电厂废水灰池工程设计方案优选

郑清涛 ，郑彩霞 ，冯圣军

（1.山东水利工程总公司，山东 济南 250013；2.济宁市水利局设计院，山东 济宁 272000；3.肥城市引黄电灌管理所，山东 肥城 271613）

山东济宁运河发电有限公司二期废水灰池工程位于济宁市任城区长沟镇张山洼村南，梁济运河西侧，幸福河北侧，距电厂约3.0km处，处于梁济运河流域内。本工程是在原电厂贮灰场基础上改建，利用原灰场西南约1/4格进行防渗处理后，用于二期工程存放电厂脱硫废水。原贮灰场占地约26.67hm2，总库容约100万m3，场地四周为主坝，主坝周围有截渗沟，中间东西向设一隔坝，坝轴总长约2.4km，最大坝高约6.5m，最大坝底宽60m。

1 材料选择

根据电厂对脱硫废水的检测，废水中除含硫外，还含有大量的氯离子，而且氯离子的含量远大于硫离子的含量，水呈酸性。因废水贮存在废水池后不再进行处理，靠自然蒸发消耗水量，随着时间的增长，废水中酸性浓度会有所增加，如不进行防渗处理，将会给周围环境造成不利影响。

针对上述情况，防渗材料选择非常重要。一般土木工程中所用的防渗材料有土料、混凝土或钢筋混凝土、土工合成材料及石油沥青等。但由于该电厂脱硫废水为酸性水，必须采用耐酸性的材料或对普通材料表面进行防腐处理。可直接用于本工程的防渗材料有HDPE防水卷材、沥青耐酸混凝土或硫磺耐酸混凝土及耐酸石料等；如用一般石料、钢筋混凝土(或混凝土)，其表面应刷防酸性化学腐蚀涂料，且必须处理好缝间止水。目前常用的防酸性化学腐蚀涂料主要有煤化沥青漆等。

HDPE防水卷材具有抗渗透能力强，热变形小，拉伸强度高，抗穿能力好，施工简单，价格低等优点。主要用于垃圾填埋场、地铁隧洞、公路隧道、铁路隧道、水库建设、人工湖、养鱼场等。

沥青耐酸混凝土的特点是整体无缝，有一定弹性，材料来源广，价格低，能耐中等浓度的无机酸；不足之处是耐热性差、易老化、强度较低、不美观。因此，比较适合用于池底防渗。

硫磺耐酸混凝土具有结构密实，硬化快，抗渗、耐水、耐稀酸，耐大多数无机酸、中性盐和酸性盐，强度高，施工方便，不需养护，特别适用于抢修工程。但耐磨性、耐火性差，性质较脆，收缩性大，易出现裂纹和起鼓，不宜用于温度高于90℃以及明火接触、冷热交替、温度急剧变化和直接承受撞击的部位。

结合工程特点并根据经验，防渗防腐材料宜选用HDPE防水卷材、沥青耐酸混凝土和硫磺耐酸混凝土。

2 隔坝工程设计方案选择

本工程利用原灰场的1/4格改造为废水池，需在南池中部南北方向设一道挡水墙或坝(顶高程同主坝)，其结构型式可采用如下三个方案：

方案一：土体坝。根据初步估算，土体坝迎水坡1∶2.5，背水坡 1∶2，坝高按 5.00m，顶宽取 4.00m。 根据本地土质，坝顶做泥结碎石路面，背水坡只进行简单的草皮护坡；土坝适应地基变形能力强，与原主坝可很好的衔接，具有施工简单，易于机械化施工，工期较短等优点。

方案二：粉煤灰坝。根据初步估算，粉煤灰坝迎水坡 1∶3，背水坡 1∶2.5，坝高按 5.00m，顶宽 4.00m。 另外，在坝顶和背水坡用复合土工膜进行隔离防护，坝顶铺泥结碎石、坝坡做浆砌块石护坡。可就地取材，非常方便；施工简单，可在现状基础上预留坝体，工期较短；用粉煤灰作为坝体主材有很大的缺陷，因坝料失水后，失去粘结力，易被风吹散，材料性质会发生很大变化，很难对这种变化作出准确的估计，故不能准确计算坝体的安全，给坝体安全带来极大隐患。

方案三：浆砌石或钢筋混凝土挡水墙。根据以往经验，浆砌石结构一般较钢筋混凝土结构省钱，故计算拟采用浆砌石结构(梯形剖面)。墙顶宽1.50m，迎水面为垂直，背水面坡1∶0.7，墙高5.00m。因浆砌石或钢筋混凝土挡水墙属于刚性结构，适应地基变形的能力较差，此段墙长约260m，根据规范，墙需做分缝，且两端与现有主坝连接很难处理。在水利工程中，一般尽量避免这种情况，否则还应做其他处理。

因此，综合考虑三个方案的优缺点，本工程选择方案一，即土体坝。

3 坝体防渗工程设计方案选择

针对该工程特点，在安全经济的前提下，力求美观。根据经验，该方案设计拟选用的防渗可行方案有三种：

方案一：HDPE防水卷材全库区防渗，耐酸石料坡面防护，土料底面防护。HDPE防水卷材选用250/1/250二布一膜复合土工膜。首先整平库底，然后再在库底铺HDPE复合土工膜；在已铺好的复合土工膜上，填筑防护土层0.5m厚；坝坡先进行整平，铺复合土工膜后，在其上先铺0.15m厚的碎石垫层，再做0.2m厚干砌块石(采用耐酸石料)。

方案二：沥青耐酸混凝土(或硫磺耐酸混凝土)全库区防渗，耐酸石料坡面防护。首先整平库底，然后再在库底铺沥青耐酸混凝土，并按要求整平压实；坝坡先进行整平，在坝坡做好沥青耐酸混凝土防渗层后，在其上做0.2m厚干砌块石(采用耐酸石料)。

方案三：沥青耐酸混凝土(或硫磺耐酸混凝土)库底防渗，HDPE防水卷材坝坡面防渗，耐酸石料坡面防护。首先整平库底，然后再在库底铺沥青耐酸混凝土，并按要求摆平压实；坝坡先进行整平，在铺好复合土工膜后，在其上先铺0.15m厚的碎石垫层，再做0.2m厚干砌块石(采用耐酸石料)。三个方案的优缺点对比如表1：

表1 防渗工程方案优缺点对比表

4 总体方案优化

通过对该工程的方案设计、对比和分析，依据可靠性强且经济实用的原则，确定最优方案如下：新筑隔坝选用土体坝，土坝适应地基变形能力强，与原主坝可很好的衔接，还具有施工简单，易于机械化施工，工期较短等优点。筑坝土料从废水池内挖取，运距较短，降低工程造价的同时增加了废水池的容积。隔坝设计边坡迎水坡为1∶2.5，背水坡为1∶2，坝高5.00m，顶宽4.00m，背水坡进行草皮护坡。全库区采用HDPE防水卷材防渗，耐酸石料坡面防护，土料底面防护。

为方便废水池的日常管理和维护，坝顶做泥结碎石路面，并设计为单面坡，坡向池外侧，坡度2%，雨水直接排入坝外截渗沟。因废水池内水体为酸性，为了人身安全，沿坝顶内肩设置封闭护栏，栏高0.9m。护栏底部为混凝土基础，基础宽0.25m，埋深0.5m，顶部高出坝顶0.2m左右，上部采用钢结构，为检修方便，可在适宜处设检修门。