Применение геомембран

1. Обзор проекта

Этот проект предусматривает расширение и строительство системы непроницаемых барьеров на полигоне для захоронения бытовых отходов в уезде Лююань города Шаогуань провинции Гуандун. Полигон, расположенный на холмистой местности, имеет проектную общей вместимостью около 1,5 млн кубических метров, что позволяет отнести его к полигонам среднего размера. Геологические условия участка характеризуются типичными для юга красными почвами и выветренными слоями горных пород, а уровень грунтовых вод значительно колеблется в зависимости от сезона под влиянием режима осадков.

Основная задача и цель проекта — создание абсолютно надежного инженерного непроницаемого барьера. Этот барьер должен полностью изолировать токсичные и опасные фильтраты, образующиеся в результате разложения отходов, от окружающих почв и грунтовых вод, предотвращая вторичное загрязнение региональной экологической среды, в частности водных источников в бассейне реки Чжуцзян. После всесторонней оценки для проекта была выбрана однослойная непроницаемая система покрытия на основе геомембраны из полиэтилена высокой плотности (HDPE) толщиной 1,5 мм с гладкой поверхностью. Она дополняется нетканым геотекстильным защитным слоем и гравийным дренажным слоем, образуя комплексное интегрированное решение для обеспечения непроницаемости, дренажа и защиты.

2. Проектное решение

Система противофильтрационной защиты разработана по принципу «многослойной защиты и безотказной надежности», ядром которой является герметичный противофильтрационный слой, сформированный из геомембраны из полиэтилена высокой плотности (HDPE).

2.1 Выбор материалов и требования к эксплуатационным характеристикам

Основной гидроизоляционный слой:
В качестве основного гидроизоляционного материала используется высококачественная гладкая геомембрана из HDPE толщиной 1,5 мм. Данный выбор обусловлен ее выдающимися эксплуатационными характеристиками: во-первых, коэффициент водопроницаемости материала составляет менее 1×10⁻¹² см/с, что обеспечивает значительно более высокую степень гидроизоляции по сравнению с традиционными глиняными экранами; во-вторых, HDPE обладает превосходной химической стойкостью и способен длительное время выдерживать воздействие сложных кислотно-щелочных компонентов и ионов тяжелых металлов, содержащихся в фильтрате; в-третьих, высокая прочность на растяжение и удлинение при разрыве позволяют материалу адаптироваться к возможной неравномерной осадке основания полигона, предотвращая разрыв из-за чрезмерной локальной деформации; наконец, материал обладает отличной стойкостью к растрескиванию под воздействием окружающей среды и напряжений, что обеспечивает сохранение структурной целостности при длительной нагрузке.

Защитные слои:
Сверху и снизу геомембраны укладывается иглопробивной нетканый геотекстиль из полиэфирного волокна плотностью 600 г/м². Нижний геотекстиль размещается на выровненном глиняном основании и выполняет функцию амортизирующего и защитного слоя, предотвращая прокол мембраны острыми предметами. Верхний геотекстиль укрывает геомембрану, защищая основной противофильтрационный слой от механических повреждений при последующей укладке гравийного дренажного слоя.

Опорный и дренажный слой:
Основание состоит из тщательно уплотненного глиняного слоя (степень уплотнения ≥95%), обеспечивающего стабильную опору. Над защитным геотекстилем мембраны укладывается слой щебня фракционированного состава толщиной 30 см, который служит основным каналом для сбора и отвода фильтрата.

2.2 Конструктивное решение

Система противофильтрационной защиты формируется снизу вверх в следующем порядке: уплотненное глиняное основание → нижний нетканый геотекстиль (амортизирующий защитный слой) → геомембрана HDPE толщиной 1,5 мм (основной противофильтрационный слой) → верхний нетканый геотекстиль (защитный слой) → гравийный дренажный слой.

На участках с уклонами применяется концепция композитной противофильтрационной конструкции, обеспечивающая противоскользящую устойчивость геомембраны на наклонных поверхностях.

3. Монтаж и строительство

Качество строительства имеет решающее значение для эффективности противофильтрационной системы. В рамках данного проекта строго соблюдается стандартизированный процесс «подготовка – укладка – сварка – контроль – защита», при этом на ключевых этапах осуществляется строительный надзор на площадке.

3.1 Подготовка перед началом строительства

Подготовка основания:
Данный этап является фундаментом для всех последующих работ. Основание котлована и поверхности откосов должны быть выровнены, уплотнены и очищены от любых острых предметов, таких как корни деревьев, строительный мусор, камни или торчащие концы арматуры. Внутренние и внешние углы основания должны быть сглажены до округлённых дуг (радиус > 50 см), чтобы предотвратить концентрацию напряжений. Укладка мембраны может начинаться только после совместной приёмки основания представителями подрядчика по гражданскому строительству, технического надзора и заказчика с оформлением подписанного акта соответствия.

Погодные условия:
Сварочные работы должны проводиться при температуре выше 5°C, скорости ветра не более 4 баллов по шкале Бофорта и при отсутствии дождя или снега. В условиях экстремально низких температур сварочные аппараты должны быть предварительно прогреты. При высоких температурах мембрану следует укладывать с небольшим запасом (провисанием) для компенсации теплового расширения.

3.2 Укладка и сварка геомембраны HDPE

Укладка:
Перед раскроем необходимо точно измерить и пронумеровать каждый участок мембраны. При укладке следует минимизировать количество сварных швов и располагать их параллельно наиболее крутым уклонам площадки (т.е. сверху вниз), чтобы облегчить контроль швов и снизить напряжения. Во время укладки мембрану следует вручную натягивать и разглаживать для предотвращения складок, а затем немедленно фиксировать мешками с песком во избежание смещения ветром.

Нахлёст и сварка:
Соединения между мембранами выполняются методом нахлёсточного соединения, при этом ширина нахлёста должна строго составлять не менее 10 см. Сварка выполняется двухдорожечным горячеклиновым сварочным аппаратом, обеспечивающим непрерывность гидроизоляции. Перед началом ежедневной официальной сварки необходимо выполнить пробную сварку образца размером 0,9 м × 0,3 м на площадке и провести испытания на отрыв и сдвиг. Только после успешного прохождения этих испытаний допускается продолжение сварки с использованием установленных параметров (температура, давление, скорость). Особое внимание должно уделяться чистоте зоны шва: недопустимо наличие пыли, масла, влаги или ила. Все Т-образные соединения и перекрёстные стыки должны быть усилены дополнительной сваркой с помощью экструзионного сварочного пистолета для обеспечения абсолютной герметичности.

3.3 Контроль качества сварных швов

Все сварные швы подлежат 100%-ной проверке по трёхступенчатой методике: визуальный контроль, пневматические испытания под давлением и разрушающие испытания.

Визуальный контроль:
Проверяется, чтобы швы были равномерными, гладкими, без непроваров и следов пережога.

Испытание давлением:
В полость, образованную двухдорожечной сваркой, подаётся сжатый воздух давлением 0,15–0,2 МПа. Шов считается прошедшим испытание, если давление остаётся стабильным в течение 5 минут или снижается не более чем на 20%.

Разрушающие испытания:
Случайным образом отбирается один образец шва на каждые 500–1000 метров сварки. На месте проводятся испытания на отрыв и сдвиг. Испытание считается успешным, если разрушение происходит вне линии сварного шва.

3.4 Анкерное крепление и покрытие

По периметру мембрана закрепляется в заранее вырытых анкерных траншеях, которые затем засыпаются глиной с послойным уплотнением. После завершения всех сварочных работ и проверок необходимо незамедлительно уложить верхний защитный геотекстиль и гравийный дренажный слой в соответствии с проектной последовательностью. При укладке гравия следует использовать лёгкую технику с методом обратной разгрузки. Категорически запрещается движение или разворот техники непосредственно по незащищённой геомембране.

4. Краткое изложение ключевых преимуществ геомембран из HDPE

По сравнению с традиционными противофильтрационными материалами (такими как уплотнённая глина) и другими типами геомембран, геомембраны из HDPE демонстрируют незаменимые комплексные преимущества в современных проектах в области охраны окружающей среды, представленных данной инициативой.