土工膜在防滲工程中的探索與實(shí)踐

孔祥峰 李志強(qiáng) 金 陽(yáng)

一、前言

土工膜是一種以高分子聚合物為基本原料的防水阻隔型材料，主要分為：低密度聚乙烯（LDPE）土工膜、高密度聚乙烯（HDPE）土工膜等。厚度大于等于0.8mm的土工膜亦稱之為“防水板”。20世紀(jì)初問(wèn)世以來(lái)，在國(guó)內(nèi)外各種防滲工程中得到廣泛應(yīng)用，但在鋪設(shè)施工上存在適宜性問(wèn)題。

20世紀(jì)80年代左右，我國(guó)工程師為解決土工膜鋪設(shè)施工適宜性問(wèn)題，提出“復(fù)合土工膜”設(shè)想，得到國(guó)內(nèi)土工膜生產(chǎn)廠家的積極響應(yīng)，進(jìn)而生產(chǎn)出“抗拉、抗撕裂、頂破等物理力學(xué)性能指標(biāo)高”的新型土工膜產(chǎn)品，并在國(guó)內(nèi)工程建設(shè)中的防滲、隔離、補(bǔ)強(qiáng)、防裂加固等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

二、土工膜應(yīng)用中的問(wèn)題

土工膜被廣泛應(yīng)用的同時(shí)，逐漸又暴露出許多問(wèn)題。

1.生產(chǎn)工藝和施工焊接的缺陷問(wèn)題

（1）受熱融合工藝的制約以及工藝環(huán)境的影響，熱融合過(guò)程中，土工膜普遍存在熱灼傷，特別是二布一膜構(gòu)造，使得起防滲關(guān)鍵作用的土工膜缺陷難以被有效發(fā)現(xiàn)，并有雜質(zhì)參與到熱融合過(guò)程，形成斑塊。

根據(jù)實(shí)際調(diào)查，廠家在材料檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，土工膜與土工布熱融合過(guò)程中，土工布纖維質(zhì)一般進(jìn)入土工膜內(nèi)0.1mm以上。二布一膜結(jié)構(gòu)，因膜體兩側(cè)均需熱融合，土工膜有效厚度將損失0.2mm以上。

（2）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《土工合成材料聚乙烯土工膜》（GB/T 17643-1998）規(guī)定的土工膜外觀指標(biāo)見(jiàn)表1。

按表1要求，一卷土工膜幅寬6m、長(zhǎng)60m，可允許每180m2土工膜出現(xiàn)一個(gè)穿孔修復(fù)點(diǎn)、10個(gè)雜質(zhì)和僵塊。如某水庫(kù)防滲面積504萬(wàn)m2，即允許出現(xiàn)28000個(gè)穿孔修復(fù)點(diǎn)、28萬(wàn)個(gè)雜質(zhì)和僵塊。

目前，土工膜熱融合焊接技術(shù)已得到長(zhǎng)足發(fā)展，雙軌自動(dòng)焊接得到普遍應(yīng)用。但是受施工環(huán)境影響，過(guò)熱焊、低熱焊時(shí)有發(fā)生。前者會(huì)導(dǎo)致焊縫物理力學(xué)指標(biāo)嚴(yán)重低于土工膜母材，后者會(huì)導(dǎo)致焊接不嚴(yán)而漏水漏氣。更為嚴(yán)重的是，防滲整體由大量分體拼接，雙軌自動(dòng)焊接在眾多的分體“十”字節(jié)點(diǎn)與“丁”節(jié)點(diǎn)處難以滿足質(zhì)量要求，對(duì)于這種缺陷通常采用手持熱風(fēng)機(jī)人工補(bǔ)強(qiáng)，容易導(dǎo)致焊縫熱熔度過(guò)低、過(guò)高，成為防滲體系最薄弱點(diǎn)，補(bǔ)強(qiáng)效果難以評(píng)價(jià)。

2.施工安裝損壞的問(wèn)題

（1）土工膜為低強(qiáng)度、柔性材料，容易在裝卸過(guò)程中受到工具損害。

（2）堆放與鋪設(shè)過(guò)程容易受到場(chǎng)地尖銳物的損害。

（3）施工人員施工不當(dāng)會(huì)對(duì)土工膜造成損害。

3.土工膜缺陷導(dǎo)致的防滲問(wèn)題

復(fù)合土工膜的缺陷必定會(huì)給防滲工程帶來(lái)滲漏、浸沒(méi)、穩(wěn)定問(wèn)題。更為嚴(yán)重的是，因復(fù)合土工膜缺損點(diǎn)的隨機(jī)性，導(dǎo)致滲漏液體隨機(jī)地與地下水直接銜接，進(jìn)而引發(fā)土工膜氣漲破壞問(wèn)題以及地下水污染問(wèn)題。

三、土工膜的應(yīng)用探索

鑒于土工膜防滲工程頻發(fā)的問(wèn)題，可采用如下解決方案：

1.膜布分置

膜布分置是指土工膜與土工布分別鋪設(shè)、獨(dú)自焊接（縫合）、獨(dú)立檢測(cè)驗(yàn)收。工程實(shí)踐表明，采用膜布分置后，土工膜缺陷可得到有效補(bǔ)救，土工布縫合便利可靠，水庫(kù)防滲要求可得到有效保障。

2.多膜結(jié)構(gòu)

多膜結(jié)構(gòu)有別于目前習(xí)慣采用的單膜結(jié)構(gòu)。在防滲膜總厚度不變或增加的條件下，將單膜劃分為兩層或三層相互疊合式鋪設(shè)。

其原理為：

（1）相互疊合的土工膜缺損點(diǎn)難以重合，缺損點(diǎn)之間的滲徑可得到有效延長(zhǎng)。（2）經(jīng)上部土工膜缺損點(diǎn)下滲的水體，在相互疊合的土工膜之間形成水膜，在水的粘滯、吸附作用下，疊合膜之間的滲流阻力加大，進(jìn)一步制約了滲流損失。（3）經(jīng)疊合的土工膜層數(shù)越多，越有利于提高防滲效果。

為保證焊接質(zhì)量，每層膜厚度不宜小于0.2mm。

3.節(jié)點(diǎn)補(bǔ)強(qiáng)

在膜布分置、多膜結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，針對(duì)眾多的“十”字節(jié)點(diǎn)和“丁”字節(jié)點(diǎn)采取重點(diǎn)補(bǔ)強(qiáng)措施。

表1 土工膜外觀指標(biāo)表

四、土工膜的應(yīng)用實(shí)踐

為克服復(fù)合土工膜的缺點(diǎn)，南水北調(diào)東線大屯水庫(kù)將復(fù)合土工膜設(shè)計(jì)變更為膜布分置，收到了良好的效果。

為進(jìn)一步克服大規(guī)模土工膜防滲工程的缺點(diǎn)，南水北調(diào)東線配套工程在茌平東邢水庫(kù)（如意湖）庫(kù)底防滲工程中，設(shè)計(jì)采用“膜布分置、雙膜結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)補(bǔ)強(qiáng)”技術(shù)，結(jié)合土工膜防滲工程整體檢測(cè)與氣漲處理技術(shù)，收到了“基本滴水不漏”的效果。東邢水庫(kù)土工膜防滲斷面（局部）見(jiàn)圖1。

圖1 東邢水庫(kù)土工膜防滲斷面（局部）圖

五、結(jié)論建議

（1）重要的防滲工程不適宜采用復(fù)合土工膜。（2）防滲土工膜宜采用“膜布分置、多膜結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)補(bǔ)強(qiáng)”技術(shù)。（3）應(yīng)重視土工膜防滲工程的氣漲問(wèn)題并采取相應(yīng)措施