土工膜在江坪河水电站工程中的应用

彭 凯，殷彦高，王国辉，欧红光

(中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014)

1 江坪河复合土工膜方案设计

江坪河水电站建设历程长、过程复杂，因种种原因，对大坝中下部面板增设复合土工膜。从大坝停工前的填筑高程375 m、一期面板顶高程360 m、泄洪放空洞底板高程370 m等施工控制性高程和水库放空条件等方面综合考虑，确定土工膜顶高程设在382.0 m高程。考虑到坝高219 m，水库蓄水后，接缝位移可能较大，为提高接缝止水的防渗效果，将382.0 m高程以上的周边缝及面板垂直缝处复合土工膜延伸至坝顶。复合土工膜周边固定在趾板上。土工膜铺设面积约3.1万m2。

(1)分区分仓密封设计。借鉴船舶设计经验，每块面板土工膜独立分区，在分区的基础上，又对每块面板分别在325、362 m高程处设置两道水平分隔密封，避免一点渗漏全区贯通。382 m高程以下趾板，距周边缝2.0 m范围铺设土工膜。

(2)跨缝设计。从弥补面板或接缝止水可能的缺陷，提高防渗效果，以及土工膜的稳定等因素考虑，实现土工膜对面板和接缝止水的全覆盖。顺面板坡向，土工膜密封压条、螺栓与面板表层止水系统共用。土工膜在周边缝、垂直缝部位的跨缝设计见图1、2。

(3)分期施工设计。根据面板施工分期，分两期施工，一期铺设顶高程358.0 m，在358.0 m高程处，土工膜不断开，采取粘贴或其他方式对端口进行临时密封固定，以免施工过程中雨水浸入，同时应做好防风破坏等措施。各相邻条幅土工膜水平分缝不应设在同一高程，各条幅土工膜水平接缝错距不小于1 m，以尽量避免十字型焊接接头。

图1 压性垂直缝复合土工膜固定连接

图2 张性垂直缝/周边缝复合土工膜固定连接(单位：mm)

表1 江坪河大坝土工膜性能参数

(4)土工膜顶高程的密封与固定。为确保土工膜密封可靠性，分别在382、381、 380 m高程各设一道止水密封。每一道密封均用两层橡胶垫夹一层光面膜+扁钢+膨胀螺栓止水和固定。为防止从螺栓孔漏水，在每一道密封的上部，再焊接一层土工膜，覆盖膨胀螺栓和扁钢。

2 复合土工膜的选用及其性能参数

江坪河水电站坝高219 m，水压力大，对土工膜的要求高。综合考虑水压力、大坝变形特性、面板接缝位移、土工膜的拉伸强度、断裂伸长率、低温弯折性能、耐静水压力、渗透系数、热老化性能、胀破强度、刺破强度等因素，选用PVC聚氯乙烯土工膜，厚度为2.5 mm(500 g/m2)。其主要性能参数见表1。

3 施工工艺

3.1 土工膜的铺设

(1)施工前，应划分施工区域，精确定位，按施工区域和测量定位有序施工。每块混凝土面板作为一个分区单元。

(2)下料前，应建立膜块命令系统。PVC膜的裁剪应选择在平坦宽阔且不能有损坏PVC膜的坚硬场地进行，裁剪之前，先丈量相关铺设尺寸，然后用专用勾刀按实际尺寸进行裁剪，并逐片编号作记录，以便在今后的铺设、检测、竣工资料、竣工图中使用。

(3)丈量铺设尺寸时，要考虑如下相关因素，即两幅土工膜之间的搭接宽度为100 mm，并应保证最小宽度不小于80 mm。为方便施工和保证施工质量，PVC土工膜铺设应根据锚固螺栓的间距，分段从上至下铺设，锚固孔至PVC膜的边沿必须保证50 mm 的宽度，条幅宽应不小于2 m，切边应整齐。铺设安装PVC防渗膜时，要求平整、松弛，应预留设计要求的变形量。

(4)土工膜宜人工装卸，若采用机械吊装时，吊绳宜用尼龙编织带一类柔性绳带，不得使用钢丝绳等一类绳索直接吊卸，绝对禁止野蛮吊卸。

(5)土工膜周边采用不锈钢压条及螺栓进行固定密封，各分区防渗膜的密封固定采用不锈钢压条、密封垫、密封胶等进行固定。防渗膜安装的不锈钢压条、螺栓与分缝处表层止水防渗盖片共用。为方便施工，保证施工质量，PVC土工膜铺设应根据锚固螺栓的间距，协调表止水施工进度，分段从上至下铺设，分段长度根据现场实际情况确定。

(6)在边坡铺设大块或整卷PVC膜时，不能使用靠重力自由滑落的方式，PVC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PVC膜和其他任何下层的土工材料不受到损害。

(7)每块已安装的PVC膜块，必须使用不易磨去的墨水粗体清晰注明：铺设顺序号码，所在卷号码，铺设日期。

(8)不同幅土工膜的搭接接口应铺设为T型、F型接口，尽量避免十字接口，土工膜铺设流程见图3。

图3 土工膜铺设流程

3.2 土工膜的焊接

(1)复合土工膜PVC膜接缝采用热熔焊接联接，一般焊接温度为250～350 ℃，速度1～2 m/min。

(2)焊缝搭接宽度不小于50 mm，焊缝为宽10 mm、缝间距15 mm的双焊缝。局部短距离焊接、T型接头、F型接头和缺陷修补使用电熨斗进行挤压焊接。

(3)复合土工膜室外施工宜在气温 5 ℃以上，风力 5 级以下并无雨雪天气下进行。焊接时，焊接缝接面必须使用棉布擦拭，并使用电吹风烘干，粘结面上不得有油污、灰尘。雨雪天必须施工时，应在雨棚下作业，以保持粘结面干燥。

(4)复合土工膜焊接强度不低于母材强度。

3.3 土工膜的固定连接

不锈钢压条和螺栓密封固定系统具体构造措施如下：

(1)对安装密封压条处的混凝土表面进行打磨清洗吹干后，采用环氧胶泥进行找平，找平宽度200 mm。

(2)安装化学螺栓，螺栓间距250 mm。

(3)在找平区域涂聚氨酯密封胶，然后安装上EPDM橡胶密封条，在橡胶密封条上再涂一道密封胶。

(4)将PVC土工膜穿过固定螺栓，安装在橡胶密封条上，并铺设平整。

(5)在土工膜上涂一层密封胶后，安装上层橡胶密封条，用不锈钢压条压实，并拧紧螺栓螺母固定。

3.4 土工膜的缺陷修补

PVC膜在生产、运输和施工中，产生的划痕、折损、烫损、孔洞、虚焊、漏焊和检测针孔等缺陷的修补，采用外贴光面PVC膜利用挤压焊机将上下两层PVC膜热熔粘结。

修补部位用1 cm宽度锯条人工适度搓毛，并保持焊接面清洁干燥。搓毛范围稍大于用于修补的PVC膜面积大小。修补完成后须100%检测其渗透性。

4 质量控制

复合土工膜施工质量控制措施如下：

(1)铺设范围内实行封闭作业。

(2)应在气温5 ℃以上，膜温20 ℃以上(电吹风加热)，风力5级以下，无雨、无雪的干燥温和的天气时进行符合土工膜的焊接工作。

(3)焊接操作人员、质量检测人员、修补人员必须经过培训合格，操作熟练后才允许持证上岗。

(4)所有与土工膜接触面必须平整、无杂物、油污，复合土工膜搬运过程中不得撕裂外包装，避免受损破坏；土工膜焊接接触部位必须干燥、洁净。

(5)在焊接过程中，随时注意焊机的运行情况，根据现场实际情况对焊机行走速度和压力进行微调；当施工环境不满足技术要求或影响焊接质量时，停止复合土工膜焊接。

(6)不宜长时间暴露，施工中宜边铺、边焊接。

(7)接缝边缘位置校正和剥离检测时，采用多人手钳细心拉拽，避免土工膜集中受力破坏。

(8)作业时，工具要求轻拿轻放，小型工具采用专用工具箱存放，工具或工具箱与复合土工膜接触部位可采用柔软的材料加以防护；施工电源采用护套线，并加装漏电保护器，避免电缆短路着火烫伤土工膜。

(9)上游铺盖施工前，对土工膜面进行全面的检查验收，并对表面褶皱及时处理。蓄水初期，保持水位缓慢上升，避免坝体沉降过快导致复合土工膜尤其是周边缝附近土工膜受到破坏。

(10)焊接作业中，随时进行安全检查，确保作业标准化、规范化。

5 质量检测

(1)复合土工膜材料的检查。首先对每批复合土工膜进行外观检查，再对其物理性能、水力学性质、力学性能和耐久性能进行抽样检验。

(2)施工期质量检查验收。①在复合土工膜被覆盖前，应检查有无漏接，接缝是否无烫损、无褶皱，铺设是否平整。②拼接缝强度的测试检验。每1 000 m2取一个试样，做拉伸强度试验，要求接缝处强度不低于母材，且试件断裂不得在接缝处，否则接缝不合格。③焊缝质量检测。所有焊缝应在焊缝完全冷却后进行检测，焊缝质量检测应遵循相关试验规程。检测方法采用充气法和真空法。充气检测法即用于双焊缝质量检测，充气长度30～60 cm，充气压力0.10～0.25 MPa，保持1～5 min，压力无明显下降即为合格。真空检测法用于单焊缝、T型及F型结点和修补点质量检测，真空压力不小于0.005 MPa，保持30 s，肥皂液不起泡即为合格。

6 结 语

复合土工膜具有良好的耐久性、优异的延展性能以及耐静水压力高、渗透系数低、抗刺破能力强、施工焊接性能优越等特点，在水利水电工程中的应用日益广泛，不仅用于围堰的防渗设计，也用于许多中低坝的防渗设计以及大坝的漏水修复处理等。而在200 m级高面板堆石坝中的应用，国内外尚属首次，借鉴船舶设计理念，对江坪河复合土工膜进行了分区分仓密封设计，且土工膜密封压条和螺栓与面板表层止水压条和螺栓共用，既避免了一点渗漏全区贯通的缺点，提高了土工膜的防渗效果，又有利于土工膜在施工和运行期的稳定，具有创新性。

江坪河水电站大坝建设实际情况表明，在1∶1.4的斜坡上大面积施工土工膜是可行的，只要按照设计要求施工，严把质量关，其施工质量是可以保证的；选用复合土工膜作为大坝中下部面板的加强防渗措施是合适的，可为复合土工膜在高坝防渗技术中的应用积累经验。