期:2006-12-05 作者简介:黄仁华(1969一),男,上海人,高级工程师,上海老港废弃物处置有限公司副总经理;高康(1969一),男,云南人,工程师,上海朗 得环境科技有限公司经理。 维普资讯 http://www.cqvip.com

・242・ 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 第28卷 很好的解决这一问题。 清华大学刘建国等人(2002年)指出,根据国外的 调查研究,填埋场防渗衬层施工时,在施工质量保证 较好的情况下,复合衬层土工膜上存在8~10:fL/公顷; 质量保证较差的情况下,土工膜上存在17:fL/公顷; 即使在质量保证极好的情况下,土工膜上孔密度至 少为l~2:fL/公顷。这就决定了大多数的填埋场有可 能发生渗漏,从而污染周围环境。 通过对大量的垃圾填埋场防渗土工膜的渗漏 位置探测结果表明,大量破损是施工造成的。Nosko (1996年)等、Nosko和Touze—Foltz(2000年)的两篇 论文总结了在全世界进行的300多个填埋场的电学 渗漏位置探测的结果,1 1个不同国家施工面积超过 3 000 000m2土工膜安装中发现的土工膜损坏见表1。 表l防渗土工膜各阶段施工破损比例 % 对于在土工膜安装最初阶段出现的损坏。勘察 数据显示: (1)61%的土工膜破损位于在“T”和“Y”接头处或 管道入口周围的挤出焊接处: (2)18%的损坏是由于过热和贯穿熔化造成的: (3)17%的缺陷是由于地基中的石头刺穿土工膜 造成的: (4)4%的缺陷是由于在安装中,没有留意或修理 土工膜中的切口造成的 施工的最后阶段是铺设保护/排水层到土工膜 上面。一般来说,关于土工膜衬垫的传统CQC/CQA 要求在此时停止。土工膜电学渗漏位置探测技术可 以在铺设上层覆盖之后检测和评估土工膜的完整 性。1996年渗漏探测数据说明,在此施工阶段,当保 护/排水覆盖层置于土工膜上时,土工膜出现大多数 损坏,占总破坏的73%。探测数据的辩论性结果解开 了在此施工阶段的损坏原因如下:①68%的损坏是由 于石头锋利、石头尺寸不合适、铺设上覆盖层或砾石 层技术不正确或者没有规定用于保护土工膜的土工 织物衬垫材料造成的:②16%的损坏是由于铺设上 覆盖土层或砾石材料在平面和斜面上的重型设备造 成的。损坏位置通常出现在土工膜热膨胀以及不正 确的摊铺覆盖层造成的皱纹/波浪形位置;③16%的 损坏是由于使用控制填土层厚度的坡度桩造成的。 各种位置所产生的破损原因和几率如表2所示。 表2各种位置产生破损的原因和几率 % 由上表可以看出。土工膜破损比例最大的是场 底,破损的最大原因是铺设覆盖排水砾石/保护砂土 造成的。高达97%的土工膜缺陷是在垃圾场施工过 程中造成的,传统的质量保证(CQA)程序更多的关注 焊缝质量,无法对整个面积的防渗土工膜进行必要 的检测。以上表的数据引用和分析,可以得出未来的 土工膜施工质量保证,应该关注的重点是防渗层渗 漏位置的勘查,而电学渗漏位置探测是保证防渗工 程品质较有效、较经济的手段。 3土工膜渗漏位置探测技术 电学渗漏位置探测法是目前国际上常用的土工 膜渗漏探测方法。是防渗土工膜渗漏位置探测最可 靠和有效的方法。电学渗漏位置探测法参考的技术 维普资讯 http://www.cqvip.com

第2~3期 电学渗漏检测在防渗土工膜施工质量保证中的应用 .243. 标准是ASTMD 6747“土工膜电学渗漏位置探测方 裸露土工膜表面的渗漏位置探测。 法选择与技术标准”,标准规定了具体工程可以选择 3.1双电极法渗漏位置探测 检测仪器、方法和程序。 在双电极土工电学渗漏位置探测方法中,将不 土工膜电学渗漏位置探测基本原理简单来说是 同电势施加到土工膜(泥土或水)上面及其下面。覆盖 在土工膜上施加电压,通过在电势场内移动探测设 土工膜的泥土或水的电势场相对均匀。土工膜为一 备探测有回路的位置,从而找到渗漏点。用于土工膜 种极其有效的绝缘体,只能在存在孔洞时才能建立 电学渗漏位置探测的主要两种方式:双电极法和水 的一种电流路径,导致电势场变化。通过分析电势数 枪法。双电极法用于土工膜上有砂石/泥土覆盖情况 值,可以精确定位产生渗漏孔洞的位置。原理如图1: 下的渗漏位置探测,水枪法适用于没有任何覆盖的 图l双电极法土工膜渗漏位置探测原理 当渗漏孔位于地下h深度时,地电流分布不是 成的。在点位曲线的拐点处,电场强度出现极值。在 辐射状,由于地表电流密度的法向分量应等于零。假 厂 — 设土工膜以上充满电阻率为P的介质,离开渗漏点 x=0和±、/要h的地方,E有三个拐点。电流密度的 , 二 的任何一点M的电位为: 分布规律与电场强度完全相同,两者只在量值上差 一p l 1 个系数p。通过对电位电势的分析,可以判断出渗 漏位置点。由于孔洞处有电流传过,越靠近孔洞,电势 式中: 为M点距渗漏点A在地表投影点0的距离; 场增加,在孔洞处达到最大。通过等电势曲线可以判 h为渗漏点距地表的深度。从上式可以得出沿 方 断准确的孔洞位置。 向的电场强度 和电流密度为^。 u・ E F—pl 广 —(h2+x—2)3n 。 一, ,一 I -—(h2+x—2)3n .5\ 一一 o , 一 0\N-I . —.. . , . ’ ~~一、, 电位分布如图2所示,在A的正上方电位具有 ’~-I ’0 I 2 3’—— ~ 、0 最大值,向两边逐渐减小,在 =±、/了h的两点上,电 :-0・3 X .M 位等于极大值的一半,在 =± 的两点为电位曲 、/2 线拐点位置。可以想象,在地面上的等位线是以0为 圆点的同心圆簇。如果相邻等位线间的点位差相等, 则等位线在拐点附近密集,在0点附近和远处渐稀。 在x=0处,电场强度等于零,两侧的电场强度E 图2渗漏点电位分布示意 曲线以O点反对成,这是电流自O点向两侧流出造 维普资讯 http://www.cqvip.com

.244. 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 第28卷 双电极法土工膜渗漏位置探测,需要注意特殊 3.2水枪法土工膜渗漏位置探测 的工矿条件。如果位置探测区域外部泥土存在电接 水枪法土工膜渗漏位置探测,可以对没有覆盖 触,则需要进行必要的绝缘处理;砂砾石层覆盖的土 (防护泥土、土工织物等)的土工膜进行渗漏检测。在 工膜,需要将砂砾石打湿,保证其导电性;如果碰到下 土工膜安装期间或在清洁之后特别适合于使用这种 雨天,不宜进行渗漏勘查。 技术,水枪法土工膜渗漏位置探测是土工膜安装工 双电极法适用于土工膜上覆盖有水、泥浆、砂、 程质量保证的重要措施。原理如图3所示。 有机泥土以及砾石和粘土。 电压 图3水枪法土工膜渗漏位置探测原理 水枪法渗漏位置探测需要根据各种不同实际情 4.1香港迪斯尼水上乐园 况,采用不同的探测措施,保证土工膜和基础层有良 香港迪斯尼公园于2004年建成,其水上乐园使 好的接触。 用1.5mm的HDPE土工膜作为防渗层,土工膜上面 是600g/m 的土工织物保护层,上面覆盖300mm的 4 电学渗漏位置探测实例 砂土和300mm的碎石垫层,膜上砂土和碎石铺设施 工过程可能会对防渗土工膜产生破坏。2004年3月, 电学渗漏位置探测,是防渗土工膜施工质量控 通过对水上娱乐中心电学渗漏位置探测,发现的最 制的最后保证环节,通过渗漏位置勘查,找到可能的 大的孔洞为300mm,典型的孔洞如图4。 漏洞进行修补,达到最大限制减少渗漏污染的目的。 图4香港迪斯尼水上乐园防渗土工膜渗漏检测找到的破损孔洞 4.2国内某垃圾填埋场现场探测 GCL组成复合防渗衬垫,土工膜上铺设2层长丝土 某垃圾处理场库底面积约为6.5万m ,防渗层 工布作为保护层,渗滤液导排层为600mm的碎石 采用的是2.0mm厚HDPE土工膜,土工膜下是一层 垫层。 维普资讯 http://www.cqvip.com

第2~3期 电学渗漏检测在防渗土工膜施工质量保证中的应用 .245. 2006年3月份以后,垃圾场开始接收垃圾,经过 一修补完成后再投入运营。业主委托上海朗得环境科 技有限公司对项目进行渗漏位置探测,结果找到最 大1.5m,最小6mm的破损孔洞,典型的孔洞如图5 和图6。 个月的试运行,填埋垃圾约1万多立方米,发现地 下水监测井COD值高出正常范围,初步怀疑是土工 膜破损导致渗滤液污染地下水所致。需要对土工膜 防渗层进行渗漏位置探测,找出所有潜在的破损,在 图5较大机械破损孔洞 图6细小破损孔洞 4.3国内某大型垃圾填埋场现场探测 国内某大型垃圾填埋场一期工程场底面积约 为8万m ,防渗层采用300ram粘性土和2.0mm厚 土工膜组成复合防渗层,土工膜上铺设l 000g/m ̄长 石垫层。 2006年9月,在填埋垃圾前,业主委托上海朗得 环境科技有限公司进行渗漏检测。通过实际现场的 渗漏位置探测,结果找到了破损孔洞,典型的破损孔 洞如图7。 丝土工布作为保护层,渗滤液导排层为600mm的卵 图7典型的破损孔洞 有覆盖一样。 5 结论 土工膜大量用于垃圾填埋场等防渗结构工程 实践证明,土工膜电学渗漏位置探测是一种有 效而经济的土工膜整体质量保证手段,可以作为施 工质量评判的一个标准依据。电学渗漏位置探测进 行最后的质量控制,是传统的质量控制的补充。能够 完整地发现土工膜的可能潜在破损孔洞,确保土工 膜的水力防渗性,提高工程项目的安全性.减少可能 中,是一种非常有效地质量稳定的防渗材料。但在施 工过程中必然会产生破损孔洞,必须进行科学的规 划施工,严格施工程序,在施工完成后,需要有相应的 措施,保证土工膜防渗系统的完整性。常规的质量控 制保证(cQA)标准程序在土工膜被覆盖后,就不能得 到土工膜的完整信息。使用土工膜电学渗漏位置探 测技术,使得实现质量控制保证就像土工膜裸露没 的环境损坏。 【参考文献) 【1】Rollin A.L.Marcotte M.Jacquelin T.and Chaput L.(m99).Leak 维普资讯 http://www.cqvip.com

・246・ 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 Liners of Landfills Covered with a Protective Soil,Gcosynthetics’93,vol 3,PP 1403-1412,April. 第28卷 Proceed. Location in Exposed Geomembrane LiBeg8 Using an Electicarl Leak Detection Technique,Proceedings of Geosynthetics 99, Boston,PP 615~626. 【4】 ASTM D6747,Standard Guide for Selcteion of Techniques for Electrical Detctieon of Potentil Laeak Paths in Geomembranes, November 2002.ASTM Internationa1. 【2】2 Darilek G.T.Laine D.&Parra j.O.(1989).The Electircal kak Location Method for Geomembrane Liners,Proceeding of Geosyn- thetics’89,IFAI。PP 456-462,San Diego. 【5J李鸿江.垃圾填埋场地下环境污染三维在线监测技术研究【DJ.上 海:同济大学。2006. 【3】Laine D.L.&Darilek G.T.(1993).Locating Leaks in Geomembrane jI} ,:lfit,:lit f,:lilt,:lfit (上接第225页) 的最低混合比例添加四种改性剂后,污泥的臭度降 低到三级以下,都符合填埋场恶臭污染物排放标准。 根据《生活垃圾填埋污染控制标准)(GB16889— 1997)中对生活垃圾填埋场大气污染物排放控制项 目和《恶臭污染物排放标准》(GB14554—93)中恶臭 污染物厂界标准值,采用适用范围较广的二级标准 值中新扩改建项目执行的标准值——硫化氢浓度 0.06mg/m 。若采用六级臭度法评判,相应的臭度级别 为3级。要达到改性后污泥的臭度降低到三级以下, 【参考文献】 【1】 USAEPA,1995.Process Design Manual:Surface Disposal of Sewage Sludge and Domestic Septge.Washiangton,DC 20460:US- AEPA fEPA/625/K-95/002). 【2】何品晶,顾国维,李笃中.城市污泥处理与利用【M】.北京:科学出版 社.2003. 所需添加的粉煤灰、矿化垃圾、建筑垃圾和泥土的最 低比例分别为3:10、4:10、7:10和8:10。而研究表明, 为满足改性污泥的填埋时要达到抗压强度不小于 【3】徐强,张春敏,赵丽君.污泥处理处置技术及装置【M】.北京:化学 工业出版社.2003. 【4】Iene M.rC.Lo,W.W.Zhou,and K.M.ee.GeotLechnical characterization of dewatered sewage sludge for landfill disposalGeotchJanuary,e2002,39:1 139-I 149. 50kPa、抗剪强度不小于25kPa的要求,粉煤灰、矿化 垃圾、建筑垃圾和泥土与污泥的最低混合比分别为 【J】. Canada 6:10、10:10、7:10和9:10。此时四种改性污泥的臭度 都符合填埋场恶臭污染物排放标准。 【5J A.Keenig,J.N.Key,I.M.Wan.Physical properties of dewatered wastewater sludge for landtilling【J】.Water Science and Technolo-- gy,v 34,n 34,1996,p533-540. 【6J A.Keenig,Q.H.Bar/.Vane shear stengrth of dewatered sludge 4结论 通过四种改性剂与污泥混合,可有效地降低污 from Hong Kong[J].Water Science and Technology,v 44,n 2-3, 2001,p389-397. 【7】赵由才,黄仁华,赵爱华.大型垃圾填埋场稳定化过程与再利用【J】. 中国城市环境卫生,2000,(1):20 24. 【8】王保田.土工测试技术【M】.南京:河海大学出版社,2000. 泥的臭度,对污泥臭度的改善能力由强到弱的顺序 是粉煤灰、矿化垃圾、建筑垃圾和泥土。将污泥处置 于已有垃圾填埋场时,可以优先考虑采用矿化垃圾 【9】南京水利科学研究院土工研究所.土工试验技术手册【M】.北京:人 民交通出版社,2003. 与污泥混合填埋的方法。矿化垃圾混合比例的增大, 有利于改性污泥的臭度降低,但污泥臭气中硫化氢 浓度的降低幅度越来越小,添加量为7:10时,硫化氢 的去除率达96%。按满足改性污泥的填埋强度要求 【l0】胡明操.环境保护实用数据手册【MJ.北京:机械工业出版社,1990. 【Il】国家环境保护总局.空气和废气监测分析方法【M】.第四版.北京: 中国环境科学出版社.2003. 

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