南水北调工程渠道防渗复合土工膜施工工艺

□雷应国 □孙长东

(南水北调工程河南质量监督站)

一、问题提出

委托河南管理的南水北调中线工程渠道全长414km，设计断面结构形式为基底以上5cm厚砂垫层、2.5～3cm厚保温板、防渗复合土工膜、8～10cm厚素混凝土面层，其中防渗复合土工膜施工质量优劣直接关系到渠道防渗的效果。施工中由于复合土工膜的连接不同程度地存在问题，质量检验时常常发现焊接不严密现象，给工程质量管理带来很大困难。

二、设计提出的复合土工膜性能指标及施工要求

按照中华人民共和国国标(GB/T17642-2008)《土工合成材料非织造布复合土工膜》有关规定和衬砌板抗滑稳定要求，南水北调河南段渠道防渗采用长丝针刺非织造布复合土工膜≥576g/m2，膜材采用聚乙烯(PE)，两布一膜结构，采用标称14kN/m规格。聚乙烯膜应符合《食品包装用聚乙烯成型品卫生标准》(GB9687-88)，土工膜无毒性，对水质无污染。聚乙烯膜应采用全新原料，不得添加再生料，膜应为无色透明。其主要技术指标如下：密度ρ≥920kg/m3；破坏拉应力σ＞17MPa；断裂伸长率ε≥450%；在5℃时弹性模量E≥70MPa；抗冻性(脆性温度)不低于-70℃；联接强度应大于母材强度；撕裂强度＞60kN/m2；抗渗强度应在1.05MPa水压力48h不渗水；渗透系数＜10-11cm/s。

复合土工膜施工技术要求：标称断裂强度14kN/m；断裂伸长率＞50%；CBR项破强力≥2.5kN；纵横向撕破强力≥0.48kN；剥离强度≥6kN；耐静水压≥0.6MPa；垂直渗透系数＜1×10-11cm/s；复合体幅宽≥5m，表面需做加糙处理，不应采用通常的光滑表面。各铺设幅之间搭接宽度≥10cm，现场采用双缝焊接；复合土工膜按《土工合成材料测试规程》(SL/T235-1999)测试；按照国标表3外观疵点评定轻缺陷进行控制，每一批产品上不允许存在重缺陷，轻缺陷产品每200m2应＜5个。

三、复合土工膜施工

(一)材料进场检测

复合土工膜供应商必须是经过建设单位、监理单位、施工单位联合考察认可的合格供应商，进场的布膜必须有材质证明、合格证。施工单位应按照规范和设计要求委托有资质的检测单位对进场的复合土工膜性能指标进行检测，只有经检测合格的、经监理工程师批准的复合土工膜才能用于工程实体。

(二)复合土工膜运输、存储

1.若采用折叠装箱运输土工合成材料，不得使用带钉子的木箱以防运输途中受损；若采用卷材运输，应注意防止在装卸过程中造成卷材表层的损坏。承包人在采购土工合成材料卷材时，应按卷材下料长度留有适当的余量。

2.复合土工膜的卷材货包，必须贴有标签，标明产品的制造厂名称、制造号(或组装号)、安装号、生产日期、产品类型、厚度、尺寸及重量。并应附有专门的装卸和使用说明书。

3.复合土工膜运输过程中和运抵工地后应妥善保存，避免日晒，远离火种，防止粘结成块，并应将其储存在不易损坏和方便取用的地方，尽量减少装卸次数。

4.在运输过程中，土工膜卷必须避免受到损坏(包括将卷材从场内的储存地运到工作区)。受到物理损坏的土工膜必须要修复。损坏严重的土工膜(整卷或部分)不能使用。

(三)复合土工膜铺设

一是复合土工膜铺设前，应完成渠坡开挖及坡面清理工作，渠坡的清理应清除一切尖角杂物，欠坡回填夯实、富坡削坡挖平，铺设工作范围内没有积水，经监理验收合格。二是复合土工膜的铺设应根据渠高和材料的受力方向以及尽量减少接缝的数量等因素确定，并符合施工图纸的要求。复合土工膜铺设分渠底铺设、坡面铺设两个部分，铺设时，采用波浪形松弛方式，富余度约为1.5%，摊开后及时拉平、拉开，要求复合土工膜与坡面吻合平整，无突起褶皱。渠底铺设沿渠道轴线方向水平滚铺。坡面铺设顺坡面轴线方向滚铺，与渠底的复合土工膜连接采用丁字形连接。铺设方向按照下游向上游顺序，上游边压下游边。三是复合土工膜顶部应锚固于封顶板的混凝土中，并压在路缘石下土层中，以形成整体防渗，其锚固长度应符合施工图纸要求。四是复合土工膜与基础及支持层之间应压平贴紧，避免架空，清除气泡，以保证安全。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。

(四)复合土工膜的拼接

一是复合土工膜的拼接方式及搭接长度应满足施工图纸的要求。二是拼接前必须对焊接面进行清扫，焊接面上不得有油污、灰尘。阴雨天应在雨棚下做业，以保持粘(搭)结面干燥。三是在斜坡上搭接时，应将高处的膜搭接在低处的膜面上。四是土工膜应剪裁整齐，保证足够的拼结宽度。当施工中出现脱空、收缩起皱及扭曲鼓包等现象时，应将其剔除后重新进行拼接。五是土工膜拼接好后，必须妥善保护，避免阳光直晒，以防受损。

(五)复合土工膜的焊接工艺

南水北调工程复合土工膜的连接要求采用热熔焊接方式，搭接宽度10cm，接缝为双焊线，每条焊线宽度10mm。施工前应先进行焊接工艺试验，比较不同的气温、风速、焊接温度、焊接速度等以确定焊接工艺参数。承包人应向监理人提交试验大纲，批准后才能进行试验。试验完成后，应将试验成果和报告报送监理人审批，报告应说明选定的施工工艺及相应的施工参数，经监理人批准后，才能进行施工。复合土工膜的拼接接头应确保其具有可靠的防渗效果，施工单位应对全部焊缝进行检测。

双缝热合焊机的施工工艺。一是施焊前的准备工作：对铺膜后的搭接宽度进行检查，复合土工膜焊接接缝搭接长度为100mm。在焊接前，要对搭接的200mm左右范围内的膜面进行清理，用湿抹布擦掉灰尘、污物，使这部分保持清洁、干燥。焊接部位不得有划伤、污点、水分、灰尘以及其他妨碍焊接和影响施工质量的杂质。在正式焊接操作之前，应根据气温环境条件、焊接工艺试验和经验先设定施焊参数，取300mm×600mm的小块膜进行试焊。然后在拉伸机上进行焊缝的剪切和剥离试验，如果不低于设计规定数值，则锁定参数 (焊接速度、施焊温度等)，并以此为据开始正式焊接。否则，要重新确定参数，直到试验合格为止。当气温、风速有较大变化时，亦应及时调整参数，重做试验，以确保用于施工的焊机性能、现场条件、产品质量符合规范要求。当环境温度＞40℃或＜0℃时不能进行土工膜的焊接。二是热合焊机焊接的操作要点：开机后，仔细观察指示仪表显示的温升情况，使设备充分预热。向焊机中插入膜时，搭接尺寸要准确，动作要迅速。在焊接中，司焊人员要密切注视焊缝的状况，及时调整焊接速度，以确保焊接质量。在焊接中要保持焊缝的平直整齐，应及早对膜下不平整部分采取应对措施，避免影响焊机顺利进行。遇到特殊故障时，应及时停机，避免将膜烫坏。在坡度＞1∶3的坡面上焊接时，司焊和辅助人员必须在软梯上操作，且系好安全带。

(六)复合土工膜焊缝检验

南水北调工程要求对所有的复合土工膜接缝和修补的整个长度进行非破坏连续测试，施工中通常采用双轨热熔接缝空气压力测试法。非破坏测试必须在天气条件允许，而且有监理工程师在场的情况下，按照接缝的焊接程序来进行。检测时必须记录以下资料以备查询：压力测试日期、开始测试时间、结束测试时间、开始测试压力、结束测试压力、技术人员名字、测试开始位置、测试结束位置和测试结果(通过或不通过)。测试不合格的地方应根据技术文件中的详细步骤来进行修补和重新测试。

1.双轨热熔接缝非破坏压力测试（充气压力法测试）。把要测试的焊缝两端封好，把空心针插入空气通道，充气至0.25MPa的压力；如果5min内压降＞0.01MPa，则焊接不合格，应分段检测出漏气处进行修补。

2.破坏性试验。测试频率和位置如下：测试频率为每一定长度(以规范和设计要求为准)的焊缝取一个样；测试位置在焊接时确定，过热、被污染、焊缝偏移或值得怀疑的位置作为测试位置。取样程序：焊接时，在现场监理指定的位置取样，以便在复合土工膜被覆盖前得到试验结果；现场监理给每个试样编号，并在复合土工膜铺设平面图上标明试样的编码和位置。修复复合土工膜上所有由于破坏性取样而留下的孔洞，应根据规定进行修补和测试修补后的气密性。要委托有资质的检测单位对复合土工膜焊接质量进行检测。

(七)复合土工膜缺陷的修补

对焊接检验切除样件部位、施焊后发现的材料破损与缺陷部位、焊接缺陷以及检验时发现的不合格部位等，均应进行修补，修补任务只能是在高级工指导下完成，修补后要对成品抽样检测。修补的程序是：对随时发现的缺陷部位用特制的色笔标注，并加编号记入工作日记，以免修补时漏掉；修补处的编号为B1，B2，B3，B4……连续排列，修补方案必须经监理认可后，方可进行补焊。补修的方法：点焊：对材料＜5mm的孔洞及局部焊缝的修补完善，可用挤压熔焊机进行点焊。加盖：对不够厚度或不够严密的挤出焊缝，可用挤压熔焊机补焊一层。补丁：对大的孔洞、刺破处、膜面严重损伤处、取样处、十字缝交叉处以及其它各种因素造成的缺损部位，均可用加盖补丁方法来修补；补丁尺寸：十字缝处为切角的方形 300mm×300mm，或D=300mm。其余情况，一般边长≥200mm，补丁边距缺陷处≥80mm。

四、复合土工膜的成品保护

一是铺设过程中，作业人员不得穿硬底皮鞋及带钉的鞋。不准直接在复合土工膜上卸放混凝土护坡块体，不准用带尖头的钢筋作撬动工具，严禁在复合土工膜上敲打石料和一切可能引起复合土工膜损坏的施工作业。二是为防止大风吹损，在铺设期间所有的复合土工膜均应用沙袋或软性重物压住，直至保护层施工完为止。当天铺设的土工合成材料应在当天全部拼接完成。三是采用复合土工膜作防渗体，应规划好施工道路，当车辆、设备等跨越土工膜时，必须采取相应的保护措施。四是进行复合土工膜保护层施工时，应采用渠道衬砌机铺筑混凝土面层，任何时侯铺筑设备均不得直接在复合土工膜上行驶或作业，应保证其铺设时复合土工膜质量。五是对施工过程中遭受损坏的复合土工膜，应及时按监理人的指示进行修补。在修补复合土工膜前，应将保护层破坏部位下不符合要求的料物清除干净，补充填入合格料物，并予整平。

复合土工膜完成铺设和拼接后，应及时进行混凝土面板衬砌的施工。