复合土工膜心墙

复合土工膜心墙（精选8篇）

复合土工膜心墙 第1篇

溪洛渡水电站围堰工程由上、下游土石围堰组成, 上游围堰按五十年一遇洪水标准进行设计, 根据五十年一遇洪水Qp=2%=32000m3/s对应上游水位434.80m, 考虑安全超高确定上游围堰堰顶高程为436.00m, 最大堰高78.00m。迎水面坡度1:2.5, 背水面坡度为1:1.75。堰体防渗采用碎石土斜心墙, 最大高度5 8.00m;在碎石土心墙与石碴料接触部位用土工膜平铺以阻隔水对碎石土心墙的侵蚀。

上游围堰混凝土防渗墙382m高程两侧, 堰顶子堰与碎石土心墙之间铺设土工膜防渗, 下游围堰堰体防渗采用土工膜心墙。上游围堰设计土工膜总量为6701m2, 下游游围堰设计土工膜总量为9869m2, 合计16570m2。

上游围堰堰顶土工膜心墙在435.5m高程处铺入围堰碎石土斜心墙和子堰各1.0m后向下嵌入碎石土斜心墙1.0m, 向上嵌入子堰1.0m。与防渗墙相接的土工膜在378.00m高程处与防渗墙盖帽混凝土相接, 结合距离1m, 然后上游侧向上游平铺10.0m, 下游侧向下游侧平铺30.0m。平铺土工膜每米回折10cm。

下游围堰堰顶高程为407.00m, 最大堰高52.00m, 堰顶宽度12.00m。迎水面坡度1:2, 背水面坡度1:1.75。堰体防渗采用土工膜心墙完全防渗, 最大宽带206m, 最大高度33.80m, 最大面积9869m2;土工膜心墙采用“之”字形向上铺设布置形式, “之”字形每层折叠高度0.75m, 折叠坡比为1:1.6。土工膜两侧为过渡料I保护层, 单侧宽4.0m。

本工程土工膜采用350g/0.8mmPE/350g复合土工膜, 为两布一膜。大面积土工膜的拼装采用焊接, 边角处土工膜的拼接采用粘接。土工膜焊接采用ZPR-210D土工膜焊接机焊接, 土工膜粘接所用胶为KS胶。土工膜施工所用材料、机械与土工膜拼接试验所用材料、机械相同。

二、复合土工膜防渗施工工艺原理及施工工艺流程

1、复合土工膜施工工艺原理

复合土工膜是一种土工合成材料, 具有较好的防渗漏效果, 下游围堰施工工艺为开始将复合土工膜铺设在围堰先期施工完成的防渗墙体二期砼槽内用膨胀螺栓连接再浇筑砼, 使土工膜与砼防渗墙有效结合, 连成一体, 随着堰体填筑上升顺次焊接土工膜, 其次, 与左右岸岸坡连接同样是与左右岸坡先期施工完成盖板砼二期槽连接后浇筑砼, 这样利用自身的连接形成一道整体屏障防渗体, 堰顶压顶砼后形成一个整体完全封闭的防渗体系;

上游围堰施工工艺为碎石土心墙施工至堰顶EL.435.5m后, 用挖掘机在心墙上开挖成槽, 将复合土工膜嵌入1m, 然后往上游平铺, 在嵌入子堰内1m, 使心墙与子堰连成一体, 达到防渗效果。

2、复合土工膜施工工艺流程:

铺设→裁剪→对正、搭齐→压模定型→擦拭尘土→焊接试验→焊接→检测→修补→复检→监理验收→过渡料填筑

三、复合土工膜施工方法

1、施工准备

1) 复合土工膜材料质量检测

本工程所用复合土工膜为两布一膜针刺复合土工膜, 为国家重点生产企业长沙利三无纺布厂生产产品, 根据设计要求需要第三方检测成果, 合格后方可用于本工程;使用前委托重庆市建设工程质量检验测试中心对产品的各项技术指标进行检测, 各项指标均符合标准规定和设计要求。

2) 整平铺膜之基底:

按设计要求的坡度对铺膜基底土进行整修平整并使之成型, 并用平板振动器振打坡面及坡顶, 使坡面平整密实, 形体稳定。人工检查并清除基底面上碎石及有棱角的硬物, 以防土工膜被刺破。

3) 土工膜现场拼接

为了施工方便, 保证拼接质量, 复合土工膜应尽量采用宽幅, 减少现场拼接量, 施工前根据复合土工膜幅宽、长度需要, 将过渡料平整压实试验室试验合格后形成6m～8m宽焊接平台, 便于操作平顺。

2、复合土工膜的铺设

1) 复合土工膜的铺设方法

复合土工膜铺设分开始与防渗墙混凝土连接、左右岸岸坡盖板砼连接铺设、自身连接铺设三个部分, 与防渗墙混凝土连接形式见大样图甲, 岸坡盖板砼连接铺设结构形式见大样图乙。铺设方法:将土工膜与砼二期槽用膨胀螺栓连接后浇筑砼连成一体, 沿防渗墙轴线方向平铺的土工膜与其连接形成闭合;块与块之间连接为焊接即可。

2) 复合土工膜的铺设技术要求

土工膜的接缝施工原则上应在白天进行, 一般不允许夜间施工。特殊情况需在夜间施工的, 必须保证充足的照明, 并加大质量控制力度;为了便于拼接, 防止应力集中, 复合土工膜铺设采用“之”字形方式, 每层折叠高度0.75m, 折叠坡比为1:1.6, 富余度约为1.5%, 要求复合土工膜与坡面吻合平整, 无突起褶皱, 施工人员应穿平底布鞋或软胶鞋, 严禁穿钉鞋, 以免踩坏土工膜, 施工时如发现土工膜损坏, 应及时修补。

3、复合土工膜的拼接

1) 本工程采用两布一膜复合土工膜, 焊接采用热熔焊法施工, 拼接包括土工布的缝接、土工膜的焊接, 为了确保焊接质量, 焊接前应先在施工现场进行焊接实验, 在气温不同时段进行焊接实验, 掌握在不同温度下的焊接温度, 达到最佳焊接效果。

2) 复合土工膜焊接质量的好坏是复合土工膜防渗性能成败的关键, 务必做好土工膜的焊接, 确保焊接质量, 因此, 土工膜焊接应由生产厂家派专业技术人员到现场操作, 指导, 培训, 采用土工膜专用焊接设备进行。本工程土工膜焊接采用Z P R-210D型热合土工膜焊接机, 土工布采用手工缝接。

3) 本项目两布一膜复合土工膜焊接流程。

4) 焊接工艺:第一幅土工膜铺好后, 将需焊接的边平铺, 第二幅反向铺在第一幅膜上, 调整两幅膜焊接边缘走向, 使之搭接10cm。

5) 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, 以便焊机在平整的轨面上行走, 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, 一般掌握行走速度2.5～4.5cm/s, 施焊温度为280～360℃。拼接焊缝两条, 每条宽10mm, 两条焊缝间留有10mm的空腔, 用此空腔检查其焊缝质量。

4、复合土工膜的锚固

1) 复合土工膜的锚固分开始部分与先期施工完成的防渗墙锚固, 左右岸坡与盖板砼的锚固, 复合土工膜下部锚固采用在先期施工完成的防渗墙砼上预留二期槽, 将土工膜用膨胀螺栓固定在槽内, 现浇砼压盖形式一体, 这样形成一个整体, 到达防渗效果。

2) 锚固的技术要求锚固好坏, 关系到能不能组成一个封闭防渗体, 下部锚固应使二期槽内土工膜与防渗墙有效连接, 并经监理验收批准后方能进行砼浇筑施工。左右岸坡锚固为先将一幅土工膜与盖板砼浇筑连成一体, 与心墙复合土工膜拼接, 形成闭环。

四、复合土工膜施工质量控制

复合土工膜施工质量控制包括进场原材料质量控制、施工操作过程控制、施工完质量检测。

1、原材料质量控制

进场的复合土工膜必须有厂家提供的合格证书, 性能及特性指标和使用说明书。否则不能用于工程施工, 本工程所用的是两布一膜针刺复合土工膜。

2、施工操作过程控制.

检测方法有一目测法、二现场检漏。目测法:复合土工膜焊接好后, 观察有无漏接, 接缝是否烫损, 有无褶皱, 是否拼接均匀等。现场检漏:采用充颜色水对全部焊缝进行检测, 焊缝为双条, 两条之间留有约10mm的空腔, 将待测段一端封死, 插入气水针, 加压力水至0.05mpa～0.20mpa, 静观1min, 观察各焊缝, 如无颜色水外泄, 表明不漏, 焊缝合格, 否则要查找原因及时修补。复合土工膜与盖板砼锚固是重要的环节, 严格按施工图纸并经监理验收后施工。

3、施工完质量检测。

施工完质量检测主要是抽样检测, 施工每约1000m2取一试件, 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。整个工程共使用复合土工膜16570m2左右, 现场共抽取焊缝试样17组, 作拉伸强度试验, 经检测合格率100%, 焊缝质量合格。

五、结语

该工程在施工过程中严格按复合土工膜施工技术要求, 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, 经三峡开发公司质量专家组验收, 完全满足设计要求, 达到预期效果。

摘要：溪洛渡电站上下游围堰工程中采用复合土工膜防渗为安全度汛赢得了宝贵的施工时间, 取得了良好的经济效益。本文结合工程实例, 阐述复合土工膜防渗施工技术要求, 施工方法和质量控制。

复合土工膜心墙 第2篇

2. 1 复合土工膜施工要点

根据上述的施工要求与水库的除险加固防渗的具体需要，本文认为应用复合土工膜对其进行防渗处置过程中应该重点做好如下几方面工作： 第一，做好定位与放线工作。由于复合土工膜的铺设为分块施工模式，此种模式对于分块区间内的精密度有较高的要求，不仅需要我们综合探究坝体的结构性需求，还需要对具体的土工膜尺寸与用料进行考量。在这样的背景下，要求我们在具体施工之前要对其进行完善的测量，并在形成了整体施工方案的前提下对不同施工样方进行放线。

第二，做好土工膜的无损搬运。复合土工膜一般情况下是成卷堆放，其尺寸大概为 50* φ6m.由于质量较大、长度较长，在人工搬运的过程中容易出现“折腰”现象，这就需要我们通过中心钢管插入的方式来增加其物理应力水平，同时需要注意两方面问题： 一方面是插入的钢管需要为完整的一根，避免钢管结头在承重的过程中对中心土工膜造成损害，另一方面则要尽量保障搬运过程中的外包装完整，进而对其进行一定的保护。第三，做好土工膜的接缝焊接。对于复合土工膜长直焊缝，主要是使用双缝热合焊机进行焊接。对于非长直焊缝以及局部修补、加强处理等部位，采取热熔挤压焊接。焊接时将机头对正接缝，不得焊偏，不能允许滑焊、跳焊。焊缝中心的厚度为垫衬厚度的 2. 5 倍，且≥3mm.如果在实际施工过程中出现无法一次性焊接时，则应该预留≥50mm 的打毛接头来进行搭焊。同时在多块土工膜之间进行连接的过程中，严禁出现十字交叉，如果多块土工膜的连接不可避免则可以采用2 组“T”型接头的方式来进行处理，在此种处理的过程中三个气道热风进行同时焊接封闭，避免接头处可能存在的渗漏隐患。

2. 2 复合土工膜施工的质量控制

复合土工膜施工质量控制包括进场原材料质量控制、施工操作过程控制、施工完质量检测。

原材料质量控制： 进场的复合土工膜必须有厂家提供的合格证书，性能及特性指标和使用说明书。

施工操作过程控制： 复合土工膜铺设前编好施工组织设计，说明铺设方法和技术措施，经批准后方使用，做到随铺随压，复合土工膜铺设要与保护层铺设相协调。拼接中复合土工膜焊缝质量是拼接关键，施工中尤其要加强接缝检测。复合土工膜上下部锚固是重要的环节，严格按施工图纸并经监理验收后施工。

施工完质量检测。施工完质量检测主要是抽样检测，施工每约1000m2取一试件，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。现场抽取焊缝试样，作拉伸强度试验，经检测合格率 100%,焊缝质量合格。

3 总结

复合土工膜是现阶段水库加固防渗工程中的主要技术手段，由于其防渗效果较好，施工较为便捷等特征而广受关注。本文以水库除险防渗工程施工为例，探究复合土工膜在其中的具体应用。重点对其设计要求、施工要求进行明晰，同时按照注意事项与质量控制体系建设等维度对其具体施工中可能存在的问题与不足之处加以总结。希望通过本文的研究能够为今后的相关施工实践以及类似的工程管理建设提供必要依据与指导性意见。

参考文献

[1]赖翼峰，邓坚，陈向日。 复合土工膜防渗技术在水库除险加固工程中的应用[J]. 水利技术监督，（ 05） : 74 -76.

[2]肖殷。 复合土工膜在水库防渗加固工程中的施工技术分析[J]. 黑龙江水利科技，2015（ 01） : 117 -118,129.

复合土工膜心墙 第3篇

【关键词】复合土工膜；常见问题

复合土工膜作为一种新型的高分子材料，被广泛的应用于水利工程、环保工程中。复合土工膜与膜之间的连接方式包括搭接、粘结、焊接等不同的方法，而焊接施工因其作业速度快、机械化程度高，可大大降低现场人员数量，缩短施工工期，逐步成为复合土工膜现场安装施工的主要方法。焊接的方法有电热楔、热熔挤压、高温气焊等形式。其中电热楔焊接应用最为广泛，国内的相关专家学者对热楔焊接工艺进行了比较深入的研究，得出了一些规律性的描述和量化指标。根据相关现场实际测试，取复合土工膜的焊接试样进行破坏试验，其接缝的拉伸强度超过母材强度的20%，且大多数断裂发生在焊缝的边缘非焊接部位。但是也存在部分试件拉伸破坏强度远远未达到设计要求或断裂部位直接从焊缝位置开始，出现这种情况与施工现场的操作、焊接工艺的选择、操作人员的责任性、熟练程度等因素都存在一定的关系，直接影响复合土工膜的防渗效果的实现。尤其是复合土工膜焊接中出现的若焊现象，从外观上看焊缝的表现形式是符合设计要求的，但是其焊缝的拉伸强度往往达不到设计的要求，短期内可能不会出现什么问题，但是从工程的耐久性考虑，将直接影响工程防渗寿命的实现，一旦出现问题可能造成的后果更为严重。为此我们针对HDPE复合土工膜焊接施工情况进行了跟踪分析，并对施工过程中常见的问题进行了分类，以便区分研究，找出质量改进的措施。复合土工膜焊接施工常见的质量问题主要有若焊、过焊、漏焊、褶皱、焊道偏焊等表现形式，其具体内容如下表1。

为有效解决以上问题，降低其对工程质量带来的不良影响，提高工程施工焊接质量，我们认真分析影响焊接质量的各影响因素，以质量管理的“五要素”为切入点，对以上问题产生的原因进行了深入剖析，找出改进的方向，其原因分析如下表2。

针对以上问题分析，我们认为应从以下几个方面做好复合土工膜的焊接施工，这包括以下几个方面的内容：

首先，应做好人员的培训交底工作。复合土工膜焊接施工为精细施工工序需要长期积累经验，施工人员必须既掌握复合土工膜的工程应用原理，又能根据施工条件处置各种复杂的情况。因此在工程开工前，应有技术熟练，有相关工程施工经验的人员组织全体施工人员进行技术交底培训工作，明确操作要点、技术要求。正式焊接前必须组织实际操作或试验段焊接，使操作人员应能够熟悉设备的操作，并可以根据现场实际情况初步判读可能出现的问题并预先采取纠正措施，从而确保复合土工膜焊接质量。

其次，做好焊接参数的选择。通过对热楔式焊机的工作原理分析可知，焊机作业时热楔的工作温度以控制在复合土工膜材料的熔融温度和分解温度之间，热楔的温度越高，焊机的行进速度应快，否则容易出现融穿现象。但焊接温度高，焊速快时容易发生卡机烫洞现象。但对应确定焊机工作温度的情况下，对某一特定厚度的复合土工膜和环境工况，肯定存在一个最佳焊接速度，当热楔温度变化时，最佳焊接速度也随之发生变化，因此这就需要通过正式焊接前的试验段的焊接验证确定最佳焊接参数，也就是焊接温度和行进速度。

再次，做好原材料的检验验收工作，杜绝不合格材料进入现场。材料在进场前必须在监理在场的情况下进行见证取样工作，验证材料性能是否满足设计文件的要求，同时过程中当对材料质量存在疑义时应随时进行材料的验证工作。

第四，密切关注环境因素的变化，及时调整焊接参数。实际上，对于一定型号的热楔焊机和一定种类、厚度的复合土工膜，热楔温度、焊接速度、滚筒压力等焊接参数的选择还受到当地大气温度、湿度、风力等环境因素的影响，国内对复合土工膜焊接工艺技术的研究尚未达到系统、深入的程度，还处于针对具体工程的经验总结阶段。以新疆地域为例，新疆早晚温差较大，最高可达20℃以上。所以针对特定温度下选择确定的焊接参数，随着环境温度、风力等的变化，需要现场调整，调整行进速度幅度在0.8m/s～1.8m/s，温度幅度30℃～50℃。

第五，做好焊接前的展膜、铺膜工作。土工膜的铺设看是简单，实际上一项成功的土工膜铺设与工艺是一项施工实施者在对设计意图理解透彻与对现场条件全面掌握的基础上做出的创造性的工作。这其中应关注节点的设置、搭接的宽度，铺膜后膜的状态等内容。

第六，焊接前做好焊道的清理工作。复合土工膜的防渗结构的设计在膜面上下一般包括各一层保护层，而焊机在行走过程中有可能造成保护层沙土或粘土粘接在膜面上，大风天气下造成膜面不干净等等都可能造成焊接强度的降低，因此一般焊接时都应安排专人负责焊接膜面的清理，保持膜面的干净整洁。

最后做好焊接质量的检验，发现问题及时处理。复合土工膜焊接工序的检验作为确定焊接质量的关键工作应认真组织，发现问题及时标记并按时处理，避免问题的遗漏或缺失。

总之，复合土工膜的焊接施工是确保防渗工程建设质量的关键环节，通过对现场问题的分析总结，我们找出的这些问题出现的原因并针对性的制定了一些改进措施，通过现场实践，使得现场焊接一次合格率由87%提高到95%以上，为有效的确保质量，缩短工期提供了保障，也为类似工程施工避免类似问题的出现提供了可借鉴的经验。

参考文献

[1]束一鳴.土工膜施工工艺及其经验教训.水利水电技术.第33卷.2002年第四期，2002年.

[2]陈该新等.热楔式土工膜焊机的焊接工艺研究.水利水电技术，2000年第七期.2000年.

复合土工膜防渗应用研究 第4篇

复合土工膜是将土工膜和土工织物复合在一起的一种不透水的材料, 积聚了土工膜和土工织物的优点。复合土工膜是用聚乙烯或聚氯乙烯的增强改性, 压延成膜与涤纶针刺土工布热合而成, 具有质轻、抗拉、抗顶破、延展性能好、变形模量大、耐老化、防渗性能好、造价低等特点, 是一种理想的防渗材料。

土工膜防渗过去多用于临时性工程, 如水口电站、三峡工程和新疆“635”工程的围堰, 以及部分江河堤防的修补工程和水渠工程。对用于永久性工程或较为重要的建筑物的挡水工程尚存诸多顾虑。主要问题除强度外, 接缝处理能否保证质量和保证长期运用不老化尚无可靠依据。近年来汉江王甫洲工程进行了大胆尝试, 采用土工膜为水平铺盖和坝体防渗, 总面积120 万m2, 反滤土工织物31 万m2;黄河西霞院工程采用土工膜与混凝土防渗墙联合防渗;泰安抽水蓄能电站上库采用土工膜与混凝土面板联合防渗。这些工程今后的运行将为进一步探索土工膜的使用提供重要的参考资料。

2 国内应用现状

我国对于复合土工膜的应用开始于二十世纪六、七十年代, 起步虽然晚但发展迅速。发展至今, 复合土工膜已经广泛应用于我国各个类型的水利工程和岩土工程中, 并在大量的防渗工程中取得了显著而优异的成绩, 许多专家学者对复合土工膜防渗也做了较多的研究, 但是由于研究工作起步较晚, 研究深度较国外还有一定的差距。国内对复合土工膜防渗也做了一些实验, 例如天津大学吴景海的渗透试验以及河海大学的岩土所试验等。

我国的复合土工膜最开始使用的原料是聚氯乙烯, 后来也有个别使用的是聚乙烯, 这样生产出来的成品厚度保持在0.12mm和0.38mm之间, 而使用效果也比较满意。应用的主要工程有河南人民胜利渠、北京东北旺灌区、陕西人民引渭渠和山西的几处灌区。以后推广到蓄水池、水库和水闸等工程献县枢纽位于河北省境内, 为了防止上游渗透, 曾经在1965 年时把粘土夹塑料薄膜当作进洪闸防渗措施主材料。七十年代末到八十年代初期, 宁夏的石嘴山市曾经采用聚氯乙烯薄膜修建了一座容积为25 万m3的蓄水池, 厚度仅为0.1mm的防渗新材料运用效果十分显著。所以在随后的几年时间, 陕西省在也采用了三层共0. 18mm厚的聚乙烯薄膜来防止水库库区渗漏。从1983 年开始, 为解决了十几处已建中小型水利工程的渗漏问题。北京采用了编织布与塑料薄膜相结合的复合型结构型式, 得到了喜人的结果, 于是这样的复合型结构形式逐渐被其他省市所采用。而到80 年代中期比较厚的膜才在我国开始进入大众视野。比如河北省在1986 年为了处理乱木水库库区台地的渗漏采用了0.8mm的聚氯乙烯土工膜。1989 年修筑水电站的围墙时就用了只有几毫米厚的复合型合成材料, 这种材料是由土工膜和土工织物结合而成的。最近的二十年来完成的模式较大的工程, 一般都是用复合型土工膜或一层厚的土工膜。

西安石贬峪水库20 世纪60 年代已建成, 该水库多年来屡屡发生裂缝和塌坑等问题, 不能正常蓄水运行, 水库原为沥青混凝土面板 (斜墙) 防渗, 坝高85m, 由于面板下面作为面板基底的堆石不均匀变形问题, 多次修复仍未起到效果, 最后采用在表面加一薄层混凝土予以保护, 在面板上铺筑一层复合土工膜的防渗方案, 复合土工膜接缝采用粘结的方式, 已经很好地解决了约40 年未能解决的问题, 现已运行5 年, 蓄水70 多m。这说明复合土工膜下的基底做好 (本工程为原沥青混凝土面板作基底) , 对确保防渗作用非常有效。

3 国外应用现状

在国外复合土工膜应用于大坝防渗开始于1959 年, 最先应用于欧洲 (Sembenelliand Rodriguez 1996) 和加拿大 (Lacroix 1984) , 广泛用于混凝土坝、土石坝等上游面的防水层。通过减少通过坝体的渗漏量, 土工膜的防渗作用在很大程度上延长了大坝的使用年限, 并取得了良好的防渗效果。从土工膜开始应用于防渗到现在, 其最有代表性的问题是, 土工膜在铺设以及防渗过程中产生的土工膜缺陷, 这个问题严重影响了土工膜防渗的效果, 尤其在高水头作用下, 导致水流通过缺陷进入坝体, 抬高了浸润线以至于增大了渗漏量。

很难考证复合土工膜开始应用于土工建筑物上的确切年代。据C. E. Staff推测, 约在20 世纪30 年代末或40 年代初, 聚氯乙烯薄膜首先应用于游泳池的防渗。第一个对聚乙烯薄膜应用的是美国垦务局, 他们将聚乙烯薄膜应用到渠道上, 四年之后, 于1957 年又开始应用聚氯乙烯薄膜。大量塑料防渗薄膜的应用开始于灌溉工程。塑料防渗薄膜的应用以后又发展到水闸、土石坝和其它一些建筑物。原苏联在渠道上使用低密度聚乙烯的历史也很长远聚异丁烯合成的橡胶薄膜能在二十世纪九十年代时就在堆石坝上得到应用得益于意大利工程学家Contra-da Sobeta。一年之后捷克的一位学者才将聚氯乙烯薄膜和堆石坝工程联系到一起。而西班牙的Poza de Los Ramos一开始建设上游坝面铺设这种高科技薄膜防渗透的高度为97m, 以后增至134m。

1977 年开始, J. Perfetti和J. P. Giroud第一个对土工合成材料进行了分类, 他们把土工合成材料中透水的被称为“土工织物”, 不透水则叫做“土工膜”。这个名词被使用了许多年, 直到现在因为大量的以各种复杂合成物为原料的土工合成材料被发明应用, 简单的“织物”和“膜”已经不能完全的解释概括了。

随着使用范围的不断扩大, 使其逐渐形成一门新的边缘性学科, 土工膜料生产和应用技术也在迅速的提高。它应用于土建工程的各个领域, 以岩土力学为基础, 与石油化学工程和纺织工程有密切联系。

结束语

复合土工膜作为一种新型防渗材料, 广泛应用于堤防渠道工程、水利水电工程、水库加固防渗工程等方面, 并取得了良好的经济效益和社会效益。复合土工膜以塑料薄膜作为防渗基材, 与无纺布复合而成的土工防渗材料, 它的防渗性能主要取决于塑料薄膜的防渗性能。但是, 目前关于复合土工膜的防渗机理及防渗效果也缺乏系统的理论研究, 关于复合土工膜的防渗体设计及应用仍局限于半经验半理论状态。

摘要：复合土工膜作为一种新型防渗材料, 广泛应用于堤防渠道工程、水利水电工程、水库加固防渗工程等方面, 并取得了良好的经济效益和社会效益。本文对近年来复合土工材料在国内外各个工程实例中的应用进行了研究, 这些工程今后的运行将为进一步探索土工膜的使用提供重要的参考资料。

关键词：复合土工膜,防渗,应用

参考文献

[1]吴先超.土工膜在渠道防渗中的应用[J].科技致富向导, 2011 (3) .

[2]程鲲, 王党在.复合土工膜土石坝渗流分析[J].水利与建筑工程学报, 2005 (1) .

[3]戚瑞安.平原水库深水高坝防渗施工技术研究[J].中国水利, 2006 (10) .

复合土工膜在渠道衬砌施工中应用 第5篇

灌区位于清水河流域河谷平原,在中宁县泉眼山黄河南岸取水,经过十几级泵站的扬水,最后到达南部的固原市原州区,流经宁夏五个县市区,为宁夏中南部山区群众的脱贫致富发挥不可替代的作用。

固海扬水渠道所经之地,几乎都是自重湿陷性的黄土,渠道渗漏量的大小直接影响渠道的安全运行。因此,对渠道进行防渗衬砌处理是渠道运行的关键所在。原渠道的砌护全部采用底部铺设土工膜,上部衬砌6mm~8cm厚度不等的预制混凝土板;混凝土板铺设后的勾缝原来采用1cm宽的M10水泥砂浆勾缝,改造时采用5cm宽的C20细石混凝土填缝,目的都是为了防止渠道水流的渗漏。

但改造后的渠道经过几年的运行,渠道老化破坏现象严重,主要表现在渠道衬砌的混凝土板勾缝开裂、混凝土板整体或成片滑塌现象。滑塌现象的出现首先表现为渠道坡脚处混凝土板细石混凝土的填缝边出现裂缝,鼓胀,直至最后砼板全部滑塌破坏。

渠道混凝土板滑塌的原因分析

1. 混凝土板滑塌的时间

对混凝土板滑塌部位进行检查发现,渠堤内侧混凝土板下的土壤含水率有些部位达到60%以上,内侧渠堤混凝土板下的含水率比渠堤其他部位的含水率要高;铺设的土工膜局部有破洞没有修补,土工膜的接缝处有些部位漏焊;板缝间的填缝混凝土开裂。混凝土板滑塌发生的时间主要在以下三个阶段:一是每年春季渠道消融后发生;二是季节性的灌溉停水后发生;三是泵站突然失电导致渠道水位迅速降低时发生。混凝土板滑塌发生的位置一般在土工膜与砂浆垫层间发生滑塌。混凝土板与土工膜一起滑塌的情况较少。

2. 滑塌的原因

渠道衬砌中使用的土工膜主要有聚乙烯(PE)膜、聚氯乙烯(PVC)膜,其中以0.3mm的PE膜使用较多,这种土工膜的拉伸强度(大于13MPa)和断裂伸长率(大于200%)均能满足渠道防渗和渠道局部不均匀沉陷的要求,但缺点是土工膜在施工中容易被硬物撕裂、刺穿;在渠道混凝土板衬砌中下放混凝土板时容易受混凝土板滑落的冲击和受到偶然荷载破坏的影响较多,在加上施工过程中对破损的部位没有得到及时修补造成渗水。

渠道衬砌混凝土板滑塌的原因有以下三个方面:一是在渠道运行过程中混凝土板缝进水的情况下,受水流冲刷,土工膜与砂浆垫层间的摩擦力被破坏逐渐减小直到消失,造成混凝土板滑塌。二是在施工过程中局部混凝土板缝间的细石混凝土填缝不密实,渠道水流从混凝土填缝的裂缝进入板后,在土工膜有破洞的位置,水流渗入到土堤后土堤的含水量增加,在冬季停水期冻胀破坏的影响下,渠道填缝混凝土裂缝增大,到下一个行水期时进入混凝土板和砂浆垫层后面的水分和泥土增加,混凝土板的抗滑稳定性减小;在这样的恶性循环中最终导致渠道混凝土板的滑塌。三是在渠道季节性的停水和泵站突然失电时,由于渠道内水位下降过快,砂浆垫层与土工膜间的含水量还处在饱和状态,砂浆垫层在饱和水的浮托力作用下,砂浆垫层和土工膜之间的摩擦力减小,导致混凝土板滑塌。

渠道混凝土板滑塌图(见图1)

渠道混凝土板受冻胀破坏图(见图2)

3. 改进方法

1)复合土工膜的特点及指标

渠道衬砌时铺设的土工膜改为双面粘有土工织物的复合土工膜,复合土工膜中的膜采用厚度为0.3mm的PE膜,PE膜可以用热焊机焊接,操作方便,并能保证接缝的质量。土工布采用200g/m2的聚酯长丝土工织物和土工膜双面复合而成。复合土工膜的主要参数如表1所列。

2)复合土工膜的铺设

采用双面复合土工膜作渠道铺设时,渠道基面必须夯实,整平、表面无硬物等杂质存在。铺设复合土工膜沿内坡向上延伸到渠堤顶,在距离渠道内沿边坡20cm的距离时,开挖一条窄深式的锚固沟,将复合土工膜平铺入沟内用砂浆或细石混凝土振捣密实覆盖,后放置混凝土封沿板,这样既能达到土工膜的锚固作用,又能有效防止复合土工膜的下滑,能达到渠道美观的目的。

边坡复合土工膜锚固示意图(见图3)

3)复合土工膜上砂浆的稳定性

在渠道运行中为了防止渠道混凝土板的滑塌,必须使渠道预制混凝土板与砂浆垫层以及砂浆垫层与复合土工膜之间牢固结合,这两者之间具有很强的粘接力。具体做法是在渠道混凝土板衬砌施工中,在复合土工膜的上面铺设M7.5水泥砂浆垫层后立即铺设混凝土板,铺设的砂浆垫层在混凝土板下要均匀、密实,使砂浆在水化过程中与混凝土板牢固粘结。复合土工膜与水泥砂浆粘接后,水泥砂浆中的水泥浆会与复合土工膜中的土工织物很好的粘结在一起,这样能使水泥砂浆与复合土工膜和混凝土板都能很好的结合。经试验,水泥砂浆与复合土工膜的粘结力可以达到0.1~0.15MPa。按照渠道边坡1:1.5的坡比对混凝土板下的砂浆垫层与复合土工膜之间的抗滑稳定性进行计算,它们之间只要有0.01MPa的粘接力就能达到稳定,这样砂浆垫层与复合土工膜之间的抗滑稳定的安全系数达到10.0以上,完全满足稳定要求。

4)复合土工膜与土工膜比较的优缺点

在所用膜厚度相同情况下的复合土工膜与土工膜相比较:优点,一是在相同施工条件下复合土工膜不易破损,复合土工膜的断裂强度和撕破强度都比土工膜大;二是复合土工膜与砂浆垫层间的粘结力比土工膜大,混凝土板的抗滑稳定性好,能有效防止渠道混凝土板的滑塌;三是复合土工膜的抗渗透能力比土工膜大,防渗效果好。缺点:使用复合土工膜的成本比土工膜高,按照现在的市场价格,使用复合土工膜比土工膜的造价每平米高3-4元。

4. 几点体会

在渠道衬砌中使用复合土工膜,一是能有效避免或减少在施工中土工膜发生破损的的可能性;二是减少施工中粘接破洞的次数和人的因素;三是铺设复合土工膜能有效地防止渠道的渗漏,提高了渠系水利用系数。四是使用复合土工膜在渠道长期运行中能有效防止渠道混凝土板的滑塌,降低渠道的老化破坏。因此,使用复合土工膜一次性的投资成本有所增加,但后期渠道运行维护成本却大大降低,提高渠道行水的安全系数。这种渠道衬砌方法在以后的渠道混凝土板衬砌中具有一定的参考价值。

复合土工膜土石坝材料分区优化设计 第6篇

我局及市局领导对此非常担忧, 为避免上游土工膜破坏后坝体失效, 确保大坝防渗体达到良好防渗效果, 多次请水利专家、设计单位到现场共同研讨, 决定对金家箐水库大坝材料作进一步优化设计, 最终设计成果如下:

1.1 工程地质

压缩性属中压缩性类。该土料既具备较高的饱和与非饱和抗剪强度, 又能起到较好的防渗效果, 满足设计要求。

1.2 大坝分区设计

水库大坝为复合土工膜防渗土石坝, 坝顶高程1319.5m, 防浪墙顶高程1320.5m, 大坝基础开挖最低高程1295.20m, 最大坝高24.3m, 坝顶宽度5m, 坝顶轴线长102.05m。

1.2.1 大坝分区调整

在原设计基础上增加粘性土料填筑区, 即筑坝材料及功能从上游到下游将坝体分为上游保护层、土工膜上垫层、防渗复合土工膜、下垫层、粘性土料填筑区、风化料填筑体、下游护坡及排水等。

1.2.2 分区设计计算

1) 各分区力学参数根据坝体结构, 将坝体分为4个区, (1) 坝基材料; (2) 为粘土料回填区、 (3) 为风化料回填区; (4) 为防渗土工膜; (5) 为排水棱体, 各区物理力学参数根据地质提供的参数建议值, 结合现场实际情况及工程类比, 各区物理力学参数取值见下表:

2) 荷载组合及工况

荷载: (1) 稳定渗流期正常高水位的渗透压力; (2) 坝体自重; (3) 最高洪水位时形成的稳定渗透压力;由于工程区地震烈度小于Ⅵ度, 故不考虑地震作用。计算工况:工况一, 正常运行工况: (1) + (2) , 工况二, 洪水运行工况: (2) + (3) ;

3) 计算方法:渗流稳定分析:采用有限元法;抗滑稳定分析:圆弧型滑动:采用瑞典条分法进行计算;

4) 大坝渗流计算: (1) 渗流计算目的是确定坝体浸润线, 并供坝体稳定计算之用, 得出坝体浸涧线; (2) 计算参数:渗透系数见坝体力学参数设计值表; (3) 计算工况及方法

根据《碾压式土石坝设计规范》 (SL274-2001) 有关规定:

考虑土工膜+粘土防渗工况:

(1) 稳定渗流期坝体浸润线计算结果说明:坝体单宽最大渗流量为2.55×10-6m3/s, 按坝体宽度101.75m计算, 坝体最大总渗流量为2.6×10-4m3/s, 即约0.26L/s。 (2) 水位降落期坝体浸润线计算结果说明, 库水位由1317.00m降至1309.00m高程, 水位降落方式为骤降, 最大渗透比降为J=0.10。

考虑土工膜破坏, 仅由粘土料进行防渗工况: (1) 稳定渗流期坝体浸润线计算结果说明:坝体单宽最大渗流量为5.5×10-5m3/s, 按坝体宽度101.75m计算, 坝体最大总渗流量为5.6×10-3m3/s, 即约5.6L/s。 (2) 水位降落期坝体浸润线计算结果说明, 库水位由1317.00m降至1309.00m高程, 水位降落方式为骤降, 最大渗透比降为J=0.12。

5) 坝坡抗滑稳定计算

按照《碾压式土石坝设计规范》 (SL274-2001) , 需对坝坡进行稳定计算。在不考虑地震作用的基础上采用瑞典圆弧法计算, 计算公式如下:

式中:W——土条重量;u——作用于土条底面的孔隙压力;α——条块重力线与通过此条块底面中点的半径间的夹角;b——土条宽度;——土条底面的有效应力抗剪强度指标。

6) 防渗体稳定计算

由于复合土工膜与土石介质间的摩擦系数及土石介质间的摩擦系数将影响防渗体的稳定, 必须复核复合土工膜与坝坡、复合土工膜与保护层的抗滑稳定性。根据《规范》 (SL/T225-98) , 复合土工膜稳定性验算公式按附录式A.3.1:

式中:FS—安全系数;δ—上垫层与土工膜之间的摩擦角;α—土工膜铺设坡角。

设计上垫层采用细砂, 根据已有工程经验砂与PE复合土工膜之间的磨擦角约30°左右, 由此得tgδ=0.577。坝体上游坡坡比为1:2.25, 即tgα=0.444。所以FS=0.577/0.444=1.3>1.25。

3 各设计参数对比分析

见表2

4 结论

通过计算表明:1) 在土工膜完好工况下, 坝体最大渗流量由原设计的0.91L/s降低为0.26L/s, 年渗流量最大由2.87万m3减少到8200 m3, 略有改善;2) 在土工膜被完全破坏工况下, 原设计坝体渗流量最大渗流量为21L/s, 分区调整设计坝体渗流量最大渗流量为5.6L/s, 按最大渗流量计算, 渗流量由66.2万m3减少17.6万m3, 改善作用明显。

摘要：水库在我国农田灌溉和城镇供水中起到很重要的作用。文章第一段介绍了金家箐水库的基本情况及设计原由, 文章中具体介绍了大坝材料分区的设计方案, 最终根据土石坝材料分区优化设计方案进行项目实施。

关键词：土石坝,材料分区,优化设计

参考文献

复合土工膜心墙 第7篇

土石坝的复合土工膜防渗结构一般分为复合土工膜防渗斜墙和复合土工膜防渗心墙两种类型[1], 防渗斜墙是将复合土工膜铺设在大坝的上游面, 包括库盘防渗;防渗心墙是将复合土工膜铺设在大坝的中央, 作为心墙防渗体使用。复合土工膜由于其特殊的力学特性和防渗特性在水利工程中得到了越来越广泛的应用, 但它作为防渗结构体存在于土石坝中, 复合土工膜的防渗结构形式、与垫层结构面相互作用的力学特性以及其变形特性都将影响到其优越性的发挥。因此, 复合土工膜和坝体结构面之间相互作用的力学特性和防渗特性就成为了水利工程中研究的重要课题。

本文就是在室内试验的基础之上, 分析复合土工膜的主要力学特性, 然后结合一座建在深厚覆盖层上的复合土工膜防渗土石坝, 采用非线性的有限元计算方法, 分析复合土工膜土石坝这种新型坝型的力学特性和变形规律。

1 复合土工膜的力学特性

1.1 复合土工膜的抗拉特性

复合土工膜是防渗性能优良的柔性防渗材料, 具有一定的抗拉和延伸特性, 不具抗弯、抗压能力。根据复合土工膜拉伸曲线, 受力变形关系为:

${\rm T}=J(\epsilon )\epsilon (1)$

式中:T为复合土工膜的单宽拉力, kN/m;ε为复合土工膜的拉应变;J (ε) 的抗拉模量, kN/m。

复合土工膜的拉伸曲线见图1[2]。

1.2 复合土工膜与垫层结构面的摩擦特性

根据前人已有试验研究, 当复合土工膜作为防渗斜墙铺设在坝体上游面时, 复合土工膜与结构面 (混凝土垫层、坝体填料、上下垫层) 之间将有剪应力的作用[3]。

室内试验用应变来控制, 剪力盒尺寸为20 cm×20 cm×5 cm, 剪切速率为1.60 mm/min。在25、50、75、100 kPa不同的竖向应力作用下, 得出复合土工膜与不同结构面之间的相对位移-剪应力曲线, 再由该曲线得出相应的最大剪应力, 剪切试验成果表见表1。

根据试验结果, 通过对比复合土工膜与坝体粗粒料垫层结构面之间的位移-剪应力关系曲线 (图2, 不同法向正应力作用下, 复合土工膜与坝体粗粒料垫层结构面之间的剪应力-位移关系曲线) , 试验中剪应力出现了明显的峰值。当剪应力达到极限值以后, 随着位移的增大, 剪应力减小, 出现了残余应力。随着正应力的增大, 残余应力有所增大。因此由试验结果可知, 复合土工膜与坝体结构面的剪应力与剪应变关系为应变软化型[4], 即随着应变的增加而应力降低。

因此, 复合土工膜与坝体垫层结构面之间的应力应变关系曲线符合图3所示的曲线规律。

2 工程概况

某复合土工膜斜墙砂砾石堆石坝, 坝顶高程为1 937.3 m, 坝顶宽度为5.0 m, 坝顶总长为198.1 m, 最大坝高18.1 m, 上游坝坡1∶3, 下游坝坡1∶2, 该水库坝体、坝基及库盘采用光面土工膜及复合土工膜进行防渗, 形成了完全封闭的防渗体系。

该砂砾石堆石坝坝体上游面采用复合土工膜斜墙进行防渗, 复合土工膜规格为200 g/m2/0.5 mm/200 g/m2。库区周边边坡较缓, 无不良地质构造, 稳定性较好。库盘中部低凹处覆有厚约2 m左右的冲洪积粉质壤土, 渗透系数较大, 其余均为级配良好的砂砾石, 渗透系数为0.005 41～0.011 6 cm/s。由于该坝坝体防渗复合土工膜连同库区土工膜构成了水库的全封闭式的防渗体系, 土工膜用量之多 (复合土工膜铺设面积达26.4万m2, 光面土工膜铺设面积为332.526万m2) , 居国内外同类型工程之首, 且大坝建造在深厚覆盖层上, 因此对此类深厚覆盖层上土工膜防渗的新型堆石坝进行结构安全分析很有意义, 重点研究大坝的防渗系统 (由坝体复合土工膜与库盘土工膜防渗系统组成) 的受力变形特性, 尤其在可能不利情形下大坝防渗体系是否仍然能够满足安全运行的要求, 为这类新型防渗堆石坝的筑坝可行性提供理论依据, 也为土工膜进一步的应用提供理论依据。

3 本构模型

坝体填筑料为砂砾石料, 设计要求颗粒小于0.1 mm的含量不应大于5%, 相对密度不小于0.80, 采用自然级配。砂砾石料为非线性材料, 其变形随荷载变化且与应力的加载路径有关, 应力应变关系呈非线性;而复合土工膜与坝体结构面之间的接触问题又是属于边界条件的非线性问题, 因此, 研究复合土工膜与坝体结构面之间的剪切特性, 是材料非线性与边界条件非线性的双重非线性问题。所以, 计算时采用非线性弹性模型进行模拟, 在这里, 我们用体积模量和剪切模量来描述材料的弹性特性。

$\begin{array}{l}{\rm K}=\frac{E}{3(1-2v)}(2)\\ G=\frac{E}{2(1+v)}(3)\end{array}$

式中:E为材料的杨氏模量;v为材料的泊松比。

对复合土工膜防渗斜墙土石坝进行结构计算时, 宜考虑坝体、坝基与复合土工膜承受水压变形间的动态协调作用[5,6,7]。蓄水后坝体及坝基变形会对复合土工膜的受力变形产生重要影响, 同时复合土工膜的抗剪作用亦对其下土石料支撑体有一定的限制变形作用, 在研究复合土工膜的受力变形特性时, 宜将复合土工膜的抗拉作用和土石坝体及坝基的变形特性一起参与分析。复合土工膜是柔性抗拉材料, 不具备抗压和抗弯特性, 计算时采用薄膜单元[8]来模拟复合土工膜的主要力学特性是合适的, 其中材料参数可由复合土工膜的拉伸试验和剪切试验得到。

当结构表面发生接触时, 在接触面之间一般传递切向力以及法向力。这样, 在分析中就要考虑阻止表面之间相对滑动的摩擦力。复合土工膜与坝体结构接触面的摩擦采用库仑摩擦 (Coulomb Friction) [9]模型来模拟。在模拟计算过程中, 用摩擦系数μ来表征在2个表面之间的摩擦行为。图4中的实线描述了库仑摩擦模型的行为:当它们处于黏结状态时 (剪应力小于μp) , 表面之间的相对运动 (滑移) 为零。

4 大坝有限元计算模型及计算参数

图5为大坝有限元计算网格, 坝体和坝基以6面体单元为主, 辅以少量的5面体单元和4面体单元, 复合土工膜采用4边形薄膜单元。坝基单元数为7480个, 坝体单元数为2400个, 复合土工膜四边形薄膜单元440个。

表2为土工膜的材料参数。图6为复合土工膜单元的受力情况, 其中τ1为复合土工膜与坝体上垫层之间的剪应力;τ2为复合土工膜与坝体下垫层之间的剪应力。

5 计算成果及分析

复合土工膜一般是在坝体填筑结束后铺设, 故施工完建期复合土工膜所受荷载较小, 复合土工膜的变形和应变均较小。由于复合土工膜是柔性材料, 本身除一定的抗拉能力以外, 不存在抗弯曲变形等能力, 限制坝体变形的能力微弱, 因此运行期复合土工膜的变形主要是蓄水承压导致坝体变形而产生的从属变形。图7为因蓄水引起的复合土工膜的变形等值线图。由图可见, 复合土工膜的变形主要为向下游的水平变形和向下的沉降变形, 最大水平位移为4.5 cm, 最大沉降 (随坝体沉降而产生的沉降) 为16 cm, 均发生在上游坝面偏左岸的复合土工膜受最大水压力附近区域。复合土工膜的轴向位移总体上由河岸两侧向河床部位变形, 最大值为5.5 cm, 其延伸率为15%, 发生在复合土工膜与建筑物的接合处, 如图7、图8所示。由于此处的复合土工膜和防水涵洞相接, 在水库蓄水后出现了应力集中, 和实验室结果相比较, 复合土工膜的延伸率为136%～142% (表2) 。因此, 此处的复合土工膜没有出现延伸破坏。

复合土工膜界面的剪应力与剪应变关系曲线见图8。复合土工膜所受到的剪应力最大值为19.45 kPa, 与试验结果 (图2、表1) 比较, 可以看出, 复合土工膜上下界面的剪应力均在峰值以下, 在计算工况下, 复合土工膜防渗体达到了结构设计要求。

通过对坝体整体的有限元分析计算表明, 整个坝体的最大沉降量为16 cm, 水平最大位移值为4.5 cm, 见图9、图10。坝体的垂直位移和水平位移基本沿坝轴线对称分布。该复合土工膜土石坝的坝体结构及复合土工膜防渗体结构设计达到了稳定要求。

6 结 语

由实验结果可以得出, 复合土工膜与粗粒料垫层结构面之间的剪切特性为应变软化型, 关系曲线如图3所示。在试验中剪应力出现了明显的峰值。当剪应力达到极限值以后, 随着位移的增大, 剪应力减小, 出现了残余应力。随着正应力的增大, 残余应力有所增大, 复合土工膜坝体非线性有限元的计算 (图10) 也正好验证了这一规律。

通过对坝体及复合土工膜防渗斜墙的三维非线性有限元分析计算表明, 复合土工膜所承受应力和变形在合理的范围之内。坝体的垂直位移和水平位移基本沿坝轴线对称分布, 连同复合土工膜的坝体应力和变形计算结果符合一般应力变形规律, 坝体结构达到了安全要求, 不会出现塑性破坏。

对于具有复合土工膜结构单元的坝体, 由于其几何建模和计算过程的复杂性, 以及有待进一步完善的理论基础, 目前尚未在实际应用中得到广泛接受。因此, 在坝体稳定性分析中, 将结构单元的特性考虑进去, 可得到更客观实际的评价结论, 为分析评价坝体及复合土工膜防渗体的稳定性提供了一条较好的途径。

摘要：在土石坝坝体防渗中, 土工膜有时作为一种防渗材料铺设在坝体的上游坡中, 以保护坝体的安全运行。在试验基础之上, 重点分析复合土工膜的主要力学特性, 并结合一座建在深厚覆盖层上的复合土工膜防渗土石坝, 对其进行非线性结构分析, 着重研究复合土工膜与坝体结构面之间的剪切变形特性。试验结果表明, 复合土工膜与坝体粗粒料垫层结构面的剪应力-剪应变关系为应变软化型。计算结果表明, 在现有可能不利条件下, 该坝坝体、坝基及复合土工膜的应力变形均在合理可控范围之内, 大坝结构安全能够满足要求。

关键词：土石坝,复合土工膜,摩擦试验,剪切特性,接触面

参考文献

[1]岑威钧, 沈长松, 李星, 等.堤坝中防渗 (复合) 土工膜的布置型式及计算理论研究[J].红水河, 2004, 22 (3) :70-74.

[2]岑威钧, 沈长松, 童建文.深厚覆盖层上复合土工膜防渗堆石坝筑坝特性研究[J].岩土力学, 2009, 30 (1) :175-180.

[3]王琦, 臧光文.横山水库除险加固工程的安全论证-土工膜与结构面摩擦试验[J].岩土力学, 2003, 24 (增) :83-85.

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[5]顾淦臣.承压土工膜厚度计算的研究[C]∥全国第三届土工合成材料学术会议论文集.天津:天津大学出版社, 1992:249-257.

[6]沈长松, 顾淦臣.复合土工膜厚度计算方法研究[J].河海大学学报 (自然科学版) , 2004, 32 (4) :395-398.

[7]束一鸣, 顾淦臣.土工薄膜中央防渗土石坝有限元计算[J].河海大学学报 (自然科学版) , 1988, 16 (增刊) :79-92.

[8]顾淦臣, 沈长松, 朱晟, 等.塘房庙复合土工膜心墙堆石坝的设计、施工和应力应变有限元分析[J].水力发电学报, 2009, 23 (1) :21-26.

复合土工膜心墙 第8篇

某氧化铝厂二期4#、5#赤泥堆场占地面积约I8万m2。堆场初期库容约为40万m3。库区范围内属溶蚀、剥蚀地貌, 溶沟、溶槽、溶洞分布不一, 易造成堆场区地基溶蚀和污水渗漏等工程事故隐患及环境污染, 因此对地基的防渗性能要求较高。

一期赤泥堆场防渗层采用粘土作防渗层, 从运行情况来看局部已出现塌陷及渗漏现象, 因此经过反复的论证与实验, 二期赤泥堆场4#、5#库区防渗层采用国内首创的赤泥-土工膜复合防渗层。其优点有:第一, 利用一期堆场内赤泥, 增加堆场库容。第二, 赤泥-土工膜防渗性能好, 耐用性强于粘土。第三, 赤泥固结成型后的性能较为稳定, 遇水浸泡具有吸水少、泌水性强的特点, 适宜作为防掺层。第四, 赤泥-土工膜防渗较传统粘土防渗节省投资, 而且节约粘土。土工膜之间连接采用瑞士ZPR-2I0N1土工布焊机连接, 施工方法简单, 社会效益和经济效益非常显著。

2 防渗层的形式

两库区分别以排水竖井为中心, 半径30m范围的防渗层采用改性赤泥-土工布防渗层。其结构层次自上向下依次为:防护层 (50cm碎石排水层) ;上垫层 (50cm改性赤泥) ;聚乙烯复合土工布 (二布一膜) ;下垫层 (50cm改性赤泥) ;支持层 (40cm碎石) , (改性赤泥即赤泥和石灰搅拌均匀, 量比为9∶1) 。除上述范围外的防渗层采用纯赤泥-土工布防渗层。其结构层次自上向下依次为:防护层 (50cm碎石排水层) ;上垫层 (50cm赤泥) ;聚乙烯复合土工布 (二布一膜) ;下垫层 (50cm赤泥) ;支持层 (40cm碎石) 。

3 复合土工布及全自动焊机的性能、特点

赤泥堆场库底铺设的隔离层选用聚乙烯复合土工膜 (二布一膜, 规格:150g/m2, 0.3mm厚, 150g/m2) 。复合土工布是基于疏导与防渗相结合的理念而形成的防渗材料。其主要作用是通过排水排气减轻防渗材料所承受的压力, 同时保护防渗材料, 其主要的技术指标如表1。

依据聚乙烯复合土工膜的材质、施工工艺及施工验收规范, 通过对国内施工机具对比分析, 决定在焊接工艺上选用瑞士生产的热风式热熔焊机及R342挤出式手枪塑料焊机。其工作性好, 焊接质量可靠稳定, 施工操作方便简单, 焊缝较宽易检测等特点。其主要的技术指标如表2。

4 赤泥层的施工工艺

松散赤泥晾晒→第一层摊铺、整平→碾压→第二层赤泥摊铺整平→碾压→场地清理→土工布焊接施工→第三层赤泥摊铺整平→碾压第四层赤泥摊铺、整平→碾压→养护→成型

根据原有赤泥遇水浸润试验结果和翻晒赤泥筑坝经验:在某含水率范围内的未固结赤泥碾压成型干燥后板结最好, 遇水不松散不软化但开裂大, 而含水率为22%左右的松散状未固结赤泥碾压成型后密实, 遇水不松散不软化裂缝小但整体板结不理想, 表面粗糙不利于士工布的铺设。因此, 初步确定防渗层实验第一层和第四层直接用挖掘机取堆场较干燥赤泥 (含水率约30%) , 第二层和第三层应在堆场通过机械翻晒满足含水率25%、直径3cm以下松散状赤泥。

5 PE复合土工布的施工工艺

准备工作→铺设→拼接、焊接→质量检查→回填料。

(1) 准备工作:

清除场内有碍PE复合土工布施工的材料, 下基层做到无松散、无积水、无尖刺物。基层平整, 碾压密实。

(2) PE复合土工布的铺设:

用经伟仪投射几条与坝轴线垂直的直线, 并用灰线标识出来, 作为土工布铺设的边缘依据。铺设时坝坡面土工膜由上到下铺设, 水平铺盖自坡脚向库中心竖井铺设。PE复合土工布铺设时注意张弛适度, 土工布间形成的结点应为T字形, 不得作成十字型。士工布要求与下基层结合面务必吻合平整。

(3) PE复合土工面的拼接、焊接:

第一幅土工布铺好后, 将第二幅顺流水方向铺在第一幅布下, 调整两幅布焊接边缘的走向, 使之约有7.5cm搭接宽度, 横向焊缝间错位的尺寸应大于或等于500mm。在焊机运行方向铺设宽为300mm的长条型橡胶皮垫以便焊机运行顺畅, 焊接质量稳定可靠。对留边不齐的需进行修剪, 布有摺皱处需展平。PE复合土工布每次焊接前用两条15cm×200cm土工膜进行焊接实验, 根据当天的天气情况及材质差异调整焊机的速度、温度, 防止焊接面烧焦或熔合不牢。焊接时需3一4人配合。焊机滚压将塑膜焊成两条宽为1cm的焊线。焊机操作人员随时观察焊接质量, 根据环境温度的变化调整焊接温度和行走速度。T字形接头、漏焊、焊穿处采用母材补疤, 补疤的尺寸为300mm×300mm, 疤的直角修圆。焊接过程中, 必须及时将已发现破损的PE土工膜裁掉, 并用热熔挤压法焊牢。焊接完毕织物的缝合采用GH9一2手提封包机缝全或用A、B胶粘合, 连接面要求松紧适度、自然平顺, 确保膜与织物联合受力。

土工膜端部固定:首端土工膜 (长140cm) 埋于倒梯形槽内 (上口为250cm, 下口为150cm, 高为50cm) , 用C10砼回填固端。为适应地基变形, 在固端回填厚300mm赤泥保护层。

(4) 质量检查:

焊接完毕, 应及时对全部焊缝、焊缝结点、破损修补部位、漏焊和虚焊的补焊部位进行检测: 即进行外观检查, 看两条焊缝是否清晰、透明、无夹渣、气泡、漏点、熔点或焊缝跑边等。然后对双缝充气长度为30～60m, 双焊缝间充气压力达到0.15～0.2MPa, 保持1～5min, 压力无明显下降即为合格;也可采取打压灌注有色水观察焊缝处有无有色水漏。最后实验试验, 焊缝抗拉强度不小于母材抗拉强度。

(5) 回填料保护:

土工布施工完毕后, 在机械运行线路上先铺设一层厚25cm赤泥层保护土工布不被损坏, 同时避免尖刺物刺破土工布。对赤泥 (改性赤泥) 施工缝处作如下处理:碾压好的赤泥防渗层留出高250mm, 宽1000mm的台阶, 加强该部位的洒水、养护, 并用松散赤泥覆盖300mm, 以保护土工布和已施工完的防渗层, 接搓部位施工时先将松散赤泥层去掉, 用推土机表面推毛, 该部位增加1～2遍的碾压遍数。

土工布的铺设与焊接是一个关健过程, 直接关系土工布的防渗效果, 因此施工全过程应严格按水利部颁发的《聚乙烯 (PE) 土工膜防渗工程技术规范》SL/T231-98规范进行施工。

6 结语

赤泥——土工布在赤泥堆场防渗层的应用, 是利用“三废”扩大堆场库容、加强环境保护的成功范例, 在我国铝行业尚属首例。随着人们对土工合成材料的逐步认识和环保意识的提高, 土工膜复合防渗材料在屋面防水、人防工程、隧道、地下停车场、垃圾填埋场中得广泛应用。但我国在该领域起步较晚, 尚没有完善成形的施工验收规范。因此, 需要在不断的实践中摸索、总结, 结合工程实际情况和现有发展水平因地制宜地使用。

参考文献

[1]编委会.土工合成材料工程应用手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007.10.27.

[2]中华人民共和国水利部.土工合成材料应用技术规范GB50290一98[M].中国计划出版社, 2005.5.1.