土工合成材料在土石壩中的應用

高　瑩，曹　寧，雒曉東

(1.西京學院，西安　710123;2.西安市政設計研究院有限公司，西安　710068)

?

土工合成材料在土石壩中的應用

高瑩1，曹寧1，雒曉東2

(1.西京學院，西安710123;2.西安市政設計研究院有限公司，西安710068)

作為一種新型防滲材料，土工膜和復合土工膜已經在水利工程中得到了廣泛的應用。但在土石壩等應用過程中仍有一些問題急需研究和解決。本文借鑒著國內外土工合成材料的研究情況，分析了土工膜和復合土工膜的性能和特點，分析了現在應用過程中存在的不足，并對未來的發展趨勢作了展望。

土工合成材料； 應用； 防滲

1　引　言

土工合成材料是巖土工程和土木工程建設中應用的土工織物、土工膜、土工格柵、土工復合材料、土工特種材料的總稱[1,2]。按照產品結構和形成工藝分類可分為土工織物、土工膜、土工復合材料和土工特種材料四類[3]。

土工合成材料具有多方面的功能，隨著土工復合材料的發展，所兼有的功能就更多。總的說來，土工合成材料具有反濾功能、排水功能、隔離功能、防滲功能、防護功能以及加固(筋)能六大功能[4-6]。其中復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瀝青制成的一種相對不透水的薄膜，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合材料，既能防止破壞而失去防滲作用，同時能夠增加砂、碎石接觸摩擦系數，是土石壩工程中理想的防滲材料[7-9]。

2　土工合成材料應用

土工合成材料是在塑料、合成纖維的基礎上合成發展的。隨著各種塑料產品的不斷研制成功，不同類型的土工合成材料也應運而生。1934年，土工合成材料開始應用在建筑行業；20世紀60年代初，合成土工合成材料開始進行廣泛應用。1958年美國的Barret將聚氯乙烯織物鋪設在海岸塊石護坡的墊層中，1959年意大利的Sobeta將聚乙烯合成塑料土工膜應用于堆石壩中。

在我國，土工合成材料的發展和應用都較晚，但發展較快。20世紀70年代，我國開始生產并廣泛使用土工合成材料于土木工程中。在我國，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%。全國已建防滲工程55萬多公里，其中80%的渠道工程沒有做防滲處理。1960年以來外國開始將土工膜應用于渠道防滲，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，這是我國利用土工合成材料處理土石壩裂縫的首例。20世紀80年代以來，土工膜、復合土工膜開始廣泛使用于土石壩防滲工程中，取得了成功的防滲經驗，并得到了技術推廣。在近二十年來，土工合成材料的測試技術、理論研究、技術創新、施工水平等都得到了全面的發展。目前已廣泛應用于水利、公路、鐵路等領域。

隨著化纖工業的發展，新型材料和復合型材料土工合成材料得到了進一步的應用。國外以美國、德國、荷蘭等國家發展較快，亞洲主要以日本、韓國、中國發展較快。國外的研究重心主要是應用和環保，而國內更注重其耐久性[10-14]。

3　性能測試

為了保證在工程中選擇合格的土工合成材料，保證施工工程質量，我們必須對所選擇的土工合成材料的性能有足夠的了解。針對土工膜、復合土工膜防滲特點，對西安及周邊5個相關工程中所采用的土工膜和復合土工膜進行了實驗室檢測，并對其測試的結果進行了分析研究。

3.1土工膜測試性能

土工膜測試性能指標如表1所示。土工膜斷裂伸長率均超過350%，說明使用的土工膜具有很好的韌性和彈性，能夠適應不同的施工條件，同時其滲透系數和耐靜水壓均較高，具有良好的防滲、抗破壞性能[15]。

表1　土工膜測試性能指標

3.2復合土工膜測試性能

由于土工膜只有一層膜，在施工過程中易破損，因此在實際工程應用中，多采用復合土工膜進行防滲處理。復合土工膜(一布一膜)測試性能指標如表2所示。由表2可知當土工膜粘接一層土工布后，其性能指標發生了較大的變化。其斷裂強度得到了明顯的提高，在施工過程中不會因為施工工藝而造成土工膜的破損[16]。同時土工布可以保護土工膜不會被砂、卵石碎石劃破，從而能夠保證土工膜的完整性。與此同時其滲透系數和耐靜水壓力并沒有發生較大的減弱現象，滿足了土石壩工程中的防滲性要求。

表2　復合土工膜(一布一膜)測試性能指標

3.3土工膜的滲透性能

在土石壩工程中，主要應用土工膜、復合土工膜進行防滲擋水，其滲透性能主要是通過土工膜、復合土工膜兩側水壓力差完成，因此測試其滲透性能是土工膜、復合土工膜應用中重要的一項指標。

在保持土工膜、復合土工膜兩側水壓力差一定的條件下，測試透過試樣的水量來評價其滲透性能，繼而判定其抗滲性能。一般情況下，土工膜和復合土工膜的滲透系數大致范圍為A×10-11～A×10-13cm/s。

4　土工膜的優勢

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。具體特點如下：

(1)防滲性能好。土工膜致密、連續，只要在施工過程中設計正確，施工合理，就能達到最佳的防滲效果。

(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，也可適用于可能發生的位移和沉陷。

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

(4)耐腐蝕性強。土工膜具有較強的抗化學侵蝕和抗細菌侵害的性能，不受土壤酸、堿、微生物的侵蝕，耐腐蝕性能很好。可以廣泛使用。

(5)經濟性好。每平米土工膜的造價約為每平米混凝土防滲造價的十分之一，較大的節省了成本，在保證防滲性能的基礎上，克服了土保護層糙率大、允許流速小和易滑塌等特點[17-19]。

5　土工膜應用中遇到的問題

5.1土工膜的產品質量

土工膜的質量是整個防滲工程中的重點。在運輸過程中不得污染、破損，不得長期曝曬。進場時需要進行現場規格檢驗和損壞情況的檢查，對每一批到達工地的材料，都應由監理工程師進行抽樣并委托檢驗，檢驗合格后才能使用。

5.2土工膜的鋪設質量

土工膜的鋪設應按照設計要求或規范要求，將下墊層的雜質去除，以免劃傷土工膜。鋪設時不能有褶皺，不能鋪設過緊，要松緊適度，避免人為出現損傷。同時鋪設過程中鋪設人員不得穿硬底鞋操作。

5.3土工膜的接縫處理及保護處理

土工膜的接縫處理是防滲工程的重要環節，如果接縫不好，不但起不到防滲效果，反而會導致水從接縫處滲透到膜后。土工膜之間的連接主要是通過粘接劑來連接，粘結前要將連接處擦拭干凈，粘合后使用輥壓技術將其固化凝結，保證粘結牢固程度。粘結寬度一般為10 cm左右，粘結固化后應進行檢查，檢查和測試合格后方可進行后續施工工序。

當土工膜鋪設好后，應及時覆蓋保護層以防止應紫外線或其他意外事故而造成的破損情況。

6　展　望

復合土工膜具有質量小、造價低、耐腐蝕、抗老化、施工方便等特點，已經在堤壩、渠道等工程中廣泛使用，起到防滲防護的作用。但在工程應用中，還是有一些問題。首先復合土工膜易破損，會造成滲漏，其次鋪設過程中如果不合理會造成滑坡，第三在寒冷地區，如果在低溫條件下，土工膜會失去其防滲工程，第四，復合土工膜的抗紫外線能力較差，易老化。保護措施必須做足。在工程應用中需將檢測、設計、施工、管理等方面進行協作協調，才能保證復合土工膜的良好應用。

[1] 土工合成材料工程應用手冊[M].中國建設工業出版社,1994.

[2] 王釗.土工合成材料[M].北京:機械工業出版社,2005.4.98-107.

[3] 劉滔.土工合成材料黏土墊的性能及其測試方法研究[D].北京：北京工業大學碩士學位論文，2007.

[4] 付志前.土工合成材料施工損傷問題的探討[J].建筑技術,2004,(4):64-65.

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

[6] 葛主強,董秀海.土工合成材料在大型倉儲工程地基處理中的應用[J].建筑施工,2007,10:19-21.

[7] 黃鐘鳴.軟基處理方案的選定和土工合成材料的應用[D].上海：同濟大學碩士學位論文,2005.

[8] 曹定國,許金余.土工合成材料在機場軟弱地基處理工程中的應用[J].機場建設,2002,1:6-9.

[9] 劉光華.土工合成材料在軟土地基處理中的應用[J].水文地質工程地質,2004,5:104-105.

[10] Robert K M,Yang S T.Geosynthetic reinforced segmental retaining walls[J].GeotextilesandGeomembranes, 2001,19(6):359-386.

[11] Huang C C,Tatsuoka E.Bearing capacity of reinforced horizontal sandy ground[J].GeotextilesandGenmembranes, 1990,9(1):51-82.

[12] 李利華.土工合成材料在公路工程中的應用[J].交通世界.2009,9(17):149-150.

[13] 于良成,嚴德華.土工合成材料在高填方路堤路段的加筋應用[J].山西建筑,2009,10(30):277-278.

[14] 陳淑梅.土工合成材料在水利工程防滲中的應用[J].寧夏農林科技,2004,6:43-44.

[15] 唐安軍,方麗麗.土工合成材料在白土坑水庫大壩防滲與導滲中的應用[J].大壩與安全,2009,2:78-80.

[16] 土工合成材料在渠道防滲工程中的應用與存在問題探討[J].水利水電技術,2009,4:27-29.

[17] 張四平.土工合成材料在水利防滲工程中的應用[J].山西水利科技,2005,5:93-96.

[18] 位建虎.土工合成材料在土石壩防滲和排水反濾中的應用[J].應用技術,2011,12:155.

[19] 陳浩全.土工合成材料在渠道防滲工程中的應用[J].楊凌職業技術學院學報,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

陜西省教育廳專項科研計劃項目(15JK2168)；西京學院校基金(XJ130232).

高瑩(1986-)，女，碩士，講師.主要從事水利水電建設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