CN108178316B - 一种人工湿地的土工膜防渗层保护结构 - Google Patents

一种人工湿地的土工膜防渗层保护结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种人工湿地的土工膜防渗层保护结构，包括设置在人工湿地底部的防沉降结构单元以及设置在人工湿地墙体底部内侧的土工膜保护结构单元，所述防沉降结构单元包括自下而上依次铺设的第一铁丝网层、球形石料膨胀层、第二铁丝网层，所述土工膜保护结构单元包括底板机构、顶板机构、支撑柱机构、复合土工膜，所述复合土工膜与所述支撑柱机构之间通过嵌套在所述支撑柱机构上的密封橡胶圈进行密封。本发明通过在人工湿地底部构建防沉降结构和防渗层保护结构，使得在人工湿地底部发生沉降时，可有效防止土工膜拉伸破裂及土层沉降后造成的湿地结构破坏和底部渗漏等问题。

Description

一种人工湿地的土工膜防渗层保护结构
技术领域
本发明涉及生态环境领域，特别是涉及一种人工湿地的土工膜防渗层保护结构，尤其适合在土质较疏松的地区使用。
背景技术
人工湿地污水处理系统是上世纪七八十年代兴起的一种近天然的污水处理系统，该系统对常见类型的污水均可进行有效的处理，并且可用于地面径流雨水、河道水及垃圾渗滤液等特殊污水的处理，具有投资低，处理效果稳定，天然无毒无害，运行维护方便，调节气候，增强周边景观效果等特点。
由于人工湿地技术在我国起步较晚，很多问题有待研究和解决，比如人工湿地设计中的防渗技术、人工湿地运行过程中的堵塞问题以及人工湿地的强化除磷等。其中，人工湿地的防渗问题是制约人工湿地大规模推广的主要因素之一，现有的人工湿地防渗材料造价高或者施工难度大并且容易造成二次污染，土工膜作为一种新型的防渗材料，抗渗性能好、抗拉性强、能适应池体变形等优点，大有取代传统的黏土心墙、黏土斜墙等防渗体的趋势，尤其在中小型湿地防渗中应用广泛。复合土工膜技术在国内外的水利工程中也有所应用，从最初的应用技术来看，土工膜在各行各业都有比较广阔的发展，特别是在水利工程中，这项技术主要在土石坝、低水头渠道等工程中有着广泛的应用，近年来才逐步应用于人工湿地中。
但是，土工膜厚度薄、渗透系数小，铺设后很难对下部结构进行检查，且土工膜经常铺设于可压缩土层之上，可压缩土层在降解、自重或上覆压力作用下将发生沉降，使得可压缩土层与刚性结构物之间存在差异沉降，土工膜在差异沉降作用下将产生变形和内力，一旦其应变或内力超过容许值，土工膜可能被拉断从而导致其防渗性能失效。因此，防止因土层沉降引起的土工膜过度拉伸断裂及底部渗漏，对人工湿地中土工膜防渗工程具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是针对人工湿地中土工膜防渗层因可压缩土层沉降作用引起的拉断或破裂造成湿地渗漏等问题，提出一种人工湿地的土工膜防渗层保护结构，通过在人工湿地底部构建防沉降结构和防渗层保护结构，并将一部分冗余土工膜预留于保护结构空腔内用于沉降后释放，使得在湿地底部发生沉降时，可有效防止土工膜拉伸破裂及土层沉降后造成的湿地结构破坏和底部渗漏等问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种人工湿地的土工膜防渗层保护结构，包括设置在人工湿地底部的防沉降结构单元以及设置在人工湿地墙体底部内侧的土工膜保护结构单元，所述防沉降结构单元包括自下而上依次铺设的第一铁丝网层、球形石料膨胀层、第二铁丝网层，所述土工膜保护结构单元包括设置在所述人工湿地墙体内侧和第二铁丝网层上的底板机构、倾斜设置在所述底板机构上的顶板机构、设置在所述底板机构与顶板机构之间用于支撑所述顶板机构的支撑柱机构、穿过所述底板机构与顶板机构之间且铺设在人工湿地内侧的复合土工膜，所述复合土工膜与所述支撑柱机构之间通过嵌套在所述支撑柱机构上的密封橡胶圈进行密封。
优选地，所述球形石料膨胀层由球形石料层与膨润土颗粒层铺设而成；所述膨润土颗粒层铺于所述第一铁丝网层之上，铺设厚度为1～1.5cm；所述球形石料层铺设于膨润土颗粒层之上，粒径为3～5cm。
优选地，所述第一铁丝网层与第二铁丝网层均采用六角冲孔网制成，所述第一铁丝网层与第二铁丝网层平行设置，所述第二铁丝网层孔径同时小于人工湿地的基质与球形石料粒径，所述第一铁丝网层的孔径大于所述球形石料膨胀层中填充的球形石料粒径。
优选地，所述底板机构包括两块分别贴于墙体与第二铁丝网层上的长条形钢板，两块长条形钢板垂直相交，且贴于墙体的长条形钢板间隔延伸出卡柱插入所述第二铁丝网层的缝隙中进行固定。
优选地，所述长条形钢板的长度与相贴的人工湿地墙体的边长相等，所述长条形钢板的度宽为30～80cm，相邻的卡柱之间的间距为1～1.5m。
优选地，所述顶板机构为中部曲折呈直角且两端分别向所述长条形钢板外侧端面倾斜延伸的曲折板，所述顶板机构与所述长条形钢板外侧端面之间形成铺设复合土工膜的缝隙。
优选地，所述顶板机构的直角段与底板机构之间平行，且间距为20～30cm；所述缝隙的宽度为2～5cm，且所述缝隙的宽度小于人工湿地的基质粒径。
优选地，所述支撑柱机构包括一排平行设置在贴于墙体一侧的底板机构与顶板机构之间的第一支撑柱、一排平行设置在贴于第一铁丝网层一侧的底板机构与顶板机构之间的第二支撑柱，所述第二支撑柱穿透底板机构插入球形石料膨胀层内与第二铁丝网层相固定，所述第一支撑柱设置在所述底板机构外侧。
优选地，所述复合土工膜的膜材采用高密度聚乙烯材料，所述复合土工膜的膜材厚度为0.25mm；所述复合土工膜的基布为涤纶短纤维针刺布，所述涤纶短纤维针刺布的克重为150g/m2。
优选地，所述复合土工膜在所述底板机构与顶板机构之间进行风琴型折叠形成冗余，所述第一支撑柱与所述第二支撑柱贯穿所述复合土工膜，并在贯穿位置通过所述密封橡胶圈进行密封处理。
基于上述技术方案，本发明的优点是：
1)本发明通过构建人工湿地的土工膜防渗层保护结构，可以保障人工湿地防渗膜的防渗能力，避免防渗膜因基底沉降或塌陷等因素引起的防渗膜破裂等问题。
2)本发明的铁丝网间的填充石料与膨润土颗粒在穿过铁丝网填补沉降区域后，膨润土颗粒与土壤中水分接触可迅速膨胀，填满球形填料缝隙，加强了人工湿地基底的稳定性。
3)本发明根据人工湿地不同的沉降状况设置不同的保护结构措施，能够有效防止复合土工膜破裂或磨损等问题，降低湿地中复合土工膜的更换频率，且运行过程中不需要其他能源，减少了人工湿地的维护与运营成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为人工湿地的土工膜防渗层保护结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明提供了一种人工湿地的土工膜防渗层保护结构，如图1所示，其中示出了本发明的一种优选实施方式。本发明的人工湿地防渗层保护结构分别针对湿地底部和边缘区域的不同沉降方式分为人工湿地底部的防沉降结构单元和湿地边缘的土工膜保护结构单元两部分。
具体地，所述土工膜防渗层保护结构包括设置在人工湿地底部的防沉降结构单元以及设置在人工湿地墙体7底部内侧的土工膜保护结构单元，所述防沉降结构单元包括自下而上依次铺设的第一铁丝网层1、球形石料膨胀层2、第二铁丝网层3，所述土工膜保护结构单元包括设置在所述人工湿地墙体7内侧和第二铁丝网层3上的底板机构8、倾斜设置在所述底板机构8上的顶板机构6、设置在所述底板机构8与顶板机构6之间用于支撑所述顶板机构6的支撑柱机构5、穿过所述底板机构8与顶板机构6之间且铺设在人工湿地内侧的复合土工膜4，所述复合土工膜4与所述支撑柱机构5之间通过嵌套在所述支撑柱机构5上的密封橡胶圈9进行密封。
如图1所示，湿地底部的防沉降结构单元由两层孔径不同的铁丝网和其间填充的球形石料与膨润土颗粒组成。具体地，所述防沉降结构单元包括自下而上依次铺设的第一铁丝网层1、球形石料膨胀层2、第二铁丝网层3。优选地，所述第一铁丝网层1与第二铁丝网层3均采用六角冲孔网制成，所述第一铁丝网层1与第二铁丝网层3平行设置，间距可根据人工湿地所处地区土质与人工湿地深度调整，一般为湿地深度的15％～25％。优选地，所述球形石料膨胀层2由球形石料层与膨润土颗粒层填充铺设而成；所述膨润土颗粒层铺于所述第一铁丝网层1之上，铺设厚度为1～1.5cm；所述球形石料层铺设于膨润土颗粒层之上，粒径为3～5cm。
所述第二铁丝网层3孔径小于人工湿地的基质粒径，防止人工湿地基质漏出，所述第一铁丝网层1的孔径大于所述球形石料膨胀层2中填充的球形石料粒径。所述第一铁丝网层1与第二铁丝网层3的大小与人工湿地底部相当，且在铁丝网靠近人工湿地墙体7的边缘处使用钢筋进行加固处理，使其支撑力增强、不易变形。所述第一铁丝网层1与第二铁丝网层3的边缘与墙体7接触但不固定，两层铁丝网层可随湿地深度上下变化。
进一步，所述土工膜保护结构单元由顶板机构6、底板机构8、支撑柱机构5及密封橡胶圈9组成。优选地，所述底板机构8包括两块分别贴于墙体7与第二铁丝网层3上的长条形钢板，两块长条形钢板垂直相交且，且贴于墙体7的长条形钢板间隔延伸出卡柱10插入所述第二铁丝网层3的缝隙中进行固定。优选地，所述长条形钢板的长度与人工湿地的边长相等，所述长条形钢板的度宽为30～80cm，相邻的卡柱10之间的间距为1～1.5m。
优选地，所述顶板机构6为中部呈直角且两端分别向所述长条形钢板外侧端面倾斜延伸的曲折板，使得顶板机构6中部分别与底板机构8相平行，边缘向底板机构8倾斜扣于底板机构8的上方。所述顶板机构6与所述长条形钢板外侧端面之间形成铺设复合土工膜4的缝隙。优选地，所述顶板机构6的直角段与底板机构8之间平行，且间距为20～30cm；所述缝隙的宽度为2～5cm，，可根据土工膜厚度调整缝隙大小，且所述缝隙的宽度小于人工湿地的基质粒径。
如图1所示，所述支撑柱机构5包括一排平行设置在贴于墙体7一侧的底板机构8与顶板机构6之间的第一支撑柱、一排平行设置在贴于第一铁丝网层1一侧的底板机构8与顶板机构6之间的第二支撑柱，所述第二支撑柱穿透底板机构8插入球形石料膨胀层2内，与第二铁丝网层3相固定，所述第一支撑柱设置在所述底板机构8外侧。所述第一支撑柱与所述第二支撑柱贯穿所述复合土工膜4，并在贯穿位置通过所述密封橡胶圈9进行密封处理。
具体地，底板机构8与顶板机构6间由两排支撑柱支撑，其中一排位于贴于墙体的底板机构8与顶板机构6之间，另一排位于贴于地面的底板机构8与顶板机构6之间，两跟平行的支撑柱之间的间距为1～3m。与地面垂直的所述第二支撑柱穿透底板机构8插入球形石料膨胀层2之中，防止保护结构水平移动；与墙体7垂直的第一支撑柱不穿透底板机构8，所述第一支撑柱与第二支撑柱上嵌套有密封橡胶圈9，用于密封支撑柱与复合土工膜4相连接处。
优选地，复合土工膜4膜材采用高密度聚乙烯(HDPE)材料，所述复合土工膜4的膜材厚度为0.25mm。所述复合土工膜4的基布为涤纶短纤维针刺布，所述涤纶短纤维针刺布的克重为150g/m2。所述复合土工膜4在所述底板机构8与顶板机构6之间进行风琴型折叠形成冗余，复合土工膜4铺设于底板机构8与顶板机构6之间，被支撑柱所穿透，并在穿透位置使用密封橡胶圈9做密封处理。
本发明的人工湿地的土工膜防渗层保护结构至少具有如下优点：
1)本发明通过构建人工湿地的土工膜防渗层保护结构，可以保障人工湿地防渗膜的防渗能力，避免防渗膜因基底沉降或塌陷等因素引起的防渗膜破裂等问题。
2)本发明的铁丝网间的填充石料与膨润土颗粒在穿过铁丝网填补沉降区域后，膨润土颗粒与土壤中水分接触可迅速膨胀，填满球形填料缝隙，加强了人工湿地基底的稳定性。
3)本发明根据人工湿地不同的沉降状况设置不同的保护结构措施，能够有效防止复合土工膜破裂或磨损等问题，降低湿地中复合土工膜的更换频率，且运行过程中不需要其他能源，减少了人工湿地的维护与运营成本。
本发明的人工湿地的土工膜防渗层保护结构可参照如下步骤进行构建实施：
1)、构建人工湿地墙体7，夯平人工湿地底部土壤，并尽量减少石块、植物残体的存留。
2)、铺设第一铁丝网层1，铁丝网边缘与墙体7间不留缝隙，在其上平铺球形石料与膨润土颗粒作为支撑物形成球形石料膨胀层2，然后铺设第二铁丝网层3。
3)、铺设人工湿地墙体7底部土工膜保护结构单元的底板机构8，所述底板机构8宽度30～80cm，可根据湿地大小适当调整。然后于第二铁丝网层3上铺设防渗复合土工膜4，确定复合土工膜4的大小规格需根据施工标准预留出用于土层沉降的面积，将复合土工膜4平铺并将预留的冗余部分在底板机构8与顶板机构6内侧进行风琴型折叠，折叠所保留的面积根据湿地所处地区土质、湿地深度与面积调整，一般为湿地20～30％的深度×湿地边长，复合土工膜4与支撑柱接触位置开孔以便支撑柱穿透复合土工膜4。
4)于湿地墙体7底部支撑柱处穿透复合土工膜4的位置安装密封橡胶圈9，并使用防水粘结剂填充密封橡胶圈9周边的缝隙使之密封，然后安装顶板机构6，最后填充人工湿地的基质填料颗粒，完成湿地其余部分建设。
完成湿地建设后，当人工湿地底部整体沉降时，湿地墙体处的土工膜保护结构单元可释放卷曲留存的复合土工膜，防止湿地底部边缘的复合土工膜撕裂；当湿地底部局部或部分沉降时，两层铁丝网间的填充石料与膨润土颗粒可穿过第一铁丝网层填补于沉降部位，并通过第一铁丝网层的压力将剩余石料压平，将局部沉降情况转化为整体沉降。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种人工湿地的土工膜防渗层保护结构，其特征在于：包括设置在人工湿地底部的防沉降结构单元以及设置在人工湿地墙体（7）底部内侧的土工膜保护结构单元，所述防沉降结构单元包括自下而上依次铺设的第一铁丝网层（1）、球形石料膨胀层（2）、第二铁丝网层（3），所述土工膜保护结构单元包括设置在所述人工湿地墙体（7）内侧和第二铁丝网层（3）上的底板机构（8）、倾斜设置在所述底板机构（8）上的顶板机构（6）、设置在所述底板机构（8）与顶板机构（6）之间用于支撑所述顶板机构（6）的支撑柱机构（5）、穿过所述底板机构（8）与顶板机构（6）之间且铺设在人工湿地内侧的复合土工膜（4），所述复合土工膜（4）与所述支撑柱机构（5）之间通过嵌套在所述支撑柱机构（5）上的密封橡胶圈（9）进行密封；
所述球形石料膨胀层（2）由球形石料层与膨润土颗粒层填充铺设而成；所述膨润土颗粒层铺于所述第一铁丝网层（1）之上，铺设厚度为1~1.5cm；所述球形石料层铺设于膨润土颗粒层之上，粒径为3~5cm;
所述底板机构（8）包括两块分别贴于墙体（7）与第二铁丝网层（3）上的长条形钢板，两块长条形钢板垂直相交，且贴于墙体（7）的长条形钢板间隔延伸出卡柱（10）插入所述第二铁丝网层（3）的缝隙中进行固定;
所述顶板机构（6）为中部呈直角且两端分别向所述长条形钢板外侧端面倾斜延伸的曲折板，所述顶板机构（6）与所述长条形钢板外侧端面之间形成铺设复合土工膜（4）的缝隙;
所述支撑柱机构（5）包括一排平行设置在贴于墙体（7）一侧的底板机构（8）与顶板机构（6）之间的第一支撑柱、一排平行设置在贴于第一铁丝网层（1）一侧的底板机构（8）与顶板机构（6）之间的第二支撑柱，所述第二支撑柱穿透底板机构（8）插入球形石料膨胀层（2）内与第二铁丝网层（3）相固定，所述第一支撑柱设置在所述底板机构（8）外侧;
所述复合土工膜（4）在所述底板机构（8）与顶板机构（6）之间进行风琴型折叠形成冗余，所述第一支撑柱与所述第二支撑柱贯穿所述复合土工膜（4），并在贯穿位置通过所述密封橡胶圈（9）进行密封处理。
2.根据权利要求1所述的土工膜防渗层保护结构，其特征在于：所述第一铁丝网层（1）与第二铁丝网层（3）均采用六角冲孔网制成，所述第一铁丝网层（1）与第二铁丝网层（3）平行设置，所述第二铁丝网层（3）孔径小于人工湿地的基质粒径，所述第一铁丝网层（1）的孔径大于所述球形石料膨胀层（2）中填充的球形石料粒径。
3.根据权利要求1所述的土工膜防渗层保护结构，其特征在于：所述长条形钢板的长度与人工湿地的边长相等，所述长条形钢板的度宽为30~80cm，相邻的卡柱（10）之间的间距为1~1.5m。
4.根据权利要求1所述的土工膜防渗层保护结构，其特征在于：所述顶板机构（6）的直角段与底板机构（8）之间平行，且间距为20~30cm；所述缝隙的宽度为2~5cm，且所述缝隙的宽度小于人工湿地的基质粒径。
5.根据权利要求1所述的土工膜防渗层保护结构，其特征在于：所述复合土工膜（4）的膜材采用高密度聚乙烯材料，所述复合土工膜（4）的膜材厚度为0.25mm；所述复合土工膜（4）的基布为涤纶短纤维针刺布，所述涤纶短纤维针刺布的克重为150g/m2。
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