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浅谈复合土工膜防渗技术

复合土工膜具有较高的抗拉强度以及良好的弹性等特点,而且具有防渗性能优良,造价低的优势,在水利工程防渗中的得到了广泛的应用,本文根据笔者的工作经验,并以某水库防渗施工案例,对复合土工膜的特性、防渗原理、施工方案选择及具体应用进行了探讨。

正文:

1复合土工膜的基本原理与特性

1.1复合土工膜的防渗原理

复合土工膜的防渗基材为塑料薄膜,然后再复合无纺布,形成一种土工防渗材料。复合土工膜是一种高分子的化学柔性材料,其主要的作用机理就是利用塑料薄膜的不透水性将土堤漏水的通道完全隔断。由于塑料薄膜具有较大的抗拉强度以及较好的延伸率,因此可以承受水压与坝体变形的作用。无纺布属于一种高分子短纤维化学材料,主要是热黏成形,将其与塑料薄膜复合在一起,使得复合土工膜不仅具备塑料薄膜强大的抗拉强度与抗穿刺能力,而且由于无纺布表面粗糙,可以有效提高接触面的摩擦系数,从而提高复合土工膜与保护层的稳定性。

1.2复合土工膜的特性

复合土工膜的特性表现在以下6个方面:①复合土工膜具备较高的抗拉强度以及良好的弹性,因此对于膨胀或者收缩的基面可以采用这种技术,从而改善基面不均匀沉降的问题;②复合土工膜具备较好的防渗性能,其采用高密度聚乙烯原生树脂利用共挤技术制作而成,所以可以达到很好的防渗效果;③复合土工膜质量轻,通常成品成卷状,现场铺设十分便捷,灵活性高,运输便利,施工方便;④具备优良的物理性能与化学性能,复合土工膜的抗老化能力、抗紫外线能力、抗撕裂能力、抗穿刺能力等均比较好,并且热变形小、脆性低,所以化学稳定性强;⑤造价低、效益高,复合土工膜的生产工艺更加科学、快捷;⑥复合土工膜采用的材料均是无毒、环保材料,利用普通的物理变化达到防渗的目的,这个过程没有有害物质,因此更加健康、环保。

2.工程案例

2.1.工程概况

某水库总库容为360万m3,水库的任务是工业供水、生活用水,兼顾农业灌溉。水库工业供水251万m3。水库主要由大坝和泄洪洞组成。坝顶高程为1372.5m,坝长321m,上游坝坡1∶3,下游坝坡1∶2.5,为复核土工膜斜心墙坝,水库于2012年10月竣工。

2.2.坝体防渗方案的选择

2.2.1防渗材料的选择

根据地质勘探资料,坝址河床覆盖层较厚,坝轴线较长,不具备修建其它坝型的条件,只能修建当地材料坝。坝址处风积砂、红砂岩储量大,运距短,渗透系数5.78×10-3cm/s,远大于填筑均质土坝的规范要求,不适宜利用附近土料建均质土坝;探明的坝壳料,土料渗

透系数为1.7×10-4cm/s,也大于规范要求,故建筑均质土坝已不可能。初步认定大坝只能考虑建成利用当地材料为主的复合材料的心墙坝,设计初步比较了两种坝体防渗材料,即粘土心墙防渗和复合土工膜防渗材料。粘土心墙坝,设计理论和施工方法己经成熟,材料耐久性好,施工工艺简单,但防渗土料探明的储量小,运距较远,工程量大,施工期长,工程投资相对复合土工膜防渗比较大。《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001第3.3.3条规定,3级低坝经过论证可采用土工膜防渗体坝。该水库土坝高15m,是4级低坝,采用土工膜防渗是可行的。经计算分析,采用粘土防渗工程投资比采用复合土工膜防渗工程造价高,所以采用土工膜防渗在经济上是合理的。

2.2.2复合土工膜的选择

该水库复合土工膜设计铺设坡坡比为1∶2,根据公式K=f/tgα式中K—抗滑稳定安全系数;

f—上垫层与土工膜之间的摩擦系数;

α—坝坡坡角。

对复合土工膜与坝坡、复合土工膜与保护层的抗滑稳定性进行了复核,经计算,复合土工膜铺设坡坡比取1∶2,其防渗系统是稳定的,满足规范要求。根据复合土工膜铺设范围内的最大水头、材料性能以及使用条件,结合防渗层的下垫层、覆盖层,按国家现行有关标准的规定,经综合分析计算,坝坡防渗层采用规格为350g/m2~0.5mm~350g/m2的针刺短线涤纶两布一膜(PE膜),幅宽为4m。2复合土工膜的铺设

2.3复合土工膜的拼接

由于选取的复合土工膜幅宽为4m,在平地先将4m窄幅拼接焊成20m宽幅,然后在坡面自上而下,垂直于坝轴线方向通幅铺设。本工程采用两布一膜,复合土工膜的拼接包括土工布的缝接、土工膜的焊接。土工膜采用ZPR-210V型热合土工膜专用焊接设备焊接,土工布选用尼龙线用手提式封包机进行双道缝接。复合土工膜拼接质量的好坏是复合土工膜防渗性能成败的关键,该水库在拼接复合土工膜前特聘请了专业技术人员到现场通过实际操作,对施工人员进行培训和指导。焊接时先将第一幅土工膜铺好后,焊接的边翻叠(约60cm宽),再将第二幅反向铺在第一幅膜上,然后调整两幅膜焊接边缘使之搭接10cm。焊接前用电吹风吹去膜面上的砂子、泥土等脏物,保证膜面干净,在焊接部分的底下垫一条长木板,以便焊机在平整的基面上行走,保证焊接质量,正式焊接前,根据施工气温进行试焊,确定行走速度和施焊温度,一般把握行走速度1.5~2.5m/s,施焊温度为220℃~300℃。

2.4接缝质量的检测

接缝的质量检测,采用目测法、现场检测法和抽样测试法相结合,来判断和控制质量。

2.4.1目测法

膜与膜热焊接时,对所有的缝进行观察,若焊缝透明,均匀,无皱褶,无空洞,手剥离坚固,可目视为合格。

2.4.2现场检测法

(1)真空法:利用包括吸盘、真空泵和真空机的一套设备。检测时将待测部位刷净,涂肥皂水,放上吸盘,压紧,抽真空至负压0.02~0.03MPa,关闭气泵,静观30s,看吸盘顶部透明罩内有无肥皂水泡产生和真空表有无下降,如有表示漏气,应予补救。

(2)充气法:焊缝为双条,两条之间留有约10mm的空腔。将待测段两端封死,插入气针,充气至0.05~0.2MPa(视膜厚选择),静观30s,观察真空表,如气压不下降,表明不漏,接缝合格,否则应及时修补。

(3)抽样测试法:约1000m2取一试样,做拉伸强度试验,要求强度不低于母材的80%,且试样断裂不得在接缝处,否则接缝质量不合格。

2.5复合土工膜的铺设

在复合土工膜铺设前,要求坡面修整完毕,坡面平整度、压实度均达到设计要求并经监理工程师验收合格后方可进行复合土工膜的铺设。铺设前应根据复合土工膜拼接后幅宽、现场长度需要,在单位内剪裁,并拼接成符合要求尺寸的块体后铺设。从堤顶向堤脚沿垂直于堤轴线方向缓慢展铺到坡脚齿槽外顶处与库底土工膜丁字形相接。铺设选在干燥暖和天气进行,为避免踩坏土工膜,施工人员均穿平底布鞋进行铺设,为防止应力集中,复合土工膜铺设的富余度约为1.5%,并要求摊开复合土工膜与坡面吻合平整,无突起褶皱。土工膜铺设后应平顺,局部可以起皱,但不许有破损、孔洞,膜之间及膜与砼之间接口的焊接或粘接要严密不透水。施工时如发现问题,应及时修补。

3.结语
该水库工程严格按复合土工膜施工技术要求进行施工,严格现场焊接的质量控制,且经过室内试验结果表明,复合土工膜各项性能指标均能满足设计要求,质量得到保证。该工程于2012年10月底完工后蓄水运行,经过2年,坝后无水溢出点,查看渗流观测孔数据,水位很低,复合土工膜的防渗效果较好,对于新建小型水库坝体防渗,具有较大的经济效益和很好的推广使用价值。

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