土工膜在土石坝防渗工程中的应用

摘 要：土工膜作为一种新型防渗材料，在土石坝防渗工程中发挥良好的作用，它具有不透水性强、抗冻性好、不受季节气候影响、施工方便和节省工程造价等优点。文章主要针对土工膜在土石坝工程中的防渗应用进行整理，阐述工程中需要注意和解决的问题。

关键词：土工膜；土石坝；防渗设计

中图分类号：TV53 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）19-0144-02

1 概述

（1）目前，现有土石坝由于施工质量问题、防渗技术不足、维护管理不到位以及坝体自身不均匀沉降等原因，导致渗漏及裂缝问题突出，从而出现坝后积水等问题，严重威胁到坝体的安全，为了防止问题产生或恶化必须展开相应的工程措施。

（2）现在采用较多的防渗措施为防渗墙防渗、灌浆防渗、混凝土防渗、土工膜防渗及其他防渗手段。土工膜防渗结构是近代水利工程的一项先进技术，具有较好的防渗效果，且施工较为简单，造价低。

2 土工膜的特性

（1）土工膜是高分子合成材料的一种，在水利建设防渗功能中应用较多的有：聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）以及氯化聚乙烯（CPE）等。土工膜在物理、化学和水力学等方面的特性能够满足水利工程的要求，工程中常用的土工膜厚度在0.5～1.5mm范围内，统一生产的土工膜幅宽范围为2～4m，在一些特殊工程中可以适当增加幅宽。

（2）土工膜为相对不透水材料，由达西定律知渗透系数

K

（3）作为防渗结构主体的土工膜，由于构造原因在支持层颗粒空隙处往往存在薄弱环节，很容易在较大的工作水压力被压破击穿。一般情况下，土工膜的耐水压性能与支持层材料的颗粒级配存在正相关关系。

（4）土工膜与保护层或支持层中其他材料的摩擦特性也

是极为重要的设计指标，由于其表面光滑，与其他材料之间的摩擦角较土的摩擦角小，在斜坡上铺设存在沿界面滑动的危险，可以采用表面加粗的土工膜、复合土工膜或采用台阶型铺设方法来解决。

3 土工膜防渗设计

3.1 土工膜的布置形式和结构

3.1.1 根据土工膜在坝体中的位置，土工膜防渗结构可以分为防渗斜墙和防渗心墙两种类型。土工膜斜墙一般设置于坝的上游侧，与上游坡面近乎平行，铺设方式一般有薄保护层平直铺设、厚保护层平直铺设以及锯齿形铺设；土工膜心墙一般设置于坝体中部，或土石混合坝下游堆体的上游一侧。在一般的水利工程中，土工膜防渗结构由土工膜（薄膜层）、支持层和膜上保护层等三部分组成，如图1所示。

3.1.2 支持层的作用是使土工膜受力均匀，免受局部集中应力的损坏。支持层一般由垫层和过渡层组成，支持层一般可采用传统的砂石反滤结构，也可以采用土工织物与砂石混合结构。垫层材料的选取由土工膜性质决定，当采用土工薄膜时，一般选取粒径小于1cm的碎石、砾卵石或粒径小于0.5cm的砾石作垫层。当采用复合土工膜结构时，由于土工织物具有较好耐磨损性起到了一定的保护作用，可用粒径小于4cm的砾卵石或碎石作垫层。

3.1.3 膜上保护层起到保护防渗体的作用，由面层和上垫层组成。保护层可以有效防止因紫外线辐射、水流击打冲刷、人为破坏、温度升降以及膜下水压力等因素带来的危害。常用面层有预制混凝土板、现浇混凝土板、钢筋网或铁丝网混凝土板、干砌块石、浆砌块石等。垫层的选择根据土工膜和面层类型决定。

3.2 土工膜的厚度

土工膜是防渗体结构的主体，其厚度应依据防渗和强度两方面的要求来确定。低水头水库土工膜厚度一般为0.5mm，也可以用薄膜理论公式和Giroud公式及经验公式来确定，聚乙烯薄膜的允许拉应力与弹性模量参考值见表1。

3.2.1 苏联的经验公式

3.3 土工膜防渗结构总体防渗校核

为了确保土工膜能达到设计期望的防渗效果，保证坝体的安全高效运转，从土工膜的总体防渗方面进行校核，应做到以下几点：

（1）控制土工膜的渗透水量，确保透过的水量在安全水量以内，满足设计规范要求。

（2）控制土工膜的设计厚度，即使在有少量水渗透的情况下，能避免膜后的结构受到破坏，发生渗透变形，或采取针对膜后结构稳定性的相关工程措施。

（3）控制坝体排水量大于渗透水量，并保持膜后结构排水畅通以便及时排除渗透水。

3.4 土工膜作为防渗斜墙时的稳定分析

3.4.1 透水性良好的保护层

堆石、干砌块石护坡，混凝土板和砂砾料组成的护坡以及预制混凝土板块等都是透水性良好的护坡，这种情况下，当水库水位消落时，保护层内的浸润面也同时下降，可按下式计算安全系数

3.4.2 透水性不良的保护层

当遇到膜上保护层透水性不良或由于设计问题出现不透水情况，水库水位下降对保护层内的浸润面没有影响时，出现反向渗透水压力影响坝体稳定，可按下式计算安全系数

4 土工膜施工

4.1铺设

由于土工膜为薄膜材料，在较大的压力下容易被破坏，在铺设过程中一定要注意土工膜的完整性，以免破坏土工膜结构，影响其防渗效果。根据相应的规范和要求，要先对下垫层进行处理，除去杂质，同时还要保证土工膜的铺设松紧程度，避免产生气泡、褶皱或过于紧绷的情况出现。在未进行保护层施工前须防止土工膜被风吹动的情况，因此最好边铺设土工膜边进行保护层的施工。

4.2 拼接

对于幅宽有限的土工膜拼接，目前国内外普遍使用的有现场焊接和粘接两种手段。其中，电热锲焊接是焊接法中应用最广泛的，热熔挤压、高温气焊等也属于焊接法。焊接法需要注意的是在高温影响下，膜与膜之间是否能够紧密结合而不会产生薄弱段导致膜的断裂，影响防渗效果。与焊接法相比粘接法相对比较复杂，在施工环境以及质量控制等方面要求比较高，一般适用于坡度平缓的场合，对于陡坡施工则用木锤击打法对粘接处进行压实处理，然而粘接法在缺陷补漏方面有优势。

4.3 锚固

^固是土工膜防渗施工中重要的环节之一，为了确保土工膜防渗结构与坝体或其他防渗结构形成一个完整的防渗体系，保证土工膜发挥防渗作用，必须做好土工膜锚固工作。土工膜上边缘要埋入锚固槽内并保证有一定的嵌入长度，或与坝顶防浪墙紧密连接，下边缘则必须嵌入坝底，防止地基出现渗漏。

5 结束语

土工膜能够有效的解决坝体渗漏问题，具有较好的经济效益，严格把关产品质量、控制施工技术、注重效果校核将有更广泛的应用前景。

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