復(fù)合土工膜在渠堤防滲中的應(yīng)用

李久陽(yáng)

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，烏魯木齊835400)

某水利工程工程級(jí)別為3級(jí)，引水渠襯砌長(zhǎng)度達(dá)8 100 m，設(shè)計(jì)灌溉面積在1.445萬(wàn)hm2，渠道設(shè)計(jì)流量為每秒78 m3，渠底高程在0.8 m，設(shè)計(jì)灌溉水位在5.98 m，相應(yīng)的堤頂高程達(dá)6.83 m，渠道比降為1/20000。

1 復(fù)合土工膜的基本原理與特性

1.1 復(fù)合土工膜的防滲原理

復(fù)合土工膜的防滲基材為塑料薄膜，然后再?gòu)?fù)合無(wú)紡布，形成一種土工防滲材料。復(fù)合土工膜是一種高分子的化學(xué)柔性材料，其主要的作用機(jī)理就是利用塑料薄膜的不透水性將土堤漏水的通道完全隔斷。由于塑料薄膜具有較大的抗拉強(qiáng)度以及較好的延伸率，因此可以承受水壓與壩體變形的作用。無(wú)紡布屬于一種高分子短纖維化學(xué)材料，主要是熱黏成形，將其與塑料薄膜復(fù)合在一起，使得復(fù)合土工膜不僅具備塑料薄膜強(qiáng)大的抗拉強(qiáng)度與抗穿刺能力，而且由于無(wú)紡布表面粗糙，可以有效提高接觸面的摩擦系數(shù)，從而提高復(fù)合土工膜與保護(hù)層的穩(wěn)定性。

1.2 復(fù)合土工膜的特性

復(fù)合土工膜的特性表現(xiàn)在以下6個(gè)方面:①?gòu)?fù)合土工膜具備較高的抗拉強(qiáng)度以及良好的彈性，因此對(duì)于膨脹或者收縮的基面可以采用這種技術(shù)，從而改善基面不均勻沉降的問(wèn)題;②復(fù)合土工膜具備較好的防滲性能，其采用高密度聚乙烯原生樹脂利用共擠技術(shù)制作而成，所以可以達(dá)到很好的防滲效果;③復(fù)合土工膜質(zhì)量輕，通常成品成卷狀，現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)十分便捷，靈活性高，運(yùn)輸便利，施工方便;④具備優(yōu)良的物理性能與化學(xué)性能，復(fù)合土工膜的抗老化能力、抗紫外線能力、抗撕裂能力、抗穿刺能力等均比較好，并且熱變形小、脆性低，所以化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng);⑤造價(jià)低、效益高，復(fù)合土工膜的生產(chǎn)工藝更加科學(xué)、快捷，盡管其防滲效果要好于其它產(chǎn)品，但是其成本卻相對(duì)較低，通常低于傳統(tǒng)技術(shù)40%;⑥復(fù)合土工膜采用的材料均是無(wú)毒、環(huán)保材料，利用普通的物理變化達(dá)到防滲的目的，這個(gè)過(guò)程沒(méi)有有害物質(zhì)，因此更加健康、環(huán)保。

2 相關(guān)計(jì)算

2.1 流量驗(yàn)算與渠道斷面驗(yàn)算灌水模數(shù)計(jì)算公式為:

灌溉設(shè)計(jì)流量的計(jì)算公式為:

水力半徑的計(jì)算公式為:

謝才系數(shù)的計(jì)算公式為:

流速的計(jì)算公式為:

由于渠道會(huì)受到嚴(yán)重的沖刷，而渠道底又是粉細(xì)沙層，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，非黏性土渠道可以不沖流速，粉細(xì)沙規(guī)定為0.26～0.4 m/s，渠道設(shè)計(jì)流速為0.52 m/s，渠道底產(chǎn)生沖刷。由上述計(jì)算可知，渠道流速大于相關(guān)規(guī)范中的要求，發(fā)生沖刷，因此無(wú)法滿足渠道過(guò)水要求，必須采用防滲措施。

2.2 復(fù)合土工膜厚度計(jì)算

根據(jù)水利水電工程土工合成材料相關(guān)技術(shù)規(guī)范中規(guī)定的公式可以計(jì)算出所需的復(fù)合土工膜的厚度:式中:T為薄膜的單寬拉力;p為薄膜所承受的水壓力荷載;b為膜下地基可能產(chǎn)生的裂縫的寬度;ε為薄膜拉應(yīng)變。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、結(jié)合廠家試驗(yàn)數(shù)據(jù)，本工程最終決定采用PE復(fù)合土工膜，膜厚0.5 mm。

3 復(fù)合土工膜的施工

在本工程中，具體的施工工藝流程如下:①進(jìn)行施工準(zhǔn)備;②鋪設(shè)復(fù)合土工膜;③進(jìn)行拼接與錨固;④并對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行全面的檢查，再鋪設(shè)墊層以及混凝土預(yù)制板;⑤最后經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢測(cè)后即可竣工驗(yàn)收。

3.1 施工前的準(zhǔn)備工作

施工前要對(duì)復(fù)合土工膜的材料質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)指標(biāo)包括產(chǎn)品的物理性能、力學(xué)性能、水力學(xué)性質(zhì)以及耐久性等，并且外觀上要求不得存在砂眼、雜質(zhì)、厚薄不均等質(zhì)量問(wèn)題，膜幅寬＞要在4 m。然后進(jìn)行復(fù)合土工膜的剪裁，將其剪裁成可以滿足施工作業(yè)長(zhǎng)度的尺寸，并按要求將剪裁好的材料拼接成與尺寸要求相符的塊體，卷在鋼管上，才由人工搬至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鋪設(shè)。在鋪設(shè)前還要將邊坡上的雜物清除干凈，根據(jù)設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行削坡處理，需要注意將所有的尖角硬物清除，以免損傷到復(fù)合土工膜;然后再對(duì)欠坡進(jìn)行回填夯實(shí)處理，保證坡面的平整度、密實(shí)度、光滑度以及干容重等與規(guī)范要求相符。

3.2 復(fù)合土工膜的鋪設(shè)

根據(jù)鋪設(shè)位置不同，采用的鋪設(shè)方法也各不相同，具體分為渠體鋪設(shè)、坡面鋪設(shè)、沿渠道軸線方向水平滾鋪等，完成坡面鋪設(shè)并通過(guò)驗(yàn)收后，再?gòu)捻樒旅孑S線方向采用滾鋪的方法，與渠底的復(fù)合土工膜采用丁字形連接。鋪設(shè)過(guò)程中要求氣候環(huán)境溫明、干燥，鋪設(shè)最好采用波浪形松弛的方法，保持1.5%左右的富余度，避免應(yīng)力集中、保持拼接的連續(xù)性。攤開后要求復(fù)合土工膜與坡面無(wú)突起褶皺，平整、吻和;在移動(dòng)復(fù)合土工膜時(shí)不得采用尖銳的工具，如果發(fā)現(xiàn)材料損壞，要及地采取修補(bǔ)措施。

3.3 復(fù)合土工膜的拼接

復(fù)合土工膜的拼接作業(yè)主要分成兩個(gè)部分，即土工布縫接以及土工膜焊接，由于焊接質(zhì)量的好壞是決定復(fù)合土工膜防滲性能高低的決定性因素，因此下面主要復(fù)合土工膜的焊接進(jìn)行重點(diǎn)討論。通常復(fù)合土工膜的生產(chǎn)廠家要委派專業(yè)的技術(shù)人員對(duì)施工人員進(jìn)行全面的焊接作業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，并在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的觀察指導(dǎo)。所選擇的焊接設(shè)備也要與工程實(shí)際情況、施工工藝要求相符。在本工作程中材料選擇兩布一膜，拼接工藝則采用熱融焊法，膜與膜之間的焊接施工選擇TH－1型雙驅(qū)動(dòng)自行式土工膜焊接機(jī)，焊縫搭接長(zhǎng)度控制在10 cm左右，焊縫寬度約10 mm，共兩道，且焊縫之間要預(yù)留寬約10 mm的空腔，其主要目的是檢查焊縫的質(zhì)量;選擇手提式封包機(jī)、滌綸線、采用丁字形的方式完成布與布之間的縫接。

注意焊接施工前要求膜面保持相應(yīng)的清潔度，不得存在砂子、泥土等雜質(zhì)或者臟物，如果有需要用電吹風(fēng)吹干凈;如果雨天焊接則要選擇室內(nèi)作業(yè)。最好在焊接部分下墊一條長(zhǎng)木板，以方便焊機(jī)行走于平整的基面上，保證焊接質(zhì)量。正式焊接前要先進(jìn)行試焊，根據(jù)施工氣溫來(lái)確定正式焊接時(shí)的施焊溫度與行走速度，通常施焊溫度范圍控制在220℃～300℃，行走速度則控制在每秒1.5～2.5 m。由于復(fù)合土工膜存在一定的不均勻性，焊接電壓也具有一定的不穩(wěn)定性，再加之現(xiàn)場(chǎng)施工條件的差異，焊接過(guò)程中難免費(fèi)出現(xiàn)漏焊、熔焊等問(wèn)題，所以要在完成每道焊縫后嚴(yán)格檢查焊接質(zhì)量。雙焊縫必須進(jìn)行充氣檢測(cè)，雙焊縫之間的充氣壓力至少在0.15 MPa以上，保持5 min左右;如果壓力無(wú)明顯下降即判定合格;單焊縫、修補(bǔ)點(diǎn)的檢測(cè)需要采用T型點(diǎn)真空檢測(cè)法，壓力至少在0.005 MPa，保持0.5 min以上，以肥皂液不起泡為準(zhǔn)。完成質(zhì)量檢測(cè)后馬上用壓出式焊檢補(bǔ)堵充氣打壓穿孔部位。焊接完成后可以進(jìn)行土工布縫接，要求縫合面松緊適度、自然平順。

3.4 其它步驟

復(fù)合土工膜在錨固過(guò)程中，要把連接好的復(fù)合土工膜直接埋入錨固溝內(nèi)，刨填土后夯實(shí)，要求錨固位置不得出現(xiàn)滲透水的現(xiàn)象，或者以拔不出為準(zhǔn);然后鋪設(shè)墊層以及混凝土預(yù)制板，復(fù)合土工膜上要均勻的鋪設(shè)厚約10cm的砂墊層，找平壓實(shí)后再將混凝土預(yù)制板鋪設(shè)其上，要求厚度在8 cm左右。預(yù)制板間的勾縫可以利用水泥砂漿填實(shí)處理。為防止復(fù)合土工膜在施工過(guò)程中受到損壞，要保證復(fù)合土工膜、砂墊層以及混凝土預(yù)制板的鋪設(shè)工序緊密銜接，如果施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)損傷問(wèn)題，則要即刻采取修補(bǔ)措施;此外混凝土護(hù)砌以及復(fù)合土工膜的養(yǎng)護(hù)工作也十分重要。完成上述工序后，要對(duì)復(fù)合土工膜的施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，通常采用抽樣質(zhì)量檢測(cè)法，即500 m2分為一個(gè)施工段，抽取一個(gè)試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，要求強(qiáng)度不低于母材的80%，且試樣斷裂不得在接縫處。本工程的現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢測(cè)合格率100%，施工質(zhì)量完全得到了保證。

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