浅谈复合土工膜防渗结构设计及施工技术

李 红

（德庆县水利水电勘测设计室，广东 德庆 526600）

1 土工膜

土工膜是一种基本不透水的材料。根据原材料不同，可分为聚合物和沥青两大类。为满足不同强度和变形需要，又有不加筋和加筋的区分。聚合物膜在工厂制造，沥青膜则大多在现场制造。制造土工膜的聚合物有热塑塑料（如聚氯乙烯）、结晶热塑塑料（如高密度聚乙烯）、热塑弹性体（如氯化聚乙烯）和橡胶（如氯丁橡胶）等。现场制造土工膜是在地面喷涂或敷一层冷或热的黏滞聚合物而成。沥青土工膜用的是沥青聚合物或合成橡胶。

2 复合土工膜

土工复合材料是两种或两种以上的土工合成材料组合在一起的制品。这类制品将各组合料的特性相结合，以满足工程的特定需要。不同的工程有不同的综合功能要求，故土工复合材料的品种繁多，可以说土工复合材料是当前和今后一段时期发展的大方向，而复合土工膜就是其中的一种。复合土工膜是将土工膜和土工织物（包括织造和非织造型）复合在一起的产品。应用较多的是非织造针刺土工织物，其单位面积质量一般为200～600 g/m2。复合土工膜在工厂制造时可以有两种方法：一是将织物和膜共同压成；另外也可在织物上涂抹聚合物以形成二层（俗称一布一膜）、三层（二布一膜）、五层（三布二膜）的复合土工膜。

3 复合土工膜防渗结构设计

3.1 复合土工膜规格选择

复合土工膜规格的选择与下垫层平整度、材料允许拉应力、材料弹性模量、铺设范围内的最大水头及覆盖层最大粒径等有关，土工膜厚度设计除应考虑主要由水压力要求的强度外，尚应考虑暴露、埋压、气候、使用寿命等应用条件，并按国家现行有关标准的规定确定设计厚度及实际厚度。

3.2 复合土工膜材料的选择

国内外土工膜所用的原材料主要是聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）两种。工程选料时，主要根据以下几个方面来选定合适的土工膜：

3.2.1 力学特性

上述两种材料制成的土工膜的拉伸强度相差不大。PVC膜与砂之间的摩擦系数明显大于 PE膜与砂之间的摩擦系数，摩擦角平均至少大5 °～6 °。这是一个关键性的指标，会影响到膜与土体接触面以及膜与其上保护层之间的滑动稳定性。

3.2.2 可连接性

土工膜无论出厂时幅有多宽，在实际使用时仍需将其幅与幅之间连接起来，以成为一个整体的防渗膜体。一般 PE膜只能用加热熔合的方式连接，而PVC膜除此之外，还可以采用特殊的黏合剂进行黏接。

3.2.3 经济性

目前两种材料的价格大体相当，一般均在10000元/t左右，而PE的比重小于PVC的比重，所以同样厚度的情况下每单位面积的价格PE膜要少一些。另外PVC膜出厂时的幅宽一般为1.5～2.0 m，PE膜幅宽可达4～4.5 m，相应地PE膜的接缝数量就 LLPVC膜的要少，因而搭接的用量就少一些，现场接缝的工作量也相应地少一些。

综合这三个方面的优缺点，再结合工程实际情况，可以对膜材做出合理的选择。

3.3 复合土工膜防渗体结构层设计

复合土工膜防渗结构自上而下依次为防护层、上垫层、防渗层、下垫层、支持层，由于坝体和库底土层为细粒土，整平夯实后可直接铺设土工膜，因此不再设下垫层。

3.4 复合土工膜防渗结构稳定计算

土工膜以上防护层和上垫层沿土工膜表面的滑动。这种情况的抗滑稳定验算一般采用土力学中的极限平衡法。由于土坡有不同工况，验算需要按正常运行，即水位保持不变，堤坝内有稳定渗流和非常情况（通常指外水位由某水位快速下降到某一低水位）进行。对于非常情况，还有上垫层材料是透水和不透水之分，后一情况是当该层与膜的交界面处存在过高的孔隙水压力，使强度显著下降造成的，这是验算中的一种最危险的控制工况。由于土坡有不同工况，验算需要按正常运行，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。复合土工膜稳定性验算根据公式计算抗滑稳定安全系数：K＝f/tgα。

式中：K：抗滑稳定安全系数；f：上垫层与土工膜之间的摩擦系数；α：坝坡坡角。

4 复合土工膜防渗斜墙的施工

4.1 施工准备

（1）复合土工膜材料质量检测，使用前委托相关实验部门对产品的各项技术指标进行检测，各项指标需均符合标准规定和设计要求。

（2）坡面应平整、密实、光滑，以防复合土工膜被刺破，须监理工程师验收合格后，才可以铺设复合土工膜。

（3）为了施工方便，保证拼接质量，复合土工膜应尽量采用宽幅，减少坝坡现场拼接量，施工前应根据复合土工膜幅宽、现场长度需要，在库内专用场地剪裁。

4.2 复合土工膜的铺设方法

复合土工膜的铺设要求在平地先将4 m窄幅拼接焊成20 m宽幅，然后在坡面自上而下，垂直于坝轴线方向通幅铺设。坡面铺设在坡面验收合格后，从堤顶向堤脚沿垂直于堤轴线方向缓慢展铺到坡脚齿槽外项处与库底土工膜丁字形相接。库底铺设在库底开挖验收合格后，从齿槽外顶向库内沿垂直于堤脚轴线方向缓慢展铺到库内25 m处。铺设应在干燥暖和天气进行，为了便于拼接，防止应力集中，复合土工膜铺设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，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。

4.3 复合土工膜的拼接

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，所以务必做好土工膜的焊接，确保焊接质量。

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，以便焊机在平整的基面上行走，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1.5～2.5 m/s，施焊温度为220～300 ℃。拼接焊缝两条，每条宽10 mm，两条焊缝间留有10 mm的空腔，用此空腔检查其焊缝质量。

4.4 复合土工膜的锚固

复合土工膜的锚固分上部与坝顶的锚固、库底与防渗铺盖的锚固，铺设复合土工膜时将复合土工膜紧贴在沟内侧，在沟槽内夯填土。

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3 王占臣.松江河梯级水电站小山站厂房围堰防渗结构设计[J].吉林水利，1995（01）