时间：2022-07-28 06:58:42
【摘 要】通过对克旗煤制天然气蒸发塘沙地防渗结构、边坡的稳定及锚固方案的分析、论证，提出国内首个大型蒸发塘沙地防渗结构，并付诸实施，确保蒸发塘防渗结构安全。
【关键词】蒸发塘；沙地；边坡；防渗；结构
1 工程概况
内蒙古大唐国际克什克腾煤制气项目工程位于内蒙古克什克腾旗境内，浑善达克沙漠东部边缘，蒸发塘位于厂区东南方向，距厂址直线距离约6.3km，主要用于贮存化工区试运行阶段产生的化工废水和整个项目正常运行之后无法再循环处理利用的废水，因此蒸发塘防渗漏是该工程最关键的问题之一。该区域地貌为风成沙丘地貌，场地周边基本为串珠状砂丘，中央部分平坦开阔，现场场地标高为1300m～1335m。蒸发塘本期占地面积约45.9公顷，分两格建设，两格可分开单独运行，创造了合理调节和检修的条件。蒸发塘本期允许的最大安全贮水标高为1322.5m，此时形成最大安全库容约为214.656×104 m3，其中A格约76×104 m3，B格约138.6×104 m3。
2 蒸发塘防渗结构难点分析
2.1 此工程位于浑善达克沙漠边缘，在沙地上建如此大规模蒸发塘还是国内首例，防渗结构的选取上没有成功案例可借鉴。沙土的渗透系数过大，在没有粘土的情况采用何种防渗材料替代，成为防渗结构选取中的一个课题。
2.2 沙土边坡稳定性及边坡防渗结构是防渗结构设计的的又一个难题。沙土边坡坡率的选取，防渗结构层上采用何种工程形式保护防渗结构的安全，都是边坡稳定和边坡安全的最重要的因素之一。
2.3 目前常用的边坡锚固结构形式已在很多的工程中应用，其发生渗漏往往是由于受到大的外力后，局部产生出现破损等问题形成的。锚固结构目前所面临的问题是，沙土岸坡地基十分干燥，在铺设GCL和HDPE膜时难免收到扰动，这种情况对锚固沟及岸坡的整体稳定是否有影响还需进一步研究。
3 防渗结构方案
根据现场的实际情况，并经过反复论证，综合考虑污水防渗的关键及造价等多方面因素，本工程采用了国内最复杂的防渗结构形式，采用HDPE防渗膜加GCL防水毯结构形式，坝体采用天然沙丘边坡和堆石坝两种，边坡防渗结构采用采用锚固沟形式进行锚固。
3.1 本工程对蒸发塘采用人工合成复合衬垫膜防渗方案，本防渗结构理念为“两膜+两毯”方式，采用防水毯替代粘土。先按设计高程及坡度削坡、场地开挖及回填后碾压整平，在具有承载能力的自然土层上，铺一层天然钠基膨润土防水毯，接着在其上铺一层1.0mm厚的HDPE 防渗膜，然后又铺一层天然钠基膨润土防水毯，再在其上铺一层2.0mm厚的HDPE 防渗膜，防渗膜之上再铺500mm厚砂土保护层。
防渗结构层见图1。
3.2 边坡结构有两种方式，一种利用沙丘自然刷坡而成，坡度为1:3，如此缓的坡度主要是考虑到沙地边坡的稳定性，另一种采用堆石坝体的方式，坡度为1:2，防渗结构同蒸发塘底部，在防渗结构层上采用碎石+15cm混凝土面板的方式来保护防渗膜，以免受到污水产生波浪对防渗膜产生冲刷及冻胀的影响。
边坡结构如图2所示。
3.3 图3为蒸发塘采用的锚固结构示意图。防渗膜沿沟底铺设，并采用素混凝土回填。蒸发塘锚固结构目前所面临的问题是，沙土岸坡地基十分干燥，在铺设GCL和HDPE膜时难免受到扰动，但经过受力验算，本结构安全合理，同时得出为了锚固率保证土工膜不被拉伸破坏的最直接原因，其中影响土工膜锚固率的因素有边坡坡度、土工膜厚度、覆盖土层厚度和土工膜水平伸出长度等。为使锚固提供足够的抗拉力，特别是对于高差达5~10 m 的边坡，土工膜的自重力及填埋作业时产生的拉力全部由锚固来承担，存在较大的风险，在锚固平台边缘，土工膜很容易被拉断、撕裂，在方案中可以采取以下措施加以解决：
3.3.1 加长锚固沟横断面的周长，将沟的形状设计成收口式，提高锚固力。
3.3.2 锚固平台边缘一定要修圆、磨光，其半径不小于500 mm。
3.3.3 选择带毛面的土工膜，加大土工膜与边坡之间的摩擦，其中最有效的办法是用不锈钢螺栓按一定间距将土工膜固定在边坡上。
图3 蒸发塘采用的锚固结构示意图
4 目前蒸发塘依然需要解决的问题
4.1 GCL防水毯等防渗材料在低温（当地极端气温在-40℃左右）、冻胀循环和高浓度废液的腐蚀等特殊外界条件影响下的性能是否仍满足工程要求。
4.2 在内蒙地区风、浪及冻融的特殊条件下，对护坡结构的要求及适应性。
上述问题没有实例可借鉴，只能在室内模拟进行及在日后运行中去发现和解决。
5 结束语
煤制天然气项目作为国家能源转型新兴产业，并列为石油产业调整和振兴规划中大力发展，随之而来就是污水如何处理，同时作为环评达标重要因素之一，蒸发塘也就成为每个煤制天然气项目不可缺少的部分，通过针对此项目蒸发塘防渗结构研究、论证并最终实施，确定了蒸发塘防渗结构设计的基本思路，只是根据地质情况进行相应调整，但依然有部分抗低温等问题在日后研究中逐渐完善，笔者认为上述蒸发塘防渗结构方案对以后的蒸发塘防渗结构有较大的推广价值和借鉴意义。
作者简介：
张磊，男，出生于1980年，本科，工程师。内蒙古大唐国际煤制天然气项目土建工程负责人，主要从事道路和桥梁、铁路、工业与民用建筑、地基处理、防渗处理等方面项目管理工作，沙地防渗课题研究组成员。