乌东德水电站围堰土工膜质量控制

杨俊峰，兰 肃

(中国水利水电建设工程咨询西北有限公司，西安 710065)

0 前 言

乌东德水电站河床围堰设计为3级挡水建筑物，挡水标准按50年一遇洪水设计。上、下游围堰采用土石围堰结构形式，堰体防渗采用“复合土工膜+塑性混凝土防渗墙+墙下帷幕灌浆”的形式。上游围堰堰顶高程873.00 m，堰顶宽度10 m，最大堰高67 m；高程832.00～841.00 m段为垂直防渗，高程841.00～873.00 m段为斜面防渗，防渗水头41 m，防渗级别二级；复合土工膜斜墙最大高度40.0 m；塑性混凝土防渗墙最大深度90.5 m，厚度1.2 m；帷幕底线高程727.00 m，最大孔深130.0 m。下游围堰堰顶高程847.00 m，堰顶宽度10 m，最大堰高42 m；高程829.00～847.00 m段采用心墙垂直防渗，防渗水头18 m，防渗级别3级；土工膜心墙最大高度17.5 m；塑性混凝土防渗墙最大深度91.0 m，厚度1.2 m；帷幕底线高程728.00 m，最大孔深101.0 m。围堰复合土工膜采用“二布一膜”，膜材为高密度聚乙烯土工膜(HDPE)。土工膜防渗体结构由上至下依次为：保护层钢筋石笼、喷混凝土，防渗层复合土工膜，支持层无砂混凝土。

乌东德水电站围堰防渗结构中复合土工膜施工质量直接影响围堰的防渗效果，必须对土工膜施工工序做好事前、事中、事后3个阶段的质量管控。

1 事前质量控制

1.1 原材料事前控制

1.1.1 土工膜设计性能指标

(1) 抗拉强度(经、纬向)≥20 kN/m；

(2) 上游围堰主膜厚度≥1.2 mm，土工布为500 g/m3；

(3) 渗透系数K=i×10-11～i×10-12cm/s；

(4) 伸长率ε>30%(设计明确为：断裂伸长率)；

(5) 耐静水压>0.5 MPa。

1.1.2 土工膜进场验收、抽样检测及外观检查

(1) 进场验收

土工膜到场后，验收项目包括：发货清单、检测报告、合格证等出厂产品相关质量证书验收。

(2) 进场抽样检测

1) 抽样检测数量按交货批号的同一品种、同一规格作为检验批，同一批产品中≤50卷批次最少取样2卷；>50卷批次最少取样3卷[1]。

2) 特性检测项目为厚度、断裂强度、断裂伸长率、撕裂强力、渗透系数等，具体检测结果详见表1。

表1 复合土工膜特性检测结果表

(3) 外观质量检查

土工膜在铺设前，每卷土工膜须进行外观质量检查。外观质量分轻缺陷和重缺陷2种，不允许出现重缺陷，轻缺陷每200 m2应不超过5个，外观质量不符合要求的土工膜禁止使用。

1.2 施工工艺事前控制

(1) 监理单位组织召开技术交底会，使施工单位充分理解工艺技术特点。

(2) 施工单位结合工艺技术特点，编制专项技术方案及作业指导书，从组织、制度、措施和经济等方面形成保证体系。

(3) 施工单位根据工程结构和设计要求，绘制土工膜铺设顺序和分区分块图，对土工膜每条焊缝进行编号。

(4) 施工单位应对土工膜施工的焊接、质检、试验检测人员进行岗前培训，考核合格方可上岗，人员更换必须经监理同意。

(5) 施工单位应将选用的焊接及检测设备的性能、技术参数及数量报监理备案，设备进场后监理根据设备清单进行核对，设备更换必须报监理同意。

(6) 土工膜作业范围周边应做好安全防护围挡，实行封闭式管理。

2 事中质量控制

2.1 土工膜存储与运输

(1) 施工单位应设立符合要求的土工膜堆放仓库，并安排专人管理，同时做好土工膜的出入库管理工作。领用和退库需填写申请表，并经现场监理确认后方可进行。

(2) 土工膜运输装卸过程如采用人工配合汽车吊装卸，吊绳宜用尼龙编织带等柔性绳带，不得使用钢丝绳等绳索直接吊卸，禁止野蛮吊卸。

2.2 土工膜焊接工艺试验

(1) 施工现场焊接工艺试验包括：热熔焊接和挤压焊接，工艺试验不代替试焊。

(2) 通过焊接工艺试验确定土工膜焊接施工的焊接温度、预热温度、焊接速度等工艺参数。

(3) 完成工艺试验后，及时组织参建四方进行工艺试验评审，固化确认试验成果。

2.3 土工膜施工

2.3.1 现场施工要求

(1) 在土工膜铺设开始后，严禁在可能危害土工膜安全的范围内进行开挖、放炮、凿洞、电焊、燃烧、排水、运输等交叉作业，土工膜施工现场严禁吸烟或使用各种火源[2]。

(2) 所有进入土工膜施工现场的人员必须穿软底鞋或棉袜，不得穿钉鞋、高跟鞋及硬底鞋等。

(3) 已完成焊接铺设的范围禁止所有车辆、施工机械入内，除检测人员外，其他闲杂人员一律不许入内。

(4) 土工膜施工过程中，施工单位应认真执行三级检查制度，每道工序经施工单位三检自查合格、监理单位复检合格后，方可进行下一道工序施工。

2.3.2 土工膜施工程序及注意事项

土工膜施工程序：支持层清锥清尖→放样→铺设土工膜→土工膜裁剪→试焊土工膜→焊件检验→焊接土工膜→取样检验→临时压固→检查验收。

(1) 清除土工膜铺设范围内支持层上各种锥形、尖棱杂物。

(2) 土工膜铺设前，施工单位应进行现场测量放样、标线，精确定位各膜块位置。

(3) 每天展开的土工膜卷不得超过当天的焊接范围；并且在恶劣天气来临时，适当减少展开土工膜的卷数。

(4) 土工膜的裁剪须在平坦宽阔且不能有损坏膜的坚硬块石场地进行，裁剪前先测量相关铺设尺寸，然后按实际尺寸裁剪，并逐片编号作记录，编号应唯一、不重复。土工膜裁剪必须使用专用勾刀。

(5) 在边坡铺设大块或整卷土工膜时，不能采用靠重力自由滑落的方式，土工膜卷在打开时应得到控制，例如拉动、抬起或者卷起。铺设方式必须保证土工膜和其他任何下层的土工材料不受到损害。

(6) 每块已安装的土工膜块，必须使用不易磨去的墨水清晰注明：铺设顺序号码、所在卷号码、铺设日期。

(7) 土工膜铺设时应考虑材料热胀冷缩导致的尺寸变化，预留出伸缩量，且应避开夏季中午高温时段。

(8) 施工现场应准备足够的临时压载物，所有外露的土工膜边缘须用砂袋或旧轮胎等压载物压覆，以避免土工膜被风吹起和被拉出周边的锚固沟。

2.3.3 焊接及取样检测要求

(1) 土工膜焊接包括热熔焊接和挤压焊接2种，热熔焊接为施工中的主要焊接方式，挤压焊接方法主要用于修复和热熔焊机达不到的地方焊接。铺设展开完成后，要及时焊接，其搭接长度按照热熔焊接(100±25) mm、挤压焊接(75±20) mm控制。

(2) 每个焊接试验截取3个样品，焊缝两端各取1个、中间取1个。样品宽25.4 mm、长度应满足拉力机的检测要求。其中端部2个样品进行剥离检测，中间样品进行粘接缝焊接力(剪切力)测试，检测结果应符合要求。

2.4 修补要求

(1) 在施工过程中出现的所有缺陷，施工单位必须清晰地在土工膜上标明，并进行缺陷信息记录。

(2) 修补合格后，施工单位应在土工膜表面记录：修补日期和时间、技术人员签名。并进行土工膜修补信息记录。

(3) 土工膜缺陷修补的主要形式

1) 补片修补

补片适用于修补所有的撕、破洞和穿过整个土工膜的针孔破洞(真空检测的针孔除外)，还可用于覆盖不均匀的树脂和外来物质(如汽油、油等)污染的部位，或其它表面缺陷。补片一般为圆形，大小必须超出缺陷范围200 mm，并且保证补片平整完好、无卷缩。

补片和缺陷的地方必须没有污物、水分、杂质和标志。修补焊接前，须用热风焊枪将补片临时粘接在土工膜表面；补片周边须用角磨机打磨出粗糙的表面，并在接缝的地方产生一个斜边。打磨必须在永久焊接前1 h内完成。热风焊枪和打磨均不得引起土工膜过度熔解、磨损或穿洞。

尽量减少补片的数量。相邻缺陷必须用1块大补片去修补，补片过多的地方还应采用整块补片或土工膜修补。

2) 挤压接缝帽(盖帽)

挤压接缝帽适合修补不合格的搭接焊缝，修补前必须用角磨机将接缝表面磨毛，接缝周边也要进行磨毛，从而在挤压焊接的地方产生一个粗糙的表面和在接缝的地方产生一个斜边。打磨必须在修补焊接前1 h内完成。打磨不能引起膜的过度磨损或穿洞，同时不能明显超出挤压焊接的范围。

3) 打磨焊接

打磨挤压焊接适用于修补长度小于300 mm的小型挤压接缝缺陷，以及小的表面损伤和没有穿透整个土工膜厚度的局部缺陷。

焊接前须在修补的地方打磨产生一个粗糙的表面，打磨必须在永久焊接前1 h内完成。

2.5 土工膜施工干扰问题

(1) 土工膜施工期间，将会与围堰填筑、保护层喷混凝土及石笼吊装、周边帷幕灌浆存在交叉作业。一般遵循“上层施工、下层停工”的原则，尽可能避免出现上下交叉作业的现象。

(2) 无法避免土工膜与其他部位作业施工交叉，或者已施工完毕的土工膜上部进行其他作业时，施工单位应采取土工膜表面堆放沙袋(范围不少于10 m)等方式做好防护措施，其他作业施工单位也必须制定全面有效的防护措施，并经监理单位验收合格后方可进行。

2.6 雨季施工措施

(1) 为有效控制防渗膜焊接质量，雨季施工时必须用干净纱布擦净、擦干待焊接的两幅防渗膜接缝，必需时可用热风器稍稍进行烘干，以确保焊缝焊接质量。

(2) 雨季施工时，应加强对焊机的维护工作。每天焊接施工结束后，须用干净棉布把焊机擦拭干净；因下雨无法施工时，应用防水塑料布把焊机包好，放于干燥处，以减少天气潮湿对焊机电路板和传感器等造成的损害。

(3) 雨后施工时，必须对焊接参数进行调整，试焊检测合格后方可施工。

(4) 及时掌握未来3～5 d的天气预报，并根据天气变化合理安排施工进度。

(5) 已铺好的膜必须及时焊接，以避免因雨水下漏造成场底湿滑泥泞无法施工。

3 事后质量控制

3.1 土工膜焊接质量检测

(1) 非破坏性检测

施工单位须对每条焊缝进行非破坏性检测，检测在焊接完成4 h后进行。热熔焊接应进行气压检测，合格率为100%；挤压焊接应根据焊缝条件选择进行真空检测或电火花测试方法，合格率为100%。

(2) 破坏性检测试样数量

施工单位应在已铺设焊接的土工膜上取样进行焊缝破坏性检测，施工初期按约1 000 m2抽取1个1 000 mm×350 mm样品，随着焊工水平的提高和焊接面积的增加逐渐递减到每5 000 m2～10 000 m2抽取1个样品，强度测试要求合格率为100%[3]。

(3) 焊缝强度破坏性检测要求及成果

每个试样裁取10个25.4 mm宽的标准试件，分别做5个剪切实验和5个剥离实验。每种实验5个试样的测试结果中应至少有4个符合要求，且平均值应达到标准值要求、最低值不得低于标准值的80%判定通过强度测试[4]。

如不能通过强度测试，须在测试失败的位置沿焊缝两端各6 m范围内重新取样测试，重复以上过程直至合格为止。对排查出有怀疑的部位用挤压焊接的方式加以补强。

4 结 语

通过加强对土工膜施工工序的质量管控，乌东德水电站围堰工程在施工中，有效地保障了围堰防渗效果。围堰工程完工后经过了1个汛期的检验，运行良好。土工膜施工虽然简单，但工艺要求高，尤其是热焊接工艺不易掌握，检测方法不易把握，需要培训熟练的施焊操作人员，有针对性地解决现场出现的各类焊接质量问题。

参考文献:

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.土工合成材料非织造布复合土工膜：GB/T17642-2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

[2] 国家能源局.水电工程土工膜防渗技术规范：NB/T35027-2014 [S].北京：中国电力出版社，2015.

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.土工合成材料 聚乙烯土工膜：GB/T 17643-2011[S].北京：中国标准出版社，2012.

[4] 中华人民共和国建设部.生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范：CJJ 113-2007 [S].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[5] 黄辉，施召云.两河口水电站庆大河挡水坝复合土工膜施工质量控制[J].施工技术，2014(43)：645-647.