高　瑩，曹　寧，雒曉東

(1.西京學(xué)院，西安　710123;2.西安市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安　710068)

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土工合成材料在土石壩中的應(yīng)用

高瑩1，曹寧1，雒曉東2

(1.西京學(xué)院，西安710123;2.西安市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安710068)

作為一種新型防滲材料，土工膜和復(fù)合土工膜已經(jīng)在水利工程中得到了廣泛的應(yīng)用。但在土石壩等應(yīng)用過(guò)程中仍有一些問(wèn)題急需研究和解決。本文借鑒著國(guó)內(nèi)外土工合成材料的研究情況，分析了土工膜和復(fù)合土工膜的性能和特點(diǎn)，分析了現(xiàn)在應(yīng)用過(guò)程中存在的不足，并對(duì)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)作了展望。

土工合成材料； 應(yīng)用； 防滲

1　引　言

土工合成材料是巖土工程和土木工程建設(shè)中應(yīng)用的土工織物、土工膜、土工格柵、土工復(fù)合材料、土工特種材料的總稱(chēng)[1,2]。按照產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和形成工藝分類(lèi)可分為土工織物、土工膜、土工復(fù)合材料和土工特種材料四類(lèi)[3]。

土工合成材料具有多方面的功能，隨著土工復(fù)合材料的發(fā)展，所兼有的功能就更多?？偟恼f(shuō)來(lái)，土工合成材料具有反濾功能、排水功能、隔離功能、防滲功能、防護(hù)功能以及加固(筋)能六大功能[4-6]。其中復(fù)合土工膜主要作用是阻止液體滲透，可用作防滲、防潮隔層。土工膜是由聚合物或?yàn)r青制成的一種相對(duì)不透水的薄膜，具有良好的不透水性、韌性、抗老化性，適合用于水下工程。復(fù)合土工膜是聚合物和土工織物加熱壓合或膠粘劑粘合而成的復(fù)合材料，既能防止破壞而失去防滲作用，同時(shí)能夠增加砂、碎石接觸摩擦系數(shù)，是土石壩工程中理想的防滲材料[7-9]。

2　土工合成材料應(yīng)用

土工合成材料是在塑料、合成纖維的基礎(chǔ)上合成發(fā)展的。隨著各種塑料產(chǎn)品的不斷研制成功，不同類(lèi)型的土工合成材料也應(yīng)運(yùn)而生。1934年，土工合成材料開(kāi)始應(yīng)用在建筑行業(yè)；20世紀(jì)60年代初，合成土工合成材料開(kāi)始進(jìn)行廣泛應(yīng)用。1958年美國(guó)的Barret將聚氯乙烯織物鋪設(shè)在海岸塊石護(hù)坡的墊層中，1959年意大利的Sobeta將聚乙烯合成塑料土工膜應(yīng)用于堆石壩中。

在我國(guó)，土工合成材料的發(fā)展和應(yīng)用都較晚，但發(fā)展較快。20世紀(jì)70年代，我國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)并廣泛使用土工合成材料于土木工程中。在我國(guó)，渠系總輸水損失量為1730億立方米左右，占渠首總引水量的50%。全國(guó)已建防滲工程55萬(wàn)多公里，其中80%的渠道工程沒(méi)有做防滲處理。1960年以來(lái)外國(guó)開(kāi)始將土工膜應(yīng)用于渠道防滲，取得了良好的效果，包括河南人民勝利渠、山西人民引渭渠等。1965年桓仁水電站用瀝青聚氯乙烯熱壓膜貼于上游壩面以防止混凝土支墩壩的裂縫漏水，取得了良好的防滲效果，這是我國(guó)利用土工合成材料處理土石壩裂縫的首例。20世紀(jì)80年代以來(lái)，土工膜、復(fù)合土工膜開(kāi)始廣泛使用于土石壩防滲工程中，取得了成功的防滲經(jīng)驗(yàn)，并得到了技術(shù)推廣。在近二十年來(lái)，土工合成材料的測(cè)試技術(shù)、理論研究、技術(shù)創(chuàng)新、施工水平等都得到了全面的發(fā)展。目前已廣泛應(yīng)用于水利、公路、鐵路等領(lǐng)域。

隨著化纖工業(yè)的發(fā)展，新型材料和復(fù)合型材料土工合成材料得到了進(jìn)一步的應(yīng)用。國(guó)外以美國(guó)、德國(guó)、荷蘭等國(guó)家發(fā)展較快，亞洲主要以日本、韓國(guó)、中國(guó)發(fā)展較快。國(guó)外的研究重心主要是應(yīng)用和環(huán)保，而國(guó)內(nèi)更注重其耐久性[10-14]。

3　性能測(cè)試

為了保證在工程中選擇合格的土工合成材料，保證施工工程質(zhì)量，我們必須對(duì)所選擇的土工合成材料的性能有足夠的了解。針對(duì)土工膜、復(fù)合土工膜防滲特點(diǎn)，對(duì)西安及周邊5個(gè)相關(guān)工程中所采用的土工膜和復(fù)合土工膜進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，并對(duì)其測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行了分析研究。

3.1土工膜測(cè)試性能

土工膜測(cè)試性能指標(biāo)如表1所示。土工膜斷裂伸長(zhǎng)率均超過(guò)350%，說(shuō)明使用的土工膜具有很好的韌性和彈性，能夠適應(yīng)不同的施工條件，同時(shí)其滲透系數(shù)和耐靜水壓均較高，具有良好的防滲、抗破壞性能[15]。

表1　土工膜測(cè)試性能指標(biāo)

3.2復(fù)合土工膜測(cè)試性能

由于土工膜只有一層膜，在施工過(guò)程中易破損，因此在實(shí)際工程應(yīng)用中，多采用復(fù)合土工膜進(jìn)行防滲處理。復(fù)合土工膜(一布一膜)測(cè)試性能指標(biāo)如表2所示。由表2可知當(dāng)土工膜粘接一層土工布后，其性能指標(biāo)發(fā)生了較大的變化。其斷裂強(qiáng)度得到了明顯的提高，在施工過(guò)程中不會(huì)因?yàn)槭┕すに嚩斐赏凉つさ钠茡p[16]。同時(shí)土工布可以保護(hù)土工膜不會(huì)被砂、卵石碎石劃破，從而能夠保證土工膜的完整性。與此同時(shí)其滲透系數(shù)和耐靜水壓力并沒(méi)有發(fā)生較大的減弱現(xiàn)象，滿(mǎn)足了土石壩工程中的防滲性要求。

表2　復(fù)合土工膜(一布一膜)測(cè)試性能指標(biāo)

3.3土工膜的滲透性能

在土石壩工程中，主要應(yīng)用土工膜、復(fù)合土工膜進(jìn)行防滲擋水，其滲透性能主要是通過(guò)土工膜、復(fù)合土工膜兩側(cè)水壓力差完成，因此測(cè)試其滲透性能是土工膜、復(fù)合土工膜應(yīng)用中重要的一項(xiàng)指標(biāo)。

在保持土工膜、復(fù)合土工膜兩側(cè)水壓力差一定的條件下，測(cè)試透過(guò)試樣的水量來(lái)評(píng)價(jià)其滲透性能，繼而判定其抗?jié)B性能。一般情況下，土工膜和復(fù)合土工膜的滲透系數(shù)大致范圍為A×10-11～A×10-13cm/s。

4　土工膜的優(yōu)勢(shì)

土工膜是一種薄型、柔軟的防滲材料，具有防滲、韌性好等特點(diǎn)。具體特點(diǎn)如下：

(1)防滲性能好。土工膜致密、連續(xù)，只要在施工過(guò)程中設(shè)計(jì)正確，施工合理，就能達(dá)到最佳的防滲效果。

(2)韌性好。土工膜具有良好的柔韌性，延性和抗拉強(qiáng)度均較高，可以適用于不同形狀的渠道斷面，也可適用于可能發(fā)生的位移和沉陷。

(3)施工方便。土工膜質(zhì)量輕，在施工過(guò)程中主要是鋪膜和接縫處理，并不需要過(guò)于復(fù)雜的施工技術(shù)，方便快捷。

(4)耐腐蝕性強(qiáng)。土工膜具有較強(qiáng)的抗化學(xué)侵蝕和抗細(xì)菌侵害的性能，不受土壤酸、堿、微生物的侵蝕，耐腐蝕性能很好?？梢詮V泛使用。

(5)經(jīng)濟(jì)性好。每平米土工膜的造價(jià)約為每平米混凝土防滲造價(jià)的十分之一，較大的節(jié)省了成本，在保證防滲性能的基礎(chǔ)上，克服了土保護(hù)層糙率大、允許流速小和易滑塌等特點(diǎn)[17-19]。

5　土工膜應(yīng)用中遇到的問(wèn)題

5.1土工膜的產(chǎn)品質(zhì)量

土工膜的質(zhì)量是整個(gè)防滲工程中的重點(diǎn)。在運(yùn)輸過(guò)程中不得污染、破損，不得長(zhǎng)期曝曬。進(jìn)場(chǎng)時(shí)需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)規(guī)格檢驗(yàn)和損壞情況的檢查，對(duì)每一批到達(dá)工地的材料，都應(yīng)由監(jiān)理工程師進(jìn)行抽樣并委托檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后才能使用。

5.2土工膜的鋪設(shè)質(zhì)量

土工膜的鋪設(shè)應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求或規(guī)范要求，將下墊層的雜質(zhì)去除，以免劃傷土工膜。鋪設(shè)時(shí)不能有褶皺，不能鋪設(shè)過(guò)緊，要松緊適度，避免人為出現(xiàn)損傷。同時(shí)鋪設(shè)過(guò)程中鋪設(shè)人員不得穿硬底鞋操作。

5.3土工膜的接縫處理及保護(hù)處理

土工膜的接縫處理是防滲工程的重要環(huán)節(jié)，如果接縫不好，不但起不到防滲效果，反而會(huì)導(dǎo)致水從接縫處滲透到膜后。土工膜之間的連接主要是通過(guò)粘接劑來(lái)連接，粘結(jié)前要將連接處擦拭干凈，粘合后使用輥壓技術(shù)將其固化凝結(jié)，保證粘結(jié)牢固程度。粘結(jié)寬度一般為10 cm左右，粘結(jié)固化后應(yīng)進(jìn)行檢查，檢查和測(cè)試合格后方可進(jìn)行后續(xù)施工工序。

當(dāng)土工膜鋪設(shè)好后，應(yīng)及時(shí)覆蓋保護(hù)層以防止應(yīng)紫外線(xiàn)或其他意外事故而造成的破損情況。

6　展　望

復(fù)合土工膜具有質(zhì)量小、造價(jià)低、耐腐蝕、抗老化、施工方便等特點(diǎn)，已經(jīng)在堤壩、渠道等工程中廣泛使用，起到防滲防護(hù)的作用。但在工程應(yīng)用中，還是有一些問(wèn)題。首先復(fù)合土工膜易破損，會(huì)造成滲漏，其次鋪設(shè)過(guò)程中如果不合理會(huì)造成滑坡，第三在寒冷地區(qū)，如果在低溫條件下，土工膜會(huì)失去其防滲工程，第四，復(fù)合土工膜的抗紫外線(xiàn)能力較差，易老化。保護(hù)措施必須做足。在工程應(yīng)用中需將檢測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、管理等方面進(jìn)行協(xié)作協(xié)調(diào)，才能保證復(fù)合土工膜的良好應(yīng)用。

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Application of Geosynthetics in Embankment Dam

GAOYing1,CAONing1,LUOXiao-dong2

(1.Xijing University,Xi’an 710123,China；2.Xi’an Municipal Engineering Design & Research Insititute Co.Ltd.,Xi'an 710068,China)

As a new type of impermeable material, geomembrane and composite geotechnical membrane has in water conservancy engineering has been widely used. But in earth rock dams in the application process there are still some problems need to be studied and solved. This paper draws on the research situation at home and abroad geotechnical synthetic materials, analysis of the properties and characteristics of the geomembrane and composite geotechnical membrane, analyzes the problems existing in the application process, and the development trend in the future was prospected.

earthwork synthetic material；application；anti-seepage

陜西省教育廳專(zhuān)項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目(15JK2168)；西京學(xué)院?；?XJ130232).

高瑩(1986-)，女，碩士，講師.主要從事水利水電建設(shè)工程管理及土工合成材料防滲方面的研究.

A

1001-1625(2016)06-1748-03