土工膜在防滲工程中的探索與實踐

孔祥峰 李志強 金 陽

一、前言

土工膜是一種以高分子聚合物為基本原料的防水阻隔型材料，主要分為：低密度聚乙烯（LDPE）土工膜、高密度聚乙烯（HDPE）土工膜等。厚度大于等于0.8mm的土工膜亦稱之為“防水板”。20世紀初問世以來，在國內外各種防滲工程中得到廣泛應用，但在鋪設施工上存在適宜性問題。

20世紀80年代左右，我國工程師為解決土工膜鋪設施工適宜性問題，提出“復合土工膜”設想，得到國內土工膜生產廠家的積極響應，進而生產出“抗拉、抗撕裂、頂破等物理力學性能指標高”的新型土工膜產品，并在國內工程建設中的防滲、隔離、補強、防裂加固等領域得到廣泛應用。

二、土工膜應用中的問題

土工膜被廣泛應用的同時，逐漸又暴露出許多問題。

1.生產工藝和施工焊接的缺陷問題

（1）受熱融合工藝的制約以及工藝環境的影響，熱融合過程中，土工膜普遍存在熱灼傷，特別是二布一膜構造，使得起防滲關鍵作用的土工膜缺陷難以被有效發現，并有雜質參與到熱融合過程，形成斑塊。

根據實際調查，廠家在材料檢測中發現，土工膜與土工布熱融合過程中，土工布纖維質一般進入土工膜內0.1mm以上。二布一膜結構，因膜體兩側均需熱融合，土工膜有效厚度將損失0.2mm以上。

（2）國家標準《土工合成材料聚乙烯土工膜》（GB/T 17643-1998）規定的土工膜外觀指標見表1。

按表1要求，一卷土工膜幅寬6m、長60m，可允許每180m2土工膜出現一個穿孔修復點、10個雜質和僵塊。如某水庫防滲面積504萬m2，即允許出現28000個穿孔修復點、28萬個雜質和僵塊。

目前，土工膜熱融合焊接技術已得到長足發展，雙軌自動焊接得到普遍應用。但是受施工環境影響，過熱焊、低熱焊時有發生。前者會導致焊縫物理力學指標嚴重低于土工膜母材，后者會導致焊接不嚴而漏水漏氣。更為嚴重的是，防滲整體由大量分體拼接，雙軌自動焊接在眾多的分體“十”字節點與“丁”節點處難以滿足質量要求，對于這種缺陷通常采用手持熱風機人工補強，容易導致焊縫熱熔度過低、過高，成為防滲體系最薄弱點，補強效果難以評價。

2.施工安裝損壞的問題

（1）土工膜為低強度、柔性材料，容易在裝卸過程中受到工具損害。

（2）堆放與鋪設過程容易受到場地尖銳物的損害。

（3）施工人員施工不當會對土工膜造成損害。

3.土工膜缺陷導致的防滲問題

復合土工膜的缺陷必定會給防滲工程帶來滲漏、浸沒、穩定問題。更為嚴重的是，因復合土工膜缺損點的隨機性，導致滲漏液體隨機地與地下水直接銜接，進而引發土工膜氣漲破壞問題以及地下水污染問題。

三、土工膜的應用探索

鑒于土工膜防滲工程頻發的問題，可采用如下解決方案：

1.膜布分置

膜布分置是指土工膜與土工布分別鋪設、獨自焊接（縫合）、獨立檢測驗收。工程實踐表明，采用膜布分置后，土工膜缺陷可得到有效補救，土工布縫合便利可靠，水庫防滲要求可得到有效保障。

2.多膜結構

多膜結構有別于目前習慣采用的單膜結構。在防滲膜總厚度不變或增加的條件下，將單膜劃分為兩層或三層相互疊合式鋪設。

其原理為：

（1）相互疊合的土工膜缺損點難以重合，缺損點之間的滲徑可得到有效延長。（2）經上部土工膜缺損點下滲的水體，在相互疊合的土工膜之間形成水膜，在水的粘滯、吸附作用下，疊合膜之間的滲流阻力加大，進一步制約了滲流損失。（3）經疊合的土工膜層數越多，越有利于提高防滲效果。

為保證焊接質量，每層膜厚度不宜小于0.2mm。

3.節點補強

在膜布分置、多膜結構的基礎上，針對眾多的“十”字節點和“丁”字節點采取重點補強措施。

表1 土工膜外觀指標表

四、土工膜的應用實踐

為克服復合土工膜的缺點，南水北調東線大屯水庫將復合土工膜設計變更為膜布分置，收到了良好的效果。

為進一步克服大規模土工膜防滲工程的缺點，南水北調東線配套工程在茌平東邢水庫（如意湖）庫底防滲工程中，設計采用“膜布分置、雙膜結構、節點補強”技術，結合土工膜防滲工程整體檢測與氣漲處理技術，收到了“基本滴水不漏”的效果。東邢水庫土工膜防滲斷面（局部）見圖1。

圖1 東邢水庫土工膜防滲斷面（局部）圖

五、結論建議

（1）重要的防滲工程不適宜采用復合土工膜。（2）防滲土工膜宜采用“膜布分置、多膜結構、節點補強”技術。（3）應重視土工膜防滲工程的氣漲問題并采取相應措施