泄漏可检测的土工膜衬垫和用于成形的方法和装置

摘要

一种用于围护系统的土工膜衬垫，其包括衬垫面板并且在重叠边缘处由接缝连接，其中顶面板具有导电下表面，并且顶面板穿过该接缝是非导电的。该接缝的热焊接由具有带有凸出部的加热单元的焊机完成，所述凸出部在形成该接缝之前中断顶面板的导电下表面。此类接缝可以单独地使用或选择性地与具有覆盖至少一部分围护底部的多个衬垫面板的衬垫围护系统一起使用。衬垫面板具有导电下表面并且与相邻面板重叠，并且导电构件位于相邻面板之下并接触两个相邻面板的导电下表面，以提供相邻面板的导电下表面之间的电连接。

说明书

相关申请的交叉参考

不适用。

联邦政府资助的研究或开发

不适用。

缩微胶片/版权参考

不适用。

技术领域

本发明涉及土工膜衬垫，并且更具体地涉及利于其中泄漏检测的土工膜衬 垫。

背景技术

用于围护系统/封闭系统(containmentsystem)(例如，包含诸如池塘等水 体的系统)等的衬里系统用于在污染物和下层地面之间提供“不可渗透”障碍。 通常，这些衬垫由绝缘材料(诸如高密度聚乙烯)制成，其即使在装货时彻底测 试为无缺陷，但也可能在装货和/或安装期间由例如重型设备、切削工具、焊接设 备、动物和破坏行为损坏，需要在安装衬垫之后进行最后泄漏检查以确定由任何 此类损坏引起的泄漏的位置。例如由于石头、岩石和/或沉降，衬垫在由土壤和/ 或液体覆盖之后包括在其使用寿命期间也可能被损坏。检测此类泄漏是重要的， 特别是在涉及危险材料的情况下，在直径上和1.0毫米一样小的孔可以用一英尺 的水压引起相当于每天几加仑的泄漏。

漏电定位至今已被使用，其涉及将电位穿过土工膜放置并且然后定位其中电 流流过土工膜中的泄漏的异常电位分布的点。电位通常使用电源而被施加，其中 正电极浸没在土工膜之上水或的土壤层中，并且负电极连接到下面的土壤层。当 有泄漏时，电流流过泄漏，这产生高电流密度和在土工膜之上的材料中电位分布 的局部异常。进行电测量，以定位泄漏处的异常信号的那些区域。例如，ASTM D7002和D7007包括与此类测试有关的细节。已使用偶极或电极测量配置进行此 类测量(尽管可以使用各种类型的数据采集设备)，其中逐点测量通常沿网格图 案上的平行线使用偶极或电极测量进行。

例如，在一个电检测衬垫泄漏的这种方法中，电位穿过衬垫的厚度感应。如 果一个极性的电位在片材的一侧上感应且相反极性的电位在片材的相对侧上感 应，则如果有穿过片材从一侧到另一侧的任何导电性，所得的电场将受影响，其 中对导电的影响被监控以检测泄漏的存在。此类检测方法要求导电介质同时在衬 垫上方和衬垫下方，这可以通过在衬垫上方的液体或土壤以及与导电的下层土壤 的良好电接触提供。

然而，在一些安装中，以上述方式电检测泄漏是不可靠的。例如，如果衬垫 未保持与土壤良好电接触(由于例如双衬垫或其他绝缘材料的使用、地基中的不 规则性和/或衬垫中的折皱)和/或土工膜下面的泥土是干的或不导电或高抗性的 (例如，在填埋场中或带有矿堆浸垫、二级围护或煤灰围护)，则不可以获得电 位的可靠测量。类似地，在一些填埋场，沙子、砾石或土工合成产物任一种的泄 漏检测层直接在土工膜下方用于将任何泄漏通过土工膜排到检测位点，该层由于 材料的导电性的缺乏可以抑制泄漏位置调查或使其无效。

美国专利第3,252,155号中提出了一种对由衬垫的下侧上可能不充分的导电 性引起的这种不可靠性的解决方案，该美国专利公开了将衬垫放置在金属箔片上 或甚至粘合地固定到金属箔片，其中箔片将提供所要求的下层导电性。然而，该 技术在该行业未被广泛地接受，因为此类箔片是昂贵的，将金属箔片固定到衬垫 无论是粘合地固定还是机械地固定都很难实现，并且暴露的金属箔片可能由于例 如电蚀而在施工现场严重劣化。

Spencer的美国专利第5,288,168号(其全部公开内容通过引用并入本文)已 通过公开具有通过在导电层的底部中嵌入导电颗粒而提供的导电层的衬垫，在箔 片材建议下被显著地改进。然后，通过穿过片材建立电场和监控探针和底部导电 塑料层之间的火花，来监控片材的完整性。此类火花测试已例如用测试装置完成， 所述测试装置包括高压电源，其中高压电源的正极导线附接到铜刷，其负极导线 附接到放置在土工膜的顶部上的导电氯丁橡胶接地垫。参见例如ASTM7240。

特别地，接缝的火花测试至今已诸如详细地在ASTMD6365中进行，其中 导电材料仅仅在接缝的制造之前或在接缝的制造期间被插入接缝，其中导电材料 连接到测试设备的负极端子，并且正电压穿过接缝边缘施加，从而使得该接缝中 的怀疑区域由从电压源到导电材料的火花指示。

虽然Spencer的‘168发明显著地改进测试面板中的泄漏检测，但是应该理 解的是在带衬垫的池塘的建造期间，可能在土工膜面板中引起泄漏，该泄漏通过 测试发现，紧接在衬垫安装之后无泄漏(例如，当衬垫由土壤和/或水覆盖在适当 位置时通过使衬垫穿孔)。此外，由于此类带衬垫的设施通常通过使用多个沿接 缝热焊接在一起的土工膜面板构造，个体面板的测试不会检测到在面板的接缝处 的泄漏，其中已发现错误和异常的读数。此外，个体衬垫面板的导电性对于可靠 的测试通常仍然是不充分的，特别是在衬垫面板未保持与泥土的良好电接触(由 于例如双衬垫的使用、地基中的不规则性和/或衬垫中的折皱)和/或泥土是干的或 不导电的情况下。

发明内容

在本发明的一方面中，提供了一种用于围护系统的土工膜衬垫，其包括具有 固定在一起的重叠边缘的至少第一衬垫面板和第二衬垫面板，至少第一衬垫面板 具有导电下表面。第一衬垫面板边缘沿第一线密封在第二衬垫面板边缘的顶部上， 其中第一衬垫面板在第一线上是非导电的。

在本发明的该方面的一个形式中，第一衬垫面板边缘沿与第一线间隔的第二 线密封在第二衬垫面板边缘的顶部上，其中第一衬垫面板在第二线上是非导电的。

在本发明的该方面的另一个形式中，土工膜面板包括非导电构件，并且在非 导电构件的下表面上具有完整导电介质。

在本发明的该方面的另一个形式中，衬垫围护系统具有覆盖围护系统的至少 一部分的多个衬垫面板，并且包括根据本发明的该方面的土工膜衬垫。

在本发明的该方面的又一个形式中，根据本发明的该方面的泄漏测试土工膜 衬垫的方法包括在衬垫表面上的多个点处测量穿过衬垫的电位。

在本发明的另一方面中，提供了一种沿相邻边缘将多个土工膜面板密封在一 起的方法，其中所述面板的至少第一面板具有用于为密封面板测试泄漏的导电底 表面。该方法包括(1)将第二面板放在表面上，(2)将与第二面板的一侧相邻 的第一面板底表面在线上的导电性打断，(3)沿该线加热第一面板的底表面，以 及(4)沿该线将第一面板和第二面板压在一起，以将第一面板的底部加热密封在 第二面板的顶部上。

在本发明的该方面的一个形式中，加热步骤包括沿该线倚靠被加热的元件滑 动第一面板的底部，并且被加热的元件包括中断第一面板的导电下表面的隆起的 凸出部。

在本发明的另一方面中，提供了一种热焊机用于将相邻土工膜衬垫面板的边 缘固定在一起，所述土工膜衬垫面板具有导电底表面并且沿面板边缘重叠。该焊 机包括：焊机主体，其具有在相对横向侧上开放并在主体后端处合并在一起的水 平定向的重叠的第一狭槽和第二狭槽；和用于使焊机主体向前移动的驱动器。加 热单元位于第一狭槽和第二狭槽之间并且在第一狭槽和第二狭槽的合并处的前 方，并限定第一狭槽的底壁的一部分。至少一个凸出部部分地延伸到第一狭槽内 用于接合所述面板的第一面板的导电底表面，从而随着第一面板通过凸出部而沿 线中断导电底表面，其中合并的狭槽将衬垫面板一起按压在狭槽中，以沿中断的 导电底表面的线将第一衬垫面板和第二衬垫面板热焊接在一起。

在本发明的该方面的一个形式中，加热单元是具有第一和第二横向间隔部段 的楔形物，其中每个部段限定顶狭槽的底壁的一部分和底狭槽的顶壁的一部分。 壁限定部分在与狭槽的合并处相邻的其后端处一起渐缩，其中每个壁限定部分包 括所述凸出部之一。合并的狭槽适于沿与第一面板的导电底表面中的中断对应的 基本平行的线将第一衬垫面板和第二衬垫面板热焊接在一起。

在本发明的该方面的另一个形式中，凸出部从尖端朝向主体后部纵向延伸。

在本发明的另一方面中，提供了一种用于与热焊机一起使用的加热单元，并 且该加热单元包括可安装在其衬垫狭槽之间的热焊机中的楔形物，由此该楔形物 限定下狭槽的上壁和上狭槽的下壁的一部分，并且所限定的上壁和下壁一起渐缩 到与加热单元的合并狭槽相邻的点。至少一个凸出部充分地从楔形物限定的下壁 延伸，以分离或中断在凸出部上通过上狭槽的衬垫面板的底部分，同时仍然保持 该面板的总体结构完整性。

在本发明的该方面的一个形式中，提供了一种加热元件，用于加热楔形物壁 限定部分和凸出部。

在本发明的又一方面中，提供了一种衬垫围护系统，其包括覆盖围护系统的 至少一部分的多个衬垫面板。每个衬垫面板是具有导电下表面的土工膜，并且相 邻面板具有由接缝固定在一起的重叠边缘。导电构件位于相邻面板之下并接触两 个相邻面板的导电下表面，以提供相邻面板的导电下表面之间的电连接。

在本发明的该方面的一个形式中，导电层是具有导电上表面的一段土工膜。

在本发明的该方面的另一个形式中，导电层是导电介质的网格。在另外的形 式中，导电介质包括电线。在另一个另外的形式中，导电介质包括具有导电上表 面的多段土工膜。

通过阅读包括随附权利要求和附图的整个说明书，本发明的其他目的、特征 和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的一方面的加热元件的局部透视图；

图2是图1的加热元件的侧视图；

图3是示出在现有技术的围护系统衬垫的相邻面板之间的接缝的横截面视 图；

图4是具有图1的加热元件的根据本发明的热焊机的侧示意图；

图5是被示出与土工膜面板相邻焊接的图4的热焊机的顶视图；

图6示出根据本发明形成的围护系统衬垫的相邻面板之间的接缝的横截面 视图；

图7是图1的加热元件的透视图；

图8是图4的热焊机的透视图，其中为清楚起见壳体被拆下；

图9是与图8类似但示出送入热焊机的底部衬垫面板的透视图；

图10是与图8类似但示出送入热焊机的顶部衬垫面板和底部衬垫面板的透 视图；

图11是与图8类似但两个衬垫面板被继续送入热焊机的透视图，其中面板 从具有在其中形成的两个接缝的根据本发明的焊机的后部出去；

图12是示出在根据本发明的另一方面形成的围护系统衬垫的相邻面板之间 的接缝的横截面视图；以及

图13和图14分别是可以根据本发明使用的热焊机的局部透视图和完整透视 图，其中热焊机被示出在打开配置中，当焊机关闭时轮廓辊(contourroller)以虚 线以操作位置示出。

具体实施方式

在附图中公开了热焊接设备10，其可以根据本发明使用，以热焊接用于为例 如大的围护区域(在本文通常称为围护系统)形成衬垫20的土工膜面板16、18 (通常是塑料片材的辊)之间的接缝14。

面板16、18是由合适防漏非导电材料形成的具有合适的完整导电下表面25 的土工膜。个体面板16、18的下导电表面也可以与一系列导电土工膜、电线或网 格图案中的其他导电介质或适合于连接个体面板的其他材料互连。而且，根据本 发明，面板16、18之间形成的接缝14甚至在用例如水和/或土壤覆盖之后还可以 被适当地测试泄漏，允许可靠泄漏位置调查的性能执行。

特别地，根据本发明的一方面，接缝14可以容易地形成，以便避免在此之前 测试衬垫接缝中发现的异常。具体地，如图3中所示，土工膜面板16’、18’迄 今已通过使面板16’、18’的两个边缘重叠和然后沿接缝14’将重叠边缘热焊接 在一起而连接在现有技术的衬垫20’中。甚至在这两个接缝14’如图所示地形成 以帮助防止重叠边缘之间的泄漏的情况下，顶面板16’的接缝副翼(flap)26’的 导电下表面25将通过接缝14’将电流从衬垫20’之上输送到衬垫20’的底部(即 在图3的右侧)，其中接缝副翼26’的导电下表面25与下层地面27接触。通过 接缝14’的这种导电性提供了沿接缝14’在衬垫20’中泄漏的错误识别。而且， 忽略异常的此类电流流动(或者忽略指示通过接缝14’的泄漏的此类电流流动) 可能导致在顶面板16’的重叠边缘的副翼26’附近通过底面板18’的实际泄漏被 忽视。

根据本发明，相邻面板之间的(多个)接缝14可以连续地沿相邻面板16、 18的重叠边缘的长度进行有利地热焊接，其中在顶面板16的底部上的导电层25 在热焊接过程中沿(多个)接缝14的平行线中断(参见图6)。因此，相邻面板 16、18之间的(多个)接缝14不会允许电流通过(多个)衬垫接缝在系统的顶部 和底部之间流动，并且因此可靠的泄漏测试读数可以甚至在(多个)接缝14处获 得。

现在将描述热焊接设备10和接缝14的形成。

具体地，可以有利地结合本发明使用的热焊接设备10包括具有前端42和后 端44的主体40。如图4中最佳看到地，主体40限定在前端42和后端44之间延 伸的顶狭槽50和底狭槽52，每个狭槽50、52大体水平定向并且布置成接收相邻 面板16、18的重叠边缘。

如从图4、图5和图14最佳理解地，设备(热焊机)10的狭槽50、52在主 体40的相对横向侧上也是开放的，以便焊机10可以被定向从而使得其也与面板 16、18的重叠边缘重叠。该设备由前轮60和后轮62适当地支撑，从而使得其可 以相对于面板16、18移动并且可以由轧辊64(如由箭头65指示)适当地驱动， 在箭头66的方向上沿面板16、18拉动热焊机10。

应该理解的是，虽然设备狭槽50、52可以被描述为水平地延伸，但是此类水 平定向是指狭槽50、52大体从前端42延伸到后端44，其中狭槽50、52提供在设 备10的后端44处合并在一起的非平面路径。

此外，应该理解的是，虽然为了描述的简洁性，狭槽50、52可以被描述为具 有顶壁和底壁，但是此类描述包括导向构件70，诸如轮廓辊和/或部分壁。因此， 如在本文大体描述的“狭槽”将包括其中面板16、18的边缘可以移动通过该设备 同时保持其大体水平定向而不弯曲或折叠的任何结构。

焊机10包括狭槽50、52之间的并且在设备后端44处的狭槽50、52的合并 处的前方的加热单元80。有利地，加热单元80限定顶狭槽50的底壁的一部分和 底狭槽52的顶壁的一部分，并且是楔形的以便在其后端处一起渐缩。加热单元80 被适当地加热，从而使得在加热单元80上通过的面板16、18的面被充分地加热， 以便当面板16、18在设备后端44处一起压紧在合并路径中时，热焊接面板16、 18。

如图所示，加热单元80包括两个横向隔开的加热部段82、84，用于形成具 有两个平行接缝14的密封，尽管应该理解的是(如果需要)提供单个热焊接缝或 两个以上的接缝也将在本发明的范围内。

而且，根据本发明，加热单元80的至少一个加热部段82、84也包括从下面 部分地延伸到顶狭槽50的至少一个凸出部或鳍状物90。

鳍状物90可以有利地具有适于随着顶面板16传递通过狭槽50并超过凸出部 90而通过顶面板16的重叠边缘的底表面25上的导电薄层熔化的任何形状。而且， 虽然鳍状物90可以有利地如图所示成形为具有带尖的前缘(前向边缘)，但形状 和尺寸可以变化，同时仍然提供本发明的至少一些优点。

此外，鳍状物90可以是加热单元80的组成部分，或者可以有利地设置在加 热单元80中的凹陷的凹处中的插入件92上并且由例如埋头螺钉94可拆卸地固定 在凹处中。此外，对于如图所示的具有一个以上的加热部段82、84的加热单元80， 应该理解的是凸出部90可以设置在两个部段82、84上，以提供冗余，尽管本发 明的至少一些优点可以提供有设置在仅部段82、84之一上的凸出部90。

因此应该理解的是，由于两个加热面板16、18一起被夹辊64压在加热单元 80后面，每个加热面板具有与两个鳍状物90对齐的两个部段，分别用于形成沿面 板16、18长度的热焊接缝14。因此，焊机10将在重叠的相邻面板16、18之间形 成一对平行的密封14，其中如图6所示，没有穿过任一接缝14的导电层，也就是， 不会有穿过接缝14的电流流动，例如该穿过接缝的电流流动迄今为止在泄漏测试 时已提供异常和错误读数。(也应该理解的是，形成仅一个此类接缝14也应在本 发明的范围内。)

本发明的另一个实施例允许由多个面板形成的衬垫的可靠泄漏测试，甚至是 当在(由于例如双衬垫的使用、地基中的不规则性和/或衬垫中的折皱)衬垫不可 以保持与泥土的良好电接触和/或泥土是干的或不充分导电情况下的应用中使用 时。

具体地，如图12中所示，根据本发明的该方面，导电构件100可以设置在具 有导电底表面125的相邻土工膜衬垫面板116、118下面。如图12中所示，导电 构件100是一侧具有导电表面的土工膜衬垫面板的倒置部分，即被颠倒放置并且 导电表面130在顶部上以便导电构件100接触衬垫面板116、118两者的导电底表 面125。

虽然导电构件100可以在相邻衬垫面板116、118下面连续地延伸，跨过这两 个衬垫面板，以便将它们放置成彼此电接触，但是应该理解的是构件100也可以 包括在沿(多个)接缝的间隔位置处导电地连接相邻面板116、118的导电土工膜 的间隔的短段或条带。事实上，应该理解的是，可以使用几乎任何导电构件100， 包括间隔电线的网格或放置在衬垫下面的其他导电介质，只要其允许个体面板有 效提供跨越限定衬垫120的多个面板的单个导电底表面。

应该理解的是，虽然图12示出并入本发明的第一方面(即，顶衬垫面板16 的导电底表面25被打断)的具有接缝的本发明的该方面，本发明的第二方面的优 点(即，相邻衬垫面板的底表面的导电互连)可以提供有如图3中所示的现有技 术的接缝。然而，本发明的两方面的全部优点可以由图12中所示的配置提供。

如前面提到的，泄漏检测灵敏度取决于在土工膜上面和下面的材料的导电性。 也如前面提到的，标准的泄漏检测测试可以使用土壤中的水或湿度，以在土工膜 之上输送电压，并且标准的测试可以利用衬垫下面的土壤中的水或湿度用于接地 源。如果土工膜中有孔，则上述材料中引入的电压通过该孔流到土工膜下面的接 地源，产生泄漏检测的电流。然而，也如前面提到的，在土工膜下面的材料不具 有足够的(或一致的)湿度来提供合适的接地源的情况下，此类泄漏位置测试至 今不可以适当地进行。

关于根据本发明的该方面形成的衬垫120，泄漏调查可以通过与最小数量的 面板(即互连面板中的任何一个面板)的直接连接来完成。电互连土工膜面板(例 如，116、118)的底导电表面125在衬垫120下面提供单个接地源，以允许在整 个土工膜表面上进行泄漏位置调查。由于导电层(底表面125和导电构件100)总 是与土工膜面板116、118密切接触，并且不管下层的导电性如何，导电性是一致 的，因此当利用导电层时可以更有效地进行泄漏调查。

也应该理解的是，根据本发明由多个面板16、18形成的衬垫20的泄漏检测 可以通过使用包括根据ASTM7240的火花测试的各种泄漏测试方法进行。而且， 根据本发明形成的衬垫20的接缝的泄漏检测也可以由根据ASTM6365的火花测 试完成，其中导电材料插入密封(例如，接缝14之间的密封)中并且火花测试在 接缝14的区域中进行。

因此应该理解的是，本文公开的本发明允许使用检测泄漏的电检查设备更容 易、更经济和更可靠地检查围护系统衬垫。可以做出此类检查，而不需要与衬垫 外部的导电自然环境保持良好电接触。此外，通过阅读包括任何随附权利要求和 附图的整个说明书，本发明的其他目的、特征和优点将变得显而易见。

应该理解的是，本发明可以包括上述特征中的任何或所有特征，包括仅上述 特征之一、上述特征中的一个以上和上述特征的任何组合。而且，应该理解的是， 此类特征可以通过使用比所有上述结构元件更少的结构元件来实现，包括比所有 上述结构元件更少的组合。