复合土工膜防渗施工接缝加固方法

蒋学行，李翠玲，李娟，李晓红

（1.河南省水利科学研究院，河南 郑州 450003；2.河南沃特工程材料有限公司，河南 郑州 450003）

0 引言

聚乙烯复合土工膜具有质量轻、强度高、无毒、价廉等优点，被广泛应用于各类防渗工程中。在复合土工膜防渗施工中，接缝处理是施工最为重要的工序。若接缝不当，则将成为防渗系统的薄弱区，接缝质量控制是防渗施工质量控制的关键之一，直接影响整体防渗效果和工程质量。

复合土工膜出厂时一般预留施工接缝，接缝处的聚乙烯膜与无纺布是分离的。目前施工中，接缝大都采用膜与膜双缝焊接，非织造土工布之间缝合的方法见图1所示。由于目前使用的PE防渗膜普遍较薄，现场受风力、湿度、电压、尘土、基层平整度、坡度等多种因素的影响，膜焊接后存在烧洞、局部粘接强度过低等现象，尤其是0.3 mm以下的膜焊接质量非常差，现场采用热焊枪修补效果并不理想。接缝处的土工布与防渗膜之间是脱离的、松弛的，试验测得接缝强度仅为复合土工膜母材强度的20%～40%，达不到应用技术规范SL/T 225—98《水利水电工程土工合成材料应用技术规划》中不低于80%的技术要求。针对目前复合土工膜接缝焊接缝合法存在的缺陷，研究接缝的加固方法对于提高防渗工程质量具有重要的意义。

图1 PE膜双缝焊接，土工布缝合接缝示意图

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

试验选用两布一膜型PE复合土工膜，PE膜厚0.30 mm，上下层为长丝非织造土工布，各重150 g/m2。其主要技术指标见表1。

表1 复合土工膜性能指标

接缝加固选用KS热熔胶黏剂（简称KS胶），粘接防渗膜技术指标见表2。

表2 KS热熔胶黏剂粘接技术指标

1.2 试验方法

为便于接缝与母材力学性能对比，评价接缝效果，按照GB/T 15788—2005《土工布及其有关产品宽条拉伸试验》的试验方法测定接缝拉伸断裂强度。在直径200 mm抗渗仪上，按GB/T 19979.1—2005《土工合成材料防渗性能第1部分：耐静水压的测定》标准测定接缝处耐静水压力；以900 ml/min进水速度测定接缝处水胀破压力。

2 接缝加固方法

1）先将紧邻预留接缝处膜与土工布之间结合不牢固的母材膜布剥离，这是母材的强度薄弱部位（可能是膜与土工布热合过程中，粘接不牢造成的）。见图2、图3中A部位。

2）预留接缝中膜双缝焊接后，采用KS热熔胶黏剂将膜与土工布、土工布与土工布粘合成一体。见图2、图3。

图2 膜焊接，膜与上部土工布、土工布与土工布之间KS胶粘合接缝示意图

图3 膜焊接，膜与上下土工布、土工布与土工布之间KS胶粘合接缝示意图

3 试验结果及分析

3.1 接缝强度试验结果

按照上述试验方法测定了接缝、加固后的接缝以及母材的断裂强度，结果见表3。

从表3可以看出接缝实施加固措施后，效果是显著的。膜焊接、膜与上部土工布、土工布与土工布之间采用KS胶粘合的接缝方法比膜焊接、膜上部土工布缝合的接缝法断裂强度提高159%，达到母材强度的70%；膜焊接，膜与上下土工布、土工布与土工布之间采用KS胶粘合的接缝方法比膜焊接、膜上部土工布缝合接缝法断裂强度提高257%，达到母材强度的97%，断裂点发生在A处。接缝强度达到不低于母材强度80%的技术要求。

表3 复合土工膜不同接缝方式接缝断裂强度

试验绘出了母材、不同接缝方式拉伸应力应变曲线，见图4所示。

图4 母材及不同接缝方式拉伸应力应变曲线

图中：①为母材的拉伸应力应变曲线；②为膜焊接、上部土工布缝合后接缝拉伸应力应变曲线；③为膜焊接后、膜与上部土工布、土工布与土工布之间采用KS胶粘合加固后接缝拉伸应力应变曲线；④为膜焊接后、膜与上下部土工布、土工布与土工布之间采用KS胶粘合加固后接缝拉伸应力应变曲线。

图4中曲线②的第一个峰值为防渗膜拉伸屈服点，第二个峰值为防渗膜断裂点，第三个峰值为缝合土工布断裂点。在第二个峰值时测定的强度应为接缝的断裂强度，在第二个峰值后，防渗膜已断裂失去防渗功能，在第三个峰值时测定的极限强度不能为接缝的断裂强度。

3.2 抗渗性能试验结果

按照上述试验方法测定了接缝、加固后的接缝以及母材的抗渗性能，试验结果见表4所示。

从表4中可以看出，不同强度的接缝和母材均可以达到0.6 MPa静水压下不渗漏。在试验中试件背水面设置有孔径3 mm的垫板，细孔垫板的支撑作用致0.6 MPa静水压下抗渗性能表现不出差异，难以反映出真实的抗渗性能。

表4 耐静水压力与胀破压力试验结果

表4中胀破压力是在无垫板无支承情况下测定的，可以真实地反映出复合土工膜抗渗强度的相对大小。从表4中可以看出目前工程常用的膜焊接、膜上部土工布缝合的接缝方法接缝抗渗强度仅为母材抗渗强度的36%，采用KS胶加固后的接缝抗渗强度超过母材抗渗强度。主要原因：一方面接缝处膜与土工布粘结成一体，KS胶层又具有一定的厚度，可使接缝抗渗强度大大提高；另一方面预留接缝处防渗膜厚度高于母材体内膜的厚度；工厂在复合土工膜生产过程中膜没受高温老化及辊压破坏的影响。

4 结语

1）目前复合土工膜采用的膜焊接、膜上部土工布缝合的接缝方法，接缝处断裂强度和抗渗性能与母材相比偏低，接缝成为复合土工膜防渗系统中最薄弱的部位，接缝存在的问题要引起重视。提高复合土工膜施工中接缝的强度和抗渗性能，有利于确保防渗工程的系统性和整体性，提高工程质量。

2）在试验研究的基础上，提出了膜焊接后、膜与土工布、土工布与土工布之间用KS热熔胶黏剂粘合加固的接缝方法是可行的，接缝强度达到了《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》要求，同时修补了膜焊接后的缺陷，提高了接缝抗渗性能。

3）试验研究中发现有些复合土工膜预留接边与母材相邻部位的强度会远远低于母材的强度。建议复合土工膜生产厂家改进生产工艺，提高该部位膜与布的结合强度。

4）上述复合土工膜接缝加固方法已在郑州市世纪欢乐园人工湖复合土工膜防渗施工中推广应用，该人工湖运行8年，收到了较理想的效果，另外在南水北调中线干渠防渗等工程中得以推广应用。实践证明该方法易于现场操作，施工速度快，粘接强度高，接缝防渗效果好。

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