鲁山南2标复合土工膜施工工艺的探讨

摘 要 南水北调中线工程在应对防渗问题上引用了复合土工膜，复合土工膜是一种土工合成材料，具有较好的防渗效果，将复合土工膜铺设在需要进行防渗处理的坡面上，上面铺设砂垫层和砼，堤顶封顶层砼形成一个整体完全封闭的防渗体系。本文以鲁山南2标复合土工膜焊接施工过程为实例，系统分析复合土工膜防渗原理、焊接工艺及注意事项。

关键词 南水北调中线；鲁山南2标；复合土工膜；施工工艺

中图分类号TU98 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）101-0166-02

1工程概况

鲁山南2段工程为南水北调中线工程总干渠陶岔至沙河南段工程的一部分，位于陶岔至沙河南段最末标段，渠段位于平顶山市鲁山县境内，途经张良、马楼2乡。渠道起点桩号为TS229+262，终点桩号为239+042。渠段总长9.780km，其中渠道长9.066km（其中坡比=1：2.5的区段长1285m，坡比=1：2.0的区段长7754m，渐变段27m），建筑物长0.714km。该渠段线路走向基本为东南至西北方向，与昭平台南干渠大致平行，渠线先后穿越澎河、淝河、叶庄沟、吴洼东沟等多条大小河渠，与昭南干斗10～13等多条灌溉渠道相交，并与多条公路交叉。

本段渠道纵坡采用1/25000。渠段设计流量320m3/s，加大流量为380m3/s。渠道设计水深为7.0m，边坡系数2.0～2.5，底宽22m～24.5m。渠道采用全断面现浇混凝土衬砌，渠坡厚10cm，渠底厚8cm或10cm。混凝土衬砌下铺设复合土工膜防渗。渠道选取砂石垫层20cm的防冻胀措施。

渠道采用全断面复合土工膜防渗。规格为600g/m2（150g/m2～0.3mm～150g/m2）两布一膜，其中膜厚0.3mm，布为宽幅（幅宽大于5m）聚酯长丝针刺非织造土工布，抗渗强度应在1.05MPa水压下48h不渗水，渗透系数小于10～11cm/s。渠道坡顶处复合土工膜锚固在路缘石下。

2防渗原理和技术要求

2.1 防渗原理

复合土工膜是采用聚已烯或聚氯乙烯的增强改性，压延成塑料薄膜与涤纶针刺土工布热合而成，其主要机理是以塑料薄膜的不透水性隔断渠底漏水通道，以其较大的抗拉强度和延伸率承受水压和适应渠底变形；而土工布也是一种高分子短纤维化学材料，通过针刺或热粘变形，具有较高的抗拉强度和延伸性，复合土工膜的防渗性能主要取决于塑料薄膜的防渗性能，而它与土工布结合后提高了塑料薄膜的抗拉强度和抗穿刺能力，而且由于土工布表面粗糙，增大了接触面的摩擦系数，有利于复合土工膜及保护层的稳定。同时，它们对细菌和化学作用有较好的耐侵蚀性，不怕酸、碱盐类的侵蚀。

2.2 技术要求

根据《聚乙烯（PE）土工膜防渗工程技术规范》（SL/T231-98）、《土工合成材料长丝纺粘针刺非织造土工布》（GB/T17639-1998）、《土工合成材料非织造复合土工膜》（GB/T17642-1998）、《土工合成材料聚乙烯土工膜》（GB/T17643-1998）及南水北调中线工程的特点，复合土工膜技术性能指标应符合下列要求：

1）复合体幅宽应大于5m，生产过程中两侧土工布表面应采取加糙工艺等措施，对土工布表面进行加糙处理，不应采用通常的光滑表面，且土工布表面手搓时不得脱丝。复合膜应采用吹膜加热复合法，不得用流延复合法。各铺设幅之间搭接宽度不小于15cm，采用现场双缝焊接，充气打压检查。复合土工膜按《土工合成材料测试规程》（SL/T235-1999）测试。

2）复合土工膜应采用全新原料，不得添加再生料，聚乙烯膜应为无色透明（不允许加碳黑），并符合《食品包装用聚乙烯成型品卫生标准》（GB9687–88）、无毒性、对水质无污染。

3）复合土工膜还应满足下列指标

3复合土工膜焊接工艺流程

土工膜铺设底层土工膜缝合 土工膜焊接 焊缝充气试验 上层土工布缝合。

3.1 土工膜渠坡铺设

本标段渠坡敷设的复合土工膜采用定制的复合土工膜，其中49*6m的适用于1：2边坡，54.3*6m的适用于1：2.5边坡。上述土工膜除周边20cm宽度内用于与另外土工膜连接外，其余部分膜与布粘接为一体。使用时，将定尺的复合土工膜摊开对折裁剪为两幅，使用在同侧边坡上，裁剪口一侧锚固在路缘石下，可焊接的另一端伸至渠底。摊铺时，沿渠道轴线方向按先下游后上游、上游幅压下游幅的顺序铺设，土工膜由坡肩自上而下滚铺至坡脚，人工调整使土工膜尽量平顺无褶皱，并用沙袋将土工膜压在坡顶上，注意留出搭接区域。下一幅摊铺后，人工首先调整坡脚处土工膜对齐，多余部分拉到坡肩，然后调整幅间搭接宽度在10cm～12cm之间。依次摊铺下一幅，保证土工膜平顺。

3.2 土工布缝合

将上层土工布和中层土工膜向两侧翻叠，将底层土工布对齐后重叠，使用手提缝包机缝合，针脚至土工布边沿的距离约5cm，针距5mm～8mm，由坡肩至坡脚缝合。缝合时，后一人操作缝包机，前一人整平翻叠土工布以方便缝合。土工布缝合强度不低于母材的70%。上层土工布缝合方法与下层土工布缝合方法相同。

3.3 土工热熔焊接

土工膜接缝热熔焊接采用莱斯特LST810型土工膜焊接机焊接。每天施工前先做工艺试验，以确定当天焊机的温度和速度。温度过高或过低都不行。施工时应根据天气情况适时调整焊机温度和行走速度。此次试验当天，环境温度18℃～28℃，风力2～3级，焊机温度设置在350℃～380℃之间，行走速度控制在3m/min～3.5m/min，充气检查4条横缝全部合格。土工膜焊接时，首先调整搭接长度在10cm～12cm间，上游幅压下游幅。土工膜焊接前须将土工膜焊接面上的尘土、泥土、油污等杂物清理干净，水汽用布擦干，保持待焊接面清洁干燥。焊接时采用双焊缝焊接，双焊缝宽度2mm×12mm，中间形成的空腔12mm.焊机沿搭接区域中心线行走，确保两焊缝都有12mm宽。一人操作机器，两人在前协助整理土工膜，保证焊机行走平顺。土工膜接缝焊接强度不得低于母材的80%，施焊时防止发生漏焊、烫伤和褶皱等缺陷。出现虚焊、漏焊用特制焊枪补焊确保满足设计要求。在焊接过程中和焊接后2h内，焊接面不得承受任何拉力，严禁焊接面发生错动。预热时，将焊接机来回移动，以免烫伤土工膜。待焊接机指示灯从红灯变到绿灯时，调节压杆手柄使胶轮压住土工膜开始行走焊接，焊接过程中，注意观察指示灯颜色，可以通过人工调整焊机速度保证焊结温度稳定在预设温度上。若周围天气变化，适时重设温度和速度，保证焊接质量。

3.4 焊缝检测

采用充气法逐条进行焊缝检测。充气检测设备包括气针、压力表（量程2MPa）打气筒，热焊枪和秒表。充气检查前将焊缝两端适当位置处用热焊枪烤至软化后粘接密实，使得焊接区空腔成为一个封闭的充气区。气针与压力表配套，针头为锥形，长约6cm，扎针时平行于焊缝缓慢插入，不得晃动枕头，针眼宜选在坡肩处。若针头处漏气可用502胶水粘接。检测指标：充气0.15MPa～0.2MPa，观察2min～5min，压力表读数无明显下降为不漏气，焊缝合格；否则应查明原因，重新检测达到合格。

3.5 上层土工布缝合

最后一条土工膜焊接2h后，整体调整坡面及齿槽处的土工膜的平整度，在保证渠底板预留长度以后，多余的全部调整到坡肩处，将锚固在路缘石下的土工膜上层土工布先缝合，缝好后预埋在沟槽内，并用砂子覆盖压实；然后再缝合剩余部分的土工布，边缝合边调整土工膜的平整度。完毕后将坡脚预留的土工膜卷好后用砂覆压在坡脚齿槽内，避免践踏。

4复合土工膜的焊接注意事项和保护

4.1 土工膜焊接的注意事项

1）在材料焊到尽头时，及时将压杆手柄压下，使上下压轮处于分离状态，以免时间过长，烧坏胶轮；

2）由于热惰性原因，焊接过程中如出现温度过高或过低，可以在小范围内调整速度来弥补温度的偏差，焊机上的指示灯交替变换为正常现象；

3）齿槽内的焊缝处应安放平板以方便缝合和焊接，上层土工布缝好后撤除；

4）渠坡上纵向土工膜应伸出混凝土面板至少10m以方便与后续土工膜连接；

5）上层土工布缝好后，用粘胶带将缝合处褶皱土工布顺水流方向粘贴在土工布。

4.2 复合土工膜的保护

复合土工膜的保护是一项细致而十分必要的工作，主要从以下几点进行保护：

1）复合土工膜铺设人员必须穿软底鞋或胶底鞋，严禁穿硬底鞋在复合土工膜上踩踏；

2）未浇筑混凝土的部位，应进行覆盖保护，保持土工膜表面清洁，防止阳光直晒和油渍污染、酸碱腐蚀，防止被人为或机械损伤；

3）施工现场严禁烟火，电气焊作业要远离复合土工膜；

4）铺设好后的复合土工膜应由专人看管。严禁直接在土工膜上卸放混凝土拌合物块体。严禁用带尖头的工具在土工膜上作业。严禁一切可能引起土工膜损坏的施工作业；

5）为方便施工人员工作行走，又避免破坏土工膜，在渠坡上设置行走绳梯，根据实际施工需要移动使用；

6）为防止大风对已铺设土工膜造成破坏，在铺设过程中复合土工膜上用砂袋压重，随混凝土衬砌将压物撤出。

5结论及建议

通过对南水北调中线工程鲁山南2标复合土工膜施工的反复摸索和总结，得到了适合本标段的土工膜施工的大致参数。土工布缝合时缝包机针距5mm～8mm，复合土工膜搭接10cm～12cm，焊缝宽度12mm，两条焊缝间空腔12mm，焊机行走速度3m/min～3.5m/min，焊机温度设置在350℃～380℃之间。焊接机焊接时环境温度18℃～28℃，风力2～3级。

影响土工膜焊接施工成败的因素很多，如环境温度、风速、焊机速度等等。建议每次焊接时根据天气、温度的变化做试焊试验，通过试焊找到适合该综合环境条件下的焊接工艺参数。通过鲁山南2标复工土工膜的施工摸索，在土工膜焊接、保护等方面为以后大规模施工积累了经验。