土工合成材料在土石坝中的应用

高　莹，曹　宁，雒晓东

(1.西京学院，西安　710123;2.西安市政设计研究院有限公司，西安　710068)



土工合成材料在土石坝中的应用

高莹1，曹宁1，雒晓东2

(1.西京学院，西安710123;2.西安市政设计研究院有限公司，西安710068)

作为一种新型防渗材料，土工膜和复合土工膜已经在水利工程中得到了广泛的应用。但在土石坝等应用过程中仍有一些问题急需研究和解决。本文借鉴着国内外土工合成材料的研究情况，分析了土工膜和复合土工膜的性能和特点，分析了现在应用过程中存在的不足，并对未来的发展趋势作了展望。

土工合成材料； 应用； 防渗

1　引　言

土工合成材料是岩土工程和土木工程建设中应用的土工织物、土工膜、土工格栅、土工复合材料、土工特种材料的总称[1,2]。按照产品结构和形成工艺分类可分为土工织物、土工膜、土工复合材料和土工特种材料四类[3]。

土工合成材料具有多方面的功能，随着土工复合材料的发展，所兼有的功能就更多。总的说来，土工合成材料具有反滤功能、排水功能、隔离功能、防渗功能、防护功能以及加固(筋)能六大功能[4-6]。其中复合土工膜主要作用是阻止液体渗透，可用作防渗、防潮隔层。土工膜是由聚合物或沥青制成的一种相对不透水的薄膜，具有良好的不透水性、韧性、抗老化性，适合用于水下工程。复合土工膜是聚合物和土工织物加热压合或胶粘剂粘合而成的复合材料，既能防止破坏而失去防渗作用，同时能够增加砂、碎石接触摩擦系数，是土石坝工程中理想的防渗材料[7-9]。

2　土工合成材料应用

土工合成材料是在塑料、合成纤维的基础上合成发展的。随着各种塑料产品的不断研制成功，不同类型的土工合成材料也应运而生。1934年，土工合成材料开始应用在建筑行业；20世纪60年代初，合成土工合成材料开始进行广泛应用。1958年美国的Barret将聚氯乙烯织物铺设在海岸块石护坡的垫层中，1959年意大利的Sobeta将聚乙烯合成塑料土工膜应用于堆石坝中。

在我国，土工合成材料的发展和应用都较晚，但发展较快。20世纪70年代，我国开始生产并广泛使用土工合成材料于土木工程中。在我国，渠系总输水损失量为1730亿立方米左右，占渠首总引水量的50%。全国已建防渗工程55万多公里，其中80%的渠道工程没有做防渗处理。1960年以来外国开始将土工膜应用于渠道防渗，取得了良好的效果，包括河南人民胜利渠、山西人民引渭渠等。1965年桓仁水电站用沥青聚氯乙烯热压膜贴于上游坝面以防止混凝土支墩坝的裂缝漏水，取得了良好的防渗效果，这是我国利用土工合成材料处理土石坝裂缝的首例。20世纪80年代以来，土工膜、复合土工膜开始广泛使用于土石坝防渗工程中，取得了成功的防渗经验，并得到了技术推广。在近二十年来，土工合成材料的测试技术、理论研究、技术创新、施工水平等都得到了全面的发展。目前已广泛应用于水利、公路、铁路等领域。

随着化纤工业的发展，新型材料和复合型材料土工合成材料得到了进一步的应用。国外以美国、德国、荷兰等国家发展较快，亚洲主要以日本、韩国、中国发展较快。国外的研究重心主要是应用和环保，而国内更注重其耐久性[10-14]。

3　性能测试

为了保证在工程中选择合格的土工合成材料，保证施工工程质量，我们必须对所选择的土工合成材料的性能有足够的了解。针对土工膜、复合土工膜防渗特点，对西安及周边5个相关工程中所采用的土工膜和复合土工膜进行了实验室检测，并对其测试的结果进行了分析研究。

3.1土工膜测试性能

土工膜测试性能指标如表1所示。土工膜断裂伸长率均超过350%，说明使用的土工膜具有很好的韧性和弹性，能够适应不同的施工条件，同时其渗透系数和耐静水压均较高，具有良好的防渗、抗破坏性能[15]。

表1　土工膜测试性能指标

3.2复合土工膜测试性能

由于土工膜只有一层膜，在施工过程中易破损，因此在实际工程应用中，多采用复合土工膜进行防渗处理。复合土工膜(一布一膜)测试性能指标如表2所示。由表2可知当土工膜粘接一层土工布后，其性能指标发生了较大的变化。其断裂强度得到了明显的提高，在施工过程中不会因为施工工艺而造成土工膜的破损[16]。同时土工布可以保护土工膜不会被砂、卵石碎石划破，从而能够保证土工膜的完整性。与此同时其渗透系数和耐静水压力并没有发生较大的减弱现象，满足了土石坝工程中的防渗性要求。

表2　复合土工膜(一布一膜)测试性能指标

3.3土工膜的渗透性能

在土石坝工程中，主要应用土工膜、复合土工膜进行防渗挡水，其渗透性能主要是通过土工膜、复合土工膜两侧水压力差完成，因此测试其渗透性能是土工膜、复合土工膜应用中重要的一项指标。

在保持土工膜、复合土工膜两侧水压力差一定的条件下，测试透过试样的水量来评价其渗透性能，继而判定其抗渗性能。一般情况下，土工膜和复合土工膜的渗透系数大致范围为A×10-11～A×10-13cm/s。

4　土工膜的优势

土工膜是一种薄型、柔软的防渗材料，具有防渗、韧性好等特点。具体特点如下：

(1)防渗性能好。土工膜致密、连续，只要在施工过程中设计正确，施工合理，就能达到最佳的防渗效果。

(2)韧性好。土工膜具有良好的柔韧性，延性和抗拉强度均较高，可以适用于不同形状的渠道断面，也可适用于可能发生的位移和沉陷。

(3)施工方便。土工膜质量轻，在施工过程中主要是铺膜和接缝处理，并不需要过于复杂的施工技术，方便快捷。

(4)耐腐蚀性强。土工膜具有较强的抗化学侵蚀和抗细菌侵害的性能，不受土壤酸、碱、微生物的侵蚀，耐腐蚀性能很好。可以广泛使用。

(5)经济性好。每平米土工膜的造价约为每平米混凝土防渗造价的十分之一，较大的节省了成本，在保证防渗性能的基础上，克服了土保护层糙率大、允许流速小和易滑塌等特点[17-19]。

5　土工膜应用中遇到的问题

5.1土工膜的产品质量

土工膜的质量是整个防渗工程中的重点。在运输过程中不得污染、破损，不得长期曝晒。进场时需要进行现场规格检验和损坏情况的检查，对每一批到达工地的材料，都应由监理工程师进行抽样并委托检验，检验合格后才能使用。

5.2土工膜的铺设质量

土工膜的铺设应按照设计要求或规范要求，将下垫层的杂质去除，以免划伤土工膜。铺设时不能有褶皱，不能铺设过紧，要松紧适度，避免人为出现损伤。同时铺设过程中铺设人员不得穿硬底鞋操作。

5.3土工膜的接缝处理及保护处理

土工膜的接缝处理是防渗工程的重要环节，如果接缝不好，不但起不到防渗效果，反而会导致水从接缝处渗透到膜后。土工膜之间的连接主要是通过粘接剂来连接，粘结前要将连接处擦拭干净，粘合后使用辊压技术将其固化凝结，保证粘结牢固程度。粘结宽度一般为10 cm左右，粘结固化后应进行检查，检查和测试合格后方可进行后续施工工序。

当土工膜铺设好后，应及时覆盖保护层以防止应紫外线或其他意外事故而造成的破损情况。

6　展　望

复合土工膜具有质量小、造价低、耐腐蚀、抗老化、施工方便等特点，已经在堤坝、渠道等工程中广泛使用，起到防渗防护的作用。但在工程应用中，还是有一些问题。首先复合土工膜易破损，会造成渗漏，其次铺设过程中如果不合理会造成滑坡，第三在寒冷地区，如果在低温条件下，土工膜会失去其防渗工程，第四，复合土工膜的抗紫外线能力较差，易老化。保护措施必须做足。在工程应用中需将检测、设计、施工、管理等方面进行协作协调，才能保证复合土工膜的良好应用。

[1] 土工合成材料工程应用手册[M].中国建设工业出版社,1994.

[2] 王钊.土工合成材料[M].北京:机械工业出版社,2005.4.98-107.

[3] 刘滔.土工合成材料黏土垫的性能及其测试方法研究[D].北京：北京工业大学硕士学位论文，2007.

[4] 付志前.土工合成材料施工损伤问题的探讨[J].建筑技术,2004,(4):64-65.

[5] 武春娥.论土工合成材料在施工中的应用[J].山西建筑,2008,(25):193-194.

[6] 葛主强,董秀海.土工合成材料在大型仓储工程地基处理中的应用[J].建筑施工,2007,10:19-21.

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[19] 陈浩全.土工合成材料在渠道防渗工程中的应用[J].杨凌职业技术学院学报,2008,6:46-48.

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

陕西省教育厅专项科研计划项目(15JK2168)；西京学院校基金(XJ130232).

高莹(1986-)，女，硕士，讲师.主要从事水利水电建设工程管理及土工合成材料防渗方面的研究.

A

1001-1625(2016)06-1748-03