烏東德水電站圍堰土工膜質量控制

楊俊峰，蘭 肅

(中國水利水電建設工程咨詢西北有限公司，西安 710065)

0 前 言

烏東德水電站河床圍堰設計為3級擋水建筑物，擋水標準按50年一遇洪水設計。上、下游圍堰采用土石圍堰結構形式，堰體防滲采用“復合土工膜+塑性混凝土防滲墻+墻下帷幕灌漿”的形式。上游圍堰堰頂高程873.00 m，堰頂寬度10 m，最大堰高67 m；高程832.00～841.00 m段為垂直防滲，高程841.00～873.00 m段為斜面防滲，防滲水頭41 m，防滲級別二級；復合土工膜斜墻最大高度40.0 m；塑性混凝土防滲墻最大深度90.5 m，厚度1.2 m；帷幕底線高程727.00 m，最大孔深130.0 m。下游圍堰堰頂高程847.00 m，堰頂寬度10 m，最大堰高42 m；高程829.00～847.00 m段采用心墻垂直防滲，防滲水頭18 m，防滲級別3級；土工膜心墻最大高度17.5 m；塑性混凝土防滲墻最大深度91.0 m，厚度1.2 m；帷幕底線高程728.00 m，最大孔深101.0 m。圍堰復合土工膜采用“二布一膜”，膜材為高密度聚乙烯土工膜(HDPE)。土工膜防滲體結構由上至下依次為：保護層鋼筋石籠、噴混凝土，防滲層復合土工膜，支持層無砂混凝土。

烏東德水電站圍堰防滲結構中復合土工膜施工質量直接影響圍堰的防滲效果，必須對土工膜施工工序做好事前、事中、事后3個階段的質量管控。

1 事前質量控制

1.1 原材料事前控制

1.1.1 土工膜設計性能指標

(1) 抗拉強度(經、緯向)≥20 kN/m；

(2) 上游圍堰主膜厚度≥1.2 mm，土工布為500 g/m3；

(3) 滲透系數K=i×10-11～i×10-12cm/s；

(4) 伸長率ε>30%(設計明確為：斷裂伸長率)；

(5) 耐靜水壓>0.5 MPa。

1.1.2 土工膜進場驗收、抽樣檢測及外觀檢查

(1) 進場驗收

土工膜到場后，驗收項目包括：發貨清單、檢測報告、合格證等出廠產品相關質量證書驗收。

(2) 進場抽樣檢測

1) 抽樣檢測數量按交貨批號的同一品種、同一規格作為檢驗批，同一批產品中≤50卷批次最少取樣2卷；>50卷批次最少取樣3卷[1]。

2) 特性檢測項目為厚度、斷裂強度、斷裂伸長率、撕裂強力、滲透系數等，具體檢測結果詳見表1。

表1 復合土工膜特性檢測結果表

(3) 外觀質量檢查

土工膜在鋪設前，每卷土工膜須進行外觀質量檢查。外觀質量分輕缺陷和重缺陷2種，不允許出現重缺陷，輕缺陷每200 m2應不超過5個，外觀質量不符合要求的土工膜禁止使用。

1.2 施工工藝事前控制

(1) 監理單位組織召開技術交底會，使施工單位充分理解工藝技術特點。

(2) 施工單位結合工藝技術特點，編制專項技術方案及作業指導書，從組織、制度、措施和經濟等方面形成保證體系。

(3) 施工單位根據工程結構和設計要求，繪制土工膜鋪設順序和分區分塊圖，對土工膜每條焊縫進行編號。

(4) 施工單位應對土工膜施工的焊接、質檢、試驗檢測人員進行崗前培訓，考核合格方可上崗，人員更換必須經監理同意。

(5) 施工單位應將選用的焊接及檢測設備的性能、技術參數及數量報監理備案，設備進場后監理根據設備清單進行核對，設備更換必須報監理同意。

(6) 土工膜作業范圍周邊應做好安全防護圍擋，實行封閉式管理。

2 事中質量控制

2.1 土工膜存儲與運輸

(1) 施工單位應設立符合要求的土工膜堆放倉庫，并安排專人管理，同時做好土工膜的出入庫管理工作。領用和退庫需填寫申請表，并經現場監理確認后方可進行。

(2) 土工膜運輸裝卸過程如采用人工配合汽車吊裝卸，吊繩宜用尼龍編織帶等柔性繩帶，不得使用鋼絲繩等繩索直接吊卸，禁止野蠻吊卸。

2.2 土工膜焊接工藝試驗

(1) 施工現場焊接工藝試驗包括：熱熔焊接和擠壓焊接，工藝試驗不代替試焊。

(2) 通過焊接工藝試驗確定土工膜焊接施工的焊接溫度、預熱溫度、焊接速度等工藝參數。

(3) 完成工藝試驗后，及時組織參建四方進行工藝試驗評審，固化確認試驗成果。

2.3 土工膜施工

2.3.1 現場施工要求

(1) 在土工膜鋪設開始后，嚴禁在可能危害土工膜安全的范圍內進行開挖、放炮、鑿洞、電焊、燃燒、排水、運輸等交叉作業，土工膜施工現場嚴禁吸煙或使用各種火源[2]。

(2) 所有進入土工膜施工現場的人員必須穿軟底鞋或棉襪，不得穿釘鞋、高跟鞋及硬底鞋等。

(3) 已完成焊接鋪設的范圍禁止所有車輛、施工機械入內，除檢測人員外，其他閑雜人員一律不許入內。

(4) 土工膜施工過程中，施工單位應認真執行三級檢查制度，每道工序經施工單位三檢自查合格、監理單位復檢合格后，方可進行下一道工序施工。

2.3.2 土工膜施工程序及注意事項

土工膜施工程序：支持層清錐清尖→放樣→鋪設土工膜→土工膜裁剪→試焊土工膜→焊件檢驗→焊接土工膜→取樣檢驗→臨時壓固→檢查驗收。

(1) 清除土工膜鋪設范圍內支持層上各種錐形、尖棱雜物。

(2) 土工膜鋪設前，施工單位應進行現場測量放樣、標線，精確定位各膜塊位置。

(3) 每天展開的土工膜卷不得超過當天的焊接范圍；并且在惡劣天氣來臨時，適當減少展開土工膜的卷數。

(4) 土工膜的裁剪須在平坦寬闊且不能有損壞膜的堅硬塊石場地進行，裁剪前先測量相關鋪設尺寸，然后按實際尺寸裁剪，并逐片編號作記錄，編號應唯一、不重復。土工膜裁剪必須使用專用勾刀。

(5) 在邊坡鋪設大塊或整卷土工膜時，不能采用靠重力自由滑落的方式，土工膜卷在打開時應得到控制，例如拉動、抬起或者卷起。鋪設方式必須保證土工膜和其他任何下層的土工材料不受到損害。

(6) 每塊已安裝的土工膜塊，必須使用不易磨去的墨水清晰注明：鋪設順序號碼、所在卷號碼、鋪設日期。

(7) 土工膜鋪設時應考慮材料熱脹冷縮導致的尺寸變化，預留出伸縮量，且應避開夏季中午高溫時段。

(8) 施工現場應準備足夠的臨時壓載物，所有外露的土工膜邊緣須用砂袋或舊輪胎等壓載物壓覆，以避免土工膜被風吹起和被拉出周邊的錨固溝。

2.3.3 焊接及取樣檢測要求

(1) 土工膜焊接包括熱熔焊接和擠壓焊接2種，熱熔焊接為施工中的主要焊接方式，擠壓焊接方法主要用于修復和熱熔焊機達不到的地方焊接。鋪設展開完成后，要及時焊接，其搭接長度按照熱熔焊接(100±25) mm、擠壓焊接(75±20) mm控制。

(2) 每個焊接試驗截取3個樣品，焊縫兩端各取1個、中間取1個。樣品寬25.4 mm、長度應滿足拉力機的檢測要求。其中端部2個樣品進行剝離檢測，中間樣品進行粘接縫焊接力(剪切力)測試，檢測結果應符合要求。

2.4 修補要求

(1) 在施工過程中出現的所有缺陷，施工單位必須清晰地在土工膜上標明，并進行缺陷信息記錄。

(2) 修補合格后，施工單位應在土工膜表面記錄：修補日期和時間、技術人員簽名。并進行土工膜修補信息記錄。

(3) 土工膜缺陷修補的主要形式

1) 補片修補

補片適用于修補所有的撕、破洞和穿過整個土工膜的針孔破洞(真空檢測的針孔除外)，還可用于覆蓋不均勻的樹脂和外來物質(如汽油、油等)污染的部位，或其它表面缺陷。補片一般為圓形，大小必須超出缺陷范圍200 mm，并且保證補片平整完好、無卷縮。

補片和缺陷的地方必須沒有污物、水分、雜質和標志。修補焊接前，須用熱風焊槍將補片臨時粘接在土工膜表面；補片周邊須用角磨機打磨出粗糙的表面，并在接縫的地方產生一個斜邊。打磨必須在永久焊接前1 h內完成。熱風焊槍和打磨均不得引起土工膜過度熔解、磨損或穿洞。

盡量減少補片的數量。相鄰缺陷必須用1塊大補片去修補，補片過多的地方還應采用整塊補片或土工膜修補。

2) 擠壓接縫帽(蓋帽)

擠壓接縫帽適合修補不合格的搭接焊縫，修補前必須用角磨機將接縫表面磨毛，接縫周邊也要進行磨毛，從而在擠壓焊接的地方產生一個粗糙的表面和在接縫的地方產生一個斜邊。打磨必須在修補焊接前1 h內完成。打磨不能引起膜的過度磨損或穿洞，同時不能明顯超出擠壓焊接的范圍。

3) 打磨焊接

打磨擠壓焊接適用于修補長度小于300 mm的小型擠壓接縫缺陷，以及小的表面損傷和沒有穿透整個土工膜厚度的局部缺陷。

焊接前須在修補的地方打磨產生一個粗糙的表面，打磨必須在永久焊接前1 h內完成。

2.5 土工膜施工干擾問題

(1) 土工膜施工期間，將會與圍堰填筑、保護層噴混凝土及石籠吊裝、周邊帷幕灌漿存在交叉作業。一般遵循“上層施工、下層停工”的原則，盡可能避免出現上下交叉作業的現象。

(2) 無法避免土工膜與其他部位作業施工交叉，或者已施工完畢的土工膜上部進行其他作業時，施工單位應采取土工膜表面堆放沙袋(范圍不少于10 m)等方式做好防護措施，其他作業施工單位也必須制定全面有效的防護措施，并經監理單位驗收合格后方可進行。

2.6 雨季施工措施

(1) 為有效控制防滲膜焊接質量，雨季施工時必須用干凈紗布擦凈、擦干待焊接的兩幅防滲膜接縫，必需時可用熱風器稍稍進行烘干，以確保焊縫焊接質量。

(2) 雨季施工時，應加強對焊機的維護工作。每天焊接施工結束后，須用干凈棉布把焊機擦拭干凈；因下雨無法施工時，應用防水塑料布把焊機包好，放于干燥處，以減少天氣潮濕對焊機電路板和傳感器等造成的損害。

(3) 雨后施工時，必須對焊接參數進行調整，試焊檢測合格后方可施工。

(4) 及時掌握未來3～5 d的天氣預報，并根據天氣變化合理安排施工進度。

(5) 已鋪好的膜必須及時焊接，以避免因雨水下漏造成場底濕滑泥濘無法施工。

3 事后質量控制

3.1 土工膜焊接質量檢測

(1) 非破壞性檢測

施工單位須對每條焊縫進行非破壞性檢測，檢測在焊接完成4 h后進行。熱熔焊接應進行氣壓檢測，合格率為100%；擠壓焊接應根據焊縫條件選擇進行真空檢測或電火花測試方法，合格率為100%。

(2) 破壞性檢測試樣數量

施工單位應在已鋪設焊接的土工膜上取樣進行焊縫破壞性檢測，施工初期按約1 000 m2抽取1個1 000 mm×350 mm樣品，隨著焊工水平的提高和焊接面積的增加逐漸遞減到每5 000 m2～10 000 m2抽取1個樣品，強度測試要求合格率為100%[3]。

(3) 焊縫強度破壞性檢測要求及成果

每個試樣裁取10個25.4 mm寬的標準試件，分別做5個剪切實驗和5個剝離實驗。每種實驗5個試樣的測試結果中應至少有4個符合要求，且平均值應達到標準值要求、最低值不得低于標準值的80%判定通過強度測試[4]。

如不能通過強度測試，須在測試失敗的位置沿焊縫兩端各6 m范圍內重新取樣測試，重復以上過程直至合格為止。對排查出有懷疑的部位用擠壓焊接的方式加以補強。

4 結 語

通過加強對土工膜施工工序的質量管控，烏東德水電站圍堰工程在施工中，有效地保障了圍堰防滲效果。圍堰工程完工后經過了1個汛期的檢驗，運行良好。土工膜施工雖然簡單，但工藝要求高，尤其是熱焊接工藝不易掌握，檢測方法不易把握，需要培訓熟練的施焊操作人員，有針對性地解決現場出現的各類焊接質量問題。

參考文獻:

[1] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.土工合成材料非織造布復合土工膜：GB/T17642-2008[S].北京：中國標準出版社，2008.

[2] 國家能源局.水電工程土工膜防滲技術規范：NB/T35027-2014 [S].北京：中國電力出版社，2015.

[3] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.土工合成材料 聚乙烯土工膜：GB/T 17643-2011[S].北京：中國標準出版社，2012.

[4] 中華人民共和國建設部.生活垃圾衛生填埋場防滲系統工程技術規范：CJJ 113-2007 [S].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[5] 黃輝，施召云.兩河口水電站慶大河擋水壩復合土工膜施工質量控制[J].施工技術，2014(43)：645-647.