淺談復合土工膜防滲結(jié)構設計及施工技術

李 紅

（德慶縣水利水電勘測設計室，廣東 德慶 526600）

1 土工膜

土工膜是一種基本不透水的材料。根據(jù)原材料不同，可分為聚合物和瀝青兩大類。為滿足不同強度和變形需要，又有不加筋和加筋的區(qū)分。聚合物膜在工廠制造，瀝青膜則大多在現(xiàn)場制造。制造土工膜的聚合物有熱塑塑料（如聚氯乙烯）、結(jié)晶熱塑塑料（如高密度聚乙烯）、熱塑彈性體（如氯化聚乙烯）和橡膠（如氯丁橡膠）等?，F(xiàn)場制造土工膜是在地面噴涂或敷一層冷或熱的黏滯聚合物而成。瀝青土工膜用的是瀝青聚合物或合成橡膠。

2 復合土工膜

土工復合材料是兩種或兩種以上的土工合成材料組合在一起的制品。這類制品將各組合料的特性相結(jié)合，以滿足工程的特定需要。不同的工程有不同的綜合功能要求，故土工復合材料的品種繁多，可以說土工復合材料是當前和今后一段時期發(fā)展的大方向，而復合土工膜就是其中的一種。復合土工膜是將土工膜和土工織物（包括織造和非織造型）復合在一起的產(chǎn)品。應用較多的是非織造針刺土工織物，其單位面積質(zhì)量一般為200～600 g/m2。復合土工膜在工廠制造時可以有兩種方法：一是將織物和膜共同壓成；另外也可在織物上涂抹聚合物以形成二層（俗稱一布一膜）、三層（二布一膜）、五層（三布二膜）的復合土工膜。

3 復合土工膜防滲結(jié)構設計

3.1 復合土工膜規(guī)格選擇

復合土工膜規(guī)格的選擇與下墊層平整度、材料允許拉應力、材料彈性模量、鋪設范圍內(nèi)的最大水頭及覆蓋層最大粒徑等有關，土工膜厚度設計除應考慮主要由水壓力要求的強度外，尚應考慮暴露、埋壓、氣候、使用壽命等應用條件，并按國家現(xiàn)行有關標準的規(guī)定確定設計厚度及實際厚度。

3.2 復合土工膜材料的選擇

國內(nèi)外土工膜所用的原材料主要是聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）兩種。工程選料時，主要根據(jù)以下幾個方面來選定合適的土工膜：

3.2.1 力學特性

上述兩種材料制成的土工膜的拉伸強度相差不大。PVC膜與砂之間的摩擦系數(shù)明顯大于 PE膜與砂之間的摩擦系數(shù)，摩擦角平均至少大5 °～6 °。這是一個關鍵性的指標，會影響到膜與土體接觸面以及膜與其上保護層之間的滑動穩(wěn)定性。

3.2.2 可連接性

土工膜無論出廠時幅有多寬，在實際使用時仍需將其幅與幅之間連接起來，以成為一個整體的防滲膜體。一般 PE膜只能用加熱熔合的方式連接，而PVC膜除此之外，還可以采用特殊的黏合劑進行黏接。

3.2.3 經(jīng)濟性

目前兩種材料的價格大體相當，一般均在10000元/t左右，而PE的比重小于PVC的比重，所以同樣厚度的情況下每單位面積的價格PE膜要少一些。另外PVC膜出廠時的幅寬一般為1.5～2.0 m，PE膜幅寬可達4～4.5 m，相應地PE膜的接縫數(shù)量就 LLPVC膜的要少，因而搭接的用量就少一些，現(xiàn)場接縫的工作量也相應地少一些。

綜合這三個方面的優(yōu)缺點，再結(jié)合工程實際情況，可以對膜材做出合理的選擇。

3.3 復合土工膜防滲體結(jié)構層設計

復合土工膜防滲結(jié)構自上而下依次為防護層、上墊層、防滲層、下墊層、支持層，由于壩體和庫底土層為細粒土，整平夯實后可直接鋪設土工膜，因此不再設下墊層。

3.4 復合土工膜防滲結(jié)構穩(wěn)定計算

土工膜以上防護層和上墊層沿土工膜表面的滑動。這種情況的抗滑穩(wěn)定驗算一般采用土力學中的極限平衡法。由于土坡有不同工況，驗算需要按正常運行，即水位保持不變，堤壩內(nèi)有穩(wěn)定滲流和非常情況（通常指外水位由某水位快速下降到某一低水位）進行。對于非常情況，還有上墊層材料是透水和不透水之分，后一情況是當該層與膜的交界面處存在過高的孔隙水壓力，使強度顯著下降造成的，這是驗算中的一種最危險的控制工況。由于土坡有不同工況，驗算需要按正常運行，由于復合土工膜與土石介質(zhì)間的摩擦系數(shù)及土石介質(zhì)間的摩擦系數(shù)將影響防滲體的穩(wěn)定，必須復核復合土工膜與壩坡、復合土工膜與保護層的抗滑穩(wěn)定性。復合土工膜穩(wěn)定性驗算根據(jù)公式計算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：K＝f/tgα。

式中：K：抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f：上墊層與土工膜之間的摩擦系數(shù)；α：壩坡坡角。

4 復合土工膜防滲斜墻的施工

4.1 施工準備

（1）復合土工膜材料質(zhì)量檢測，使用前委托相關實驗部門對產(chǎn)品的各項技術指標進行檢測，各項指標需均符合標準規(guī)定和設計要求。

（2）坡面應平整、密實、光滑，以防復合土工膜被刺破，須監(jiān)理工程師驗收合格后，才可以鋪設復合土工膜。

（3）為了施工方便，保證拼接質(zhì)量，復合土工膜應盡量采用寬幅，減少壩坡現(xiàn)場拼接量，施工前應根據(jù)復合土工膜幅寬、現(xiàn)場長度需要，在庫內(nèi)專用場地剪裁。

4.2 復合土工膜的鋪設方法

復合土工膜的鋪設要求在平地先將4 m窄幅拼接焊成20 m寬幅，然后在坡面自上而下，垂直于壩軸線方向通幅鋪設。坡面鋪設在坡面驗收合格后，從堤頂向堤腳沿垂直于堤軸線方向緩慢展鋪到坡腳齒槽外項處與庫底土工膜丁字形相接。庫底鋪設在庫底開挖驗收合格后，從齒槽外頂向庫內(nèi)沿垂直于堤腳軸線方向緩慢展鋪到庫內(nèi)25 m處。鋪設應在干燥暖和天氣進行，為了便于拼接，防止應力集中，復合土工膜鋪設采用波浪形松弛方式，富余度約為1.5%，攤開后及時拉平、拉開，要求復合土工膜與坡面吻合平整，無突起褶皺，施工人員應穿平底布鞋或軟膠鞋，嚴禁穿釘鞋，以免踩壞土工膜，施工時如發(fā)現(xiàn)土工膜損壞，應及時修補。

4.3 復合土工膜的拼接

復合土工膜焊接質(zhì)量的好壞是復合土工膜防滲性能成敗的關鍵，所以務必做好土工膜的焊接，確保焊接質(zhì)量。

焊接前用電吹風吹去膜面上的砂子、泥土等臟物，保證膜面干凈，在焊接部分的底下墊一條長木板，以便焊機在平整的基面上行走，保證焊接質(zhì)量，正式焊接前，根據(jù)施工氣溫進行試焊，確定行走速度和施焊溫度，一般掌握行走速度1.5～2.5 m/s，施焊溫度為220～300 ℃。拼接焊縫兩條，每條寬10 mm，兩條焊縫間留有10 mm的空腔，用此空腔檢查其焊縫質(zhì)量。

4.4 復合土工膜的錨固

復合土工膜的錨固分上部與壩頂?shù)腻^固、庫底與防滲鋪蓋的錨固，鋪設復合土工膜時將復合土工膜緊貼在溝內(nèi)側(cè)，在溝槽內(nèi)夯填土。

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2 趙書貴、周國宏.大浪淀水庫防滲結(jié)構設計[J].河北水利水電技術，2001（02）

3 王占臣.松江河梯級水電站小山站廠房圍堰防滲結(jié)構設計[J].吉林水利，1995（01）