复合土工膜以塑料薄膜作为防渗基材,与无纺布复合而成的土工防渗材料,它的防渗性能主要取决于塑料薄膜的防渗性能。目前,国内外防渗应用的塑料薄膜,主要有聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA),它们是一种高分子化学柔性材料,比重较小,延伸性较强,适应变形能力高,。耐腐蚀,耐低温,抗冻性能好。其主要机理是以塑料薄膜的不透水性隔断土坝漏水通道,以其较大的抗拉强度和延伸率承受水压和适应坝体变形;而无纺布亦是一种高分子短纤维化学材料,通过针刺或热粘成形,具有较高的抗拉强度和延伸性,它与塑料薄膜结合后,不仅增大了塑料薄膜的抗拉强度和抗穿刺能力,而且由于无纺布表面粗糙,增大了接触面的摩擦系数,有利于复合土工膜及保护层的稳定。同时,它们对细菌和化学作用有较好的耐侵蚀性,不怕酸、碱、盐类的侵蚀。
鉴于复合土工膜部分现场观测成果合成材料在工程应用中具有一定的抗老化能力,故有些X的某些文件中对其使用年限作了较为宽限的规定,如前苏联BCH07-74《土石坝应用聚乙烯防渗结构须知》中规定,聚乙烯复合土工膜可用于使用年限不X过50年的建筑物。奥地利林茨公司发表的“聚丙烯复合土工膜土工合成材料的长期性状”一文中的结论写道:“对聚丙烯的15年以上的现场应用经验表明,它们的化学和生物稳定性高;织物的X大损坏是在施工中;铺设以后没有大变化;……可预期X过100年的稳定性。
现在又有种新型的复合土工膜--经编复合土工膜。经编复合土工膜以合成纤维(或玻璃纤维)为增强材料,通过与复合土工膜复合而成的新型土工材料。经编复合土工膜不同于一般复合土工膜。其X大特点是经线与纬线的交叉点不弯曲,各自处于平直状态。用捆绑线将两者捆扎牢固,可全面较均匀同步,承受外力,分布应力,且当施加的外力撕裂材料的瞬时,纱线会沿初裂口拥集,增加抗撕裂强度。经编复合时,即利用经编捆绑线在经,纬纱与短纤针刺非织防水土工布的纤维层间反复穿行,使三者编结为一体。因而经编复合土工膜既具有高抗拉强度,低延伸率的特点,又兼有复合土工膜的防水性能。因此经编复合土工膜是一种具在加筋增强、隔离、防护作用的防渗材料。它是当今国际上高水平的应用土工复合材料。
复合土工膜的使用年限问题,主要是由塑料薄膜是否失去防渗隔水作用而定,据苏联X标准规定,水工用的厚度为0.2m的加稳定剂的聚乙烯薄膜,在清水条件下工作年限可达40~50年,在污水条件下工作年限为30~40年。因此复合土工膜的使用年限足以满足大坝防渗要求的使用年限。
铺膜范围的确定
周头水库大坝本为心墙坝,但由于垮坝,造成了心墙上部的脱节,为解决上部防渗问题,原来加做了防渗斜墙。根据本次周头水库大坝的安全论证分析,为解决因大坝多次滑坡而造成的渗漏弱面及坝基渗漏,在垂直防渗方面采取了基岩帷幕灌浆,接触面灌浆,冲抓套井回填帷幕及高喷防渗板墙等防渗体形成。上部斜墙部位采用复合土工膜铺盖防渗,下与垂直防渗墙相衔接,上至358.0m高程(高于校核洪水位0.97m)。具体位置及工程量见设计图。
复合土工膜的选型
目前,国内生产复合土工膜的厂家比较多,产品规格也五花八门,有一布一膜,一布二膜,二布一膜,二布二膜及多布多膜等。型号有200g/m2~1000g/m2等,亦可由用户根据自己的实际情况提出要求,由厂家根据要求单X生产。
为了安全起见,要求实际土料X大颗粒直径d不大于6mm,故本工程采用筛制的粉质粘土,其它要求与坝体土料填筑要求一样。保护层取200mm,下面100mm用筛制土,上面100mm用非筛制土。对非筛制土,应挑出较大石块等其它杂物。
护面设计
因为坝坡面是挡水建筑物,要承受风浪压力,所以必须要有护面措施,本工程设计采用干砌大块石护面。
护面块石必须坚硬、密实、能长期耐风化,并有一定有重量个体,能够承受风浪压力及水流冲刷力的作用。
护面块石的重量及Q及护面厚度参照《堤防工程设计规范》GB50286—98)中附录D.3的方法确定。计算公式:
式中:Q——主要护面层护面块石个体质量(t)
rb——人工块石的重度(KN/m3)rb=24KN/m3
r——水的重度r=10KN/m3
H——设计坡高H=
KD——稳定系数,KD=5.5
t——块石护面层厚度
n——护面块石层数n=1
c——系数c=1.4
m——斜坡坡度
经计算:Q=48kg,t=0.29m,取干砌块石护面厚度t=0.3m。
为防止风浪水流将坝壳保护层粘土颗粒带走,在块石护面下铺设厚度为0.1m的碎石(砂砾石)作垫层兼反滤层。
复合土工膜防渗体施工技术要求
工艺流程
周头水库大坝复合土工膜防渗采取边挖、边铺、边夯、边护的区段循环作业,其施工工艺流程见图5.5.3.2
图复合土工膜防渗施工流程图
基面清理
基面一定在按设计要求清理好,这是确保防渗效果的关键,特别是对尖石、树根等杂物要彻底清除干净,基面不允许有局部凹凸现象,清理好的基面要用夯锤或夯板夯紧,使之密实平整。
复合土工膜铺设
铺膜时,一定要由上下而上铺设。膜与膜之间及膜与基面之间要压平贴紧,但不宜将膜拉得过紧,一般要略松一点,但不能在膜底留有气泡。因为复合土工膜比较薄且很轻,铺好以后,在未铺好保护层以前,极易被风吹动,所以一次铺膜面积不宜达大,X好边铺膜边盖保护层土料。
根据厂家提供资料,复合土工膜幅宽1.0~1.9m,本工程选用1.9m幅宽,以减少接头用料。接头有热粘、胶粘、搭接等方法,本工程设计采用胶粘,接缝宽50mm。
若发现复合土工膜的刺破或撕破之处,一定要用三倍于破损面积的复合土工膜胶粘贴补好。