土工膜在土石壩防滲工程中的應(yīng)用

張金+郜迪

摘 要：土工膜作為一種新型防滲材料，在土石壩防滲工程中發(fā)揮良好的作用，它具有不透水性強(qiáng)、抗凍性好、不受季節(jié)氣候影響、施工方便和節(jié)省工程造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。文章主要針對(duì)土工膜在土石壩工程中的防滲應(yīng)用進(jìn)行整理，闡述工程中需要注意和解決的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：土工膜；土石壩；防滲設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TV53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）19-0144-02

1 概述

（1）目前，現(xiàn)有土石壩由于施工質(zhì)量問(wèn)題、防滲技術(shù)不足、維護(hù)管理不到位以及壩體自身不均勻沉降等原因，導(dǎo)致滲漏及裂縫問(wèn)題突出，從而出現(xiàn)壩后積水等問(wèn)題，嚴(yán)重威脅到壩體的安全，為了防止問(wèn)題產(chǎn)生或惡化必須展開(kāi)相應(yīng)的工程措施。

（2）現(xiàn)在采用較多的防滲措施為防滲墻防滲、灌漿防滲、混凝土防滲、土工膜防滲及其他防滲手段。土工膜防滲結(jié)構(gòu)是近代水利工程的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，具有較好的防滲效果，且施工較為簡(jiǎn)單，造價(jià)低。

2 土工膜的特性

（1）土工膜是高分子合成材料的一種，在水利建設(shè)防滲功能中應(yīng)用較多的有：聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）以及氯化聚乙烯（CPE）等。土工膜在物理、化學(xué)和水力學(xué)等方面的特性能夠滿足水利工程的要求，工程中常用的土工膜厚度在0.5～1.5mm范圍內(nèi)，統(tǒng)一生產(chǎn)的土工膜幅寬范圍為2～4m，在一些特殊工程中可以適當(dāng)增加幅寬。

（2）土工膜為相對(duì)不透水材料，由達(dá)西定律知滲透系數(shù)

K<10-14cm/s的土工膜便認(rèn)為是不透水的。然而在具體的工程實(shí)施中，只要滲透系數(shù)K<10-13～10-15cm/s并且材料質(zhì)量不存在問(wèn)題的土工膜即可滿足工程需要。土工膜的K值并非固定不變的，其大小根據(jù)工程中膜上正壓力的值而變，總體上呈現(xiàn)出反比例關(guān)系。為了防止土工膜與其他材料共同作用時(shí)，在壓力下較大、接觸層土粒較粗等情況下導(dǎo)致土工膜破壞，喪失其功能，因此在特定的條件下需要采取相應(yīng)的防滲漏實(shí)驗(yàn)。

（3）作為防滲結(jié)構(gòu)主體的土工膜，由于構(gòu)造原因在支持層顆粒空隙處往往存在薄弱環(huán)節(jié)，很容易在較大的工作水壓力被壓破擊穿。一般情況下，土工膜的耐水壓性能與支持層材料的顆粒級(jí)配存在正相關(guān)關(guān)系。

（4）土工膜與保護(hù)層或支持層中其他材料的摩擦特性也

是極為重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)，由于其表面光滑，與其他材料之間的摩擦角較土的摩擦角小，在斜坡上鋪設(shè)存在沿界面滑動(dòng)的危險(xiǎn)，可以采用表面加粗的土工膜、復(fù)合土工膜或采用臺(tái)階型鋪設(shè)方法來(lái)解決。

3 土工膜防滲設(shè)計(jì)

3.1 土工膜的布置形式和結(jié)構(gòu)

3.1.1 根據(jù)土工膜在壩體中的位置，土工膜防滲結(jié)構(gòu)可以分為防滲斜墻和防滲心墻兩種類型。土工膜斜墻一般設(shè)置于壩的上游側(cè)，與上游坡面近乎平行，鋪設(shè)方式一般有薄保護(hù)層平直鋪設(shè)、厚保護(hù)層平直鋪設(shè)以及鋸齒形鋪設(shè)；土工膜心墻一般設(shè)置于壩體中部，或土石混合壩下游堆體的上游一側(cè)。在一般的水利工程中，土工膜防滲結(jié)構(gòu)由土工膜（薄膜層）、支持層和膜上保護(hù)層等三部分組成，如圖1所示。

3.1.2 支持層的作用是使土工膜受力均勻，免受局部集中應(yīng)力的損壞。支持層一般由墊層和過(guò)渡層組成，支持層一般可采用傳統(tǒng)的砂石反濾結(jié)構(gòu)，也可以采用土工織物與砂石混合結(jié)構(gòu)。墊層材料的選取由土工膜性質(zhì)決定，當(dāng)采用土工薄膜時(shí)，一般選取粒徑小于1cm的碎石、礫卵石或粒徑小于0.5cm的礫石作墊層。當(dāng)采用復(fù)合土工膜結(jié)構(gòu)時(shí)，由于土工織物具有較好耐磨損性起到了一定的保護(hù)作用，可用粒徑小于4cm的礫卵石或碎石作墊層。

3.1.3 膜上保護(hù)層起到保護(hù)防滲體的作用，由面層和上墊層組成。保護(hù)層可以有效防止因紫外線輻射、水流擊打沖刷、人為破壞、溫度升降以及膜下水壓力等因素帶來(lái)的危害。常用面層有預(yù)制混凝土板、現(xiàn)澆混凝土板、鋼筋網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)混凝土板、干砌塊石、漿砌塊石等。墊層的選擇根據(jù)土工膜和面層類型決定。

3.2 土工膜的厚度

土工膜是防滲體結(jié)構(gòu)的主體，其厚度應(yīng)依據(jù)防滲和強(qiáng)度兩方面的要求來(lái)確定。低水頭水庫(kù)土工膜厚度一般為0.5mm，也可以用薄膜理論公式和Giroud公式及經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定，聚乙烯薄膜的允許拉應(yīng)力與彈性模量參考值見(jiàn)表1。

3.2.1 蘇聯(lián)的經(jīng)驗(yàn)公式

3.3 土工膜防滲結(jié)構(gòu)總體防滲校核

為了確保土工膜能達(dá)到設(shè)計(jì)期望的防滲效果，保證壩體的安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)，從土工膜的總體防滲方面進(jìn)行校核，應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：

（1）控制土工膜的滲透水量，確保透過(guò)的水量在安全水量以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

（2）控制土工膜的設(shè)計(jì)厚度，即使在有少量水滲透的情況下，能避免膜后的結(jié)構(gòu)受到破壞，發(fā)生滲透變形，或采取針對(duì)膜后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的相關(guān)工程措施。

（3）控制壩體排水量大于滲透水量，并保持膜后結(jié)構(gòu)排水暢通以便及時(shí)排除滲透水。

3.4 土工膜作為防滲斜墻時(shí)的穩(wěn)定分析

3.4.1 透水性良好的保護(hù)層

堆石、干砌塊石護(hù)坡，混凝土板和砂礫料組成的護(hù)坡以及預(yù)制混凝土板塊等都是透水性良好的護(hù)坡，這種情況下，當(dāng)水庫(kù)水位消落時(shí)，保護(hù)層內(nèi)的浸潤(rùn)面也同時(shí)下降，可按下式計(jì)算安全系數(shù)

3.4.2 透水性不良的保護(hù)層

當(dāng)遇到膜上保護(hù)層透水性不良或由于設(shè)計(jì)問(wèn)題出現(xiàn)不透水情況，水庫(kù)水位下降對(duì)保護(hù)層內(nèi)的浸潤(rùn)面沒(méi)有影響時(shí)，出現(xiàn)反向滲透水壓力影響壩體穩(wěn)定，可按下式計(jì)算安全系數(shù)

4 土工膜施工

4.1鋪設(shè)

由于土工膜為薄膜材料，在較大的壓力下容易被破壞，在鋪設(shè)過(guò)程中一定要注意土工膜的完整性，以免破壞土工膜結(jié)構(gòu)，影響其防滲效果。根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范和要求，要先對(duì)下墊層進(jìn)行處理，除去雜質(zhì)，同時(shí)還要保證土工膜的鋪設(shè)松緊程度，避免產(chǎn)生氣泡、褶皺或過(guò)于緊繃的情況出現(xiàn)。在未進(jìn)行保護(hù)層施工前須防止土工膜被風(fēng)吹動(dòng)的情況，因此最好邊鋪設(shè)土工膜邊進(jìn)行保護(hù)層的施工。

4.2 拼接

對(duì)于幅寬有限的土工膜拼接，目前國(guó)內(nèi)外普遍使用的有現(xiàn)場(chǎng)焊接和粘接兩種手段。其中，電熱鍥焊接是焊接法中應(yīng)用最廣泛的，熱熔擠壓、高溫氣焊等也屬于焊接法。焊接法需要注意的是在高溫影響下，膜與膜之間是否能夠緊密結(jié)合而不會(huì)產(chǎn)生薄弱段導(dǎo)致膜的斷裂，影響防滲效果。與焊接法相比粘接法相對(duì)比較復(fù)雜，在施工環(huán)境以及質(zhì)量控制等方面要求比較高，一般適用于坡度平緩的場(chǎng)合，對(duì)于陡坡施工則用木錘擊打法對(duì)粘接處進(jìn)行壓實(shí)處理，然而粘接法在缺陷補(bǔ)漏方面有優(yōu)勢(shì)。

4.3 錨固

錨固是土工膜防滲施工中重要的環(huán)節(jié)之一，為了確保土工膜防滲結(jié)構(gòu)與壩體或其他防滲結(jié)構(gòu)形成一個(gè)完整的防滲體系，保證土工膜發(fā)揮防滲作用，必須做好土工膜錨固工作。土工膜上邊緣要埋入錨固槽內(nèi)并保證有一定的嵌入長(zhǎng)度，或與壩頂防浪墻緊密連接，下邊緣則必須嵌入壩底，防止地基出現(xiàn)滲漏。

5 結(jié)束語(yǔ)

土工膜能夠有效的解決壩體滲漏問(wèn)題，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，嚴(yán)格把關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量、控制施工技術(shù)、注重效果校核將有更廣泛的應(yīng)用前景。

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