復合土工膜在渠堤防滲中的應用

李久陽

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設管理局，烏魯木齊835400)

某水利工程工程級別為3級，引水渠襯砌長度達8 100 m，設計灌溉面積在1.445萬hm2，渠道設計流量為每秒78 m3，渠底高程在0.8 m，設計灌溉水位在5.98 m，相應的堤頂高程達6.83 m，渠道比降為1/20000。

1 復合土工膜的基本原理與特性

1.1 復合土工膜的防滲原理

復合土工膜的防滲基材為塑料薄膜，然后再復合無紡布，形成一種土工防滲材料。復合土工膜是一種高分子的化學柔性材料，其主要的作用機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。無紡布屬于一種高分子短纖維化學材料，主要是熱黏成形，將其與塑料薄膜復合在一起，使得復合土工膜不僅具備塑料薄膜強大的抗拉強度與抗穿刺能力，而且由于無紡布表面粗糙，可以有效提高接觸面的摩擦系數(shù)，從而提高復合土工膜與保護層的穩(wěn)定性。

1.2 復合土工膜的特性

復合土工膜的特性表現(xiàn)在以下6個方面:①復合土工膜具備較高的抗拉強度以及良好的彈性，因此對于膨脹或者收縮的基面可以采用這種技術，從而改善基面不均勻沉降的問題;②復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制作而成，所以可以達到很好的防滲效果;③復合土工膜質(zhì)量輕，通常成品成卷狀，現(xiàn)場鋪設十分便捷，靈活性高，運輸便利，施工方便;④具備優(yōu)良的物理性能與化學性能，復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，所以化學穩(wěn)定性強;⑤造價低、效益高，復合土工膜的生產(chǎn)工藝更加科學、快捷，盡管其防滲效果要好于其它產(chǎn)品，但是其成本卻相對較低，通常低于傳統(tǒng)技術40%;⑥復合土工膜采用的材料均是無毒、環(huán)保材料，利用普通的物理變化達到防滲的目的，這個過程沒有有害物質(zhì)，因此更加健康、環(huán)保。

2 相關計算

2.1 流量驗算與渠道斷面驗算灌水模數(shù)計算公式為:

灌溉設計流量的計算公式為:

水力半徑的計算公式為:

謝才系數(shù)的計算公式為:

流速的計算公式為:

由于渠道會受到嚴重的沖刷，而渠道底又是粉細沙層，根據(jù)相關設計規(guī)范要求，非黏性土渠道可以不沖流速，粉細沙規(guī)定為0.26～0.4 m/s，渠道設計流速為0.52 m/s，渠道底產(chǎn)生沖刷。由上述計算可知，渠道流速大于相關規(guī)范中的要求，發(fā)生沖刷，因此無法滿足渠道過水要求，必須采用防滲措施。

2.2 復合土工膜厚度計算

根據(jù)水利水電工程土工合成材料相關技術規(guī)范中規(guī)定的公式可以計算出所需的復合土工膜的厚度: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為薄膜拉應變。

通過現(xiàn)場試驗、結(jié)合廠家試驗數(shù)據(jù)，本工程最終決定采用PE復合土工膜，膜厚0.5 mm。

3 復合土工膜的施工

在本工程中，具體的施工工藝流程如下:①進行施工準備;②鋪設復合土工膜;③進行拼接與錨固;④并對焊接質(zhì)量進行全面的檢查，再鋪設墊層以及混凝土預制板;⑤最后經(jīng)過質(zhì)量檢測后即可竣工驗收。

3.1 施工前的準備工作

施工前要對復合土工膜的材料質(zhì)量進行檢測，檢測指標包括產(chǎn)品的物理性能、力學性能、水力學性質(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)量問題，膜幅寬＞要在4 m。然后進行復合土工膜的剪裁，將其剪裁成可以滿足施工作業(yè)長度的尺寸，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)場進行鋪設。在鋪設前還要將邊坡上的雜物清除干凈，根據(jù)設計斷面進行削坡處理，需要注意將所有的尖角硬物清除，以免損傷到復合土工膜;然后再對欠坡進行回填夯實處理，保證坡面的平整度、密實度、光滑度以及干容重等與規(guī)范要求相符。

3.2 復合土工膜的鋪設

根據(jù)鋪設位置不同，采用的鋪設方法也各不相同，具體分為渠體鋪設、坡面鋪設、沿渠道軸線方向水平滾鋪等，完成坡面鋪設并通過驗收后，再從順坡面軸線方向采用滾鋪的方法，與渠底的復合土工膜采用丁字形連接。鋪設過程中要求氣候環(huán)境溫明、干燥，鋪設最好采用波浪形松弛的方法，保持1.5%左右的富余度，避免應力集中、保持拼接的連續(xù)性。攤開后要求復合土工膜與坡面無突起褶皺，平整、吻和;在移動復合土工膜時不得采用尖銳的工具，如果發(fā)現(xiàn)材料損壞，要及地采取修補措施。

3.3 復合土工膜的拼接

復合土工膜的拼接作業(yè)主要分成兩個部分，即土工布縫接以及土工膜焊接，由于焊接質(zhì)量的好壞是決定復合土工膜防滲性能高低的決定性因素，因此下面主要復合土工膜的焊接進行重點討論。通常復合土工膜的生產(chǎn)廠家要委派專業(yè)的技術人員對施工人員進行全面的焊接作業(yè)技術培訓，并在施工現(xiàn)場進行實時的觀察指導。所選擇的焊接設備也要與工程實際情況、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)動自行式土工膜焊接機，焊縫搭接長度控制在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、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木板，以方便焊機行走于平整的基面上，保證焊接質(zhì)量。正式焊接前要先進行試焊，根據(jù)施工氣溫來確定正式焊接時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)場施工條件的差異，焊接過程中難免費出現(xiàn)漏焊、熔焊等問題，所以要在完成每道焊縫后嚴格檢查焊接質(zhì)量。雙焊縫必須進行充氣檢測，雙焊縫之間的充氣壓力至少在0.15 MPa以上，保持5 min左右;如果壓力無明顯下降即判定合格;單焊縫、修補點的檢測需要采用T型點真空檢測法，壓力至少在0.005 MPa，保持0.5 min以上，以肥皂液不起泡為準。完成質(zhì)量檢測后馬上用壓出式焊檢補堵充氣打壓穿孔部位。焊接完成后可以進行土工布縫接，要求縫合面松緊適度、自然平順。

3.4 其它步驟

復合土工膜在錨固過程中，要把連接好的復合土工膜直接埋入錨固溝內(nèi)，刨填土后夯實，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;然后鋪設墊層以及混凝土預制板，復合土工膜上要均勻的鋪設厚約10cm的砂墊層，找平壓實后再將混凝土預制板鋪設其上，要求厚度在8 cm左右。預制板間的勾縫可以利用水泥砂漿填實處理。為防止復合土工膜在施工過程中受到損壞，要保證復合土工膜、砂墊層以及混凝土預制板的鋪設工序緊密銜接，如果施工過程中發(fā)現(xiàn)損傷問題，則要即刻采取修補措施;此外混凝土護砌以及復合土工膜的養(yǎng)護工作也十分重要。完成上述工序后，要對復合土工膜的施工質(zhì)量進行檢測，通常采用抽樣質(zhì)量檢測法，即500 m2分為一個施工段，抽取一個試件進行拉伸試驗。拉伸強度試驗時，要求強度不低于母材的80%，且試樣斷裂不得在接縫處。本工程的現(xiàn)場抽樣檢測合格率100%，施工質(zhì)量完全得到了保證。

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