溧陽抽水蓄能電站上庫庫底土工膜施工與質量控制

劉 軍 國， 段 煒， 李 倩 霞

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 工程概述

溧陽抽水蓄能電站地處江蘇省溧陽市，安裝6臺、單機容量為250 MW的可逆式水泵水輪發電機組。

上庫庫底采用土工膜防滲，總面積約25萬m2。庫底回填石渣(碾壓)至高程245.8 m(前池為高程238.1 m)后布置防滲體，防滲體頂高程為248 m(前池為高程240 m)。防滲體由上至下依次為：0.2 m×0.2 m×0.1 m混凝土預制塊網格狀壓覆、土工布(500 g/m2)、1.5 mm厚HDPE土工膜、三維復合排水網(1 300 g/m2)、0.05 m厚砂墊層、0.4 m厚碎石層、1.5 m厚過渡料層(圖1)。

圖1 庫底防滲體系結構典型斷面圖

2 施工分區

該庫底形狀不規則，土工膜施工面積大，共計為25萬m2。土工膜施工期間，相鄰工作面分別進行了混凝土面板表面止水、防浪墻、進/出水塔、交通橋及庫底1#排水洞封堵等項目施工。為減少交叉作業的影響并保證土工膜作業的連續性，經綜合考慮后決定對土工膜施工分四個區進行：一區指庫底高程247.7 m以上的中間區域；二區指庫周20 m區域，該區域在對應面板混凝土、垂直縫表面止水及防浪墻混凝土施工結束后施工；三區系指高程247.7 m以下的、除進出水口之間及其周圍30 m以外和1#排水洞出口附近的區域；四區系指進出水口周圍30 m區域和1#排水洞洞口附近區域，該區域在進出水塔啟閉機安裝結束后再進行施工。土工膜施工順序按照一、二、三、四期進行，土工膜施工分區情況見圖2。

采用該分區方案施工，有效地避免了施工干擾，提前20 d完成了合同工期。

3 土工膜施工與質量控制

圖2 土工膜施工分區示意圖

溧陽抽水蓄能電站上庫累計完成熱熔焊接法焊縫35 000 m，擠壓焊接法焊縫5 900 m、加強“T”型接頭729個。對每條焊縫及每個“T”型接頭均實施了非破壞性檢測。擠壓焊接法完成的焊縫及“T”型接頭非破壞性檢測一次合格率為100%，熱熔焊接法完成的焊縫非破壞性檢測一次合格率為99.29%，不合格品為焊縫接頭遺漏處理，處理完成后均檢測合格；同時，按照設計及規范要求對焊縫隨機取樣進行了破壞性檢測，共完成熱熔焊焊縫破壞性檢測42組，擠壓焊焊縫破壞性檢測6組，檢測結果均為合格。

3.1 鋪 設

上庫采用厚1.5 mm、長100 m×寬8 m的雙光面HDPE土工膜。依據設計分區及鋪設方向要求進行土工膜的鋪設，土工膜需錯開鋪設。在接頭部位形成“T”形接頭，鋪設完成后進行焊接，鋪設情況見圖3。

3.1.1 鋪設定位

圖3 土工膜鋪設平面示意圖

測量采用全站儀依據設計坐標放出第一塊土工膜的角點及一條邊線并用白灰標識，依定位點及邊線鋪設第一塊土工膜。土工膜鋪設前，需對三維復合排水網表面進行仔細地檢查，確保其表面無任何雜物。土工膜采用自帶起重吊的8 t運輸車吊運，土工膜的吊裝用扁平形起重吊帶捆扎(嚴禁用鋼絲繩捆扎)。土工膜運輸至鋪設點附近、吊放至鋪設位置，多人手推土工膜卷將其展開并用老虎鉗夾住土工膜邊角調整鋪設方向及位置，使土工膜一邊與白灰標識線重合，然后依次進行鋪設，先鋪設土工膜1，將土工膜1鋪設方向及位置調整至符合設計要求后在土工膜1四周部位邊沿用刻度尺度量寬度為10 cm的標識點，標識點用白色記號筆劃短線標識，每隔3～5 m做一個，以控制土工膜的搭接寬度滿足設計要求；采用同樣的方法依次鋪設土工膜2、土工膜3及土工膜4(圖3)。

3.1.2 外觀檢查

每一塊土工膜鋪設完成后，及時進行外觀檢查，對有破損的部位用白色記號筆進行標記并按要求進行處理；對破損數量超過規定的土工膜進行更換。

3.1.3 防護措施

每一塊土工膜鋪設完成后，及時用砂袋在邊角部位進行壓護，以防止因刮風將土工膜吹起至破損或位置發生移動；土工膜作業人員、檢查人員及管理人員均嚴禁攜帶煙火，必須穿軟底鞋進入作業區；根據鋪設分區要求，對未及時展開的預留土工膜卷用土工布及時防護；對于當天鋪設的土工膜除與后續鋪設的土工膜搭接邊外，均應當天焊接完畢；對焊完并經檢測合格的土工膜，及時鋪蓋土工布并壓覆混凝土預制塊。

3.2 焊 接

3.2.1 焊接參數的確定

土工膜焊接是施工的重點，影響土工膜焊接質量的參數有焊機型號、焊接溫度、熱風量(檔)、擠出量(檔)、焊接速度、環境溫度和風速等。因此，選擇合適的焊接參數是保證土工膜焊接質量的基礎，需結合施工經驗及現場實際情況、通過試驗的方式確定最適宜的焊接參數。

經綜合比較后確定土工膜焊機選用瑞士焊機，熱熔焊焊機選用瑞士LEISTER焊機，型號為Fusion3，擠壓焊焊機選用瑞士LEISTER焊機，型號為COMET70 mm。

依據施工現場的環境溫度、濕度及風速，初步確定熱熔焊焊機的預熱溫度、焊接溫度、焊接速度和擠壓焊機熱風量(檔)、擠出量(檔)及焊接速度。裁剪8塊寬50 cm，長2 m的土工膜，每2塊用初步確定的焊接參數進行熱熔焊接或擠壓焊接形成一組試樣，共形成2組熱熔焊接和2組擠壓焊接試樣，每組均需進行焊縫剪切、剝離檢測。若采用同一種焊接方法的2組試樣檢測值均達到設計指標，則可確定該參數為施工時的參數；反之，則需對焊接參數進行適當調整，重新進行焊接至滿足設計要求時才能將其作為施工時的參數。

依據試驗確定的熱熔焊法施工參數為：焊機預熱溫度為425 ℃、焊接溫度為420 ℃、焊接速度為2.5～3 m/h(焊接速度根據環境溫度變化進行調整，溫度高時速度快，溫度低時速度慢)；擠壓焊接法施工參數為：熱風量(檔)9、擠出量(檔)2、焊接速度為1.5 m/h。

3.2.2 焊 接

每班作業人員在施工前均需進行試焊，試焊前先測定環境溫度、濕度及風速，選擇相應的焊接參數，記錄試焊樣品編號、焊接人員、焊接設備、焊接參數、焊接時間，試焊完成后及時進行焊縫剝離、剪切檢測，若測值滿足設計要求則開始進行焊接施工，反之則需適當調整焊接參數重新進行試焊，直至焊縫剝離、剪切測值滿足設計要求。

熱熔焊焊接前，對焊接區域的土工膜需用紡織毛巾擦試干凈，在焊接區域內不得有任何污漬。焊接過程中，安排專人跟隨焊接操作人員二次對焊接區域進行擦試，擦試人員距離焊接人員1 m左右，確保擦拭區域能及時進行焊接。焊接操作人員不得離開焊機，若出現焊機故障或突然斷電等情況時，操作人員需及時停止焊接且對發生故障的部位做好標記并及時進行修補。

擠壓焊接時，將焊縫30～40 mm范圍內用角磨機打磨形成糙面，打磨深度應不超過土工膜厚度的10%，打磨完成后及時進行焊接。

對焊接形成的每條焊縫在焊接開始時進行編號，在焊縫起焊的位置用不易磨去的白色記號筆記錄焊縫編號、焊接設備編碼、焊接人員編號及姓名、焊接日期和時間，且需在焊接完成后及時填寫施焊記錄。

在施工現場對環境溫度、濕度及風速不定時進行觀測，當環境溫度變化超過5 ℃時，必須重新進行試焊以確定新的焊接參數，且需試焊結果滿足設計指標后方可進行正常焊接。同時，土工膜受環境溫度影響較大，焊接必須在合適的環境下進行，一般為風力不大于3級，環境溫度為5 ℃～35 ℃，雨雪天氣不能進行施工。

3.2.3 縱、橫焊縫焊接的先后順序

縱、橫焊縫焊接方式見圖4。焊接時，先焊接焊縫1，再進行焊縫2的施工，最后再將焊縫3一次焊接完成，焊接形成的“T1”及“T2”接頭采用圓形蓋片加強，且“T1”與“T2”接頭之間的距離不得小于3 m。

3.2.4 重要部位的焊接

大面積土工膜焊接采用熱熔焊接，其縱橫焊縫形成的T形接頭在焊接完成后用直徑約30 cm左右的圓形蓋片采用擠壓焊接進行覆蓋加強。蓋片用熱風槍固定，用角磨機將其周邊30-40 mm范圍內進行打磨，打磨方向垂直于焊縫，打磨深度不超過土工膜厚度的10%，打磨完成后采用擠壓焊接法進行焊接。

圖4 土工膜焊縫焊接示意圖

庫底規劃分區的土工膜鋪設方向不同，各分區連接部位焊接時形成的“T”形接頭的數量較多，對其先按照 “補片覆蓋→打磨→擠壓焊接→真空罩檢測”的方法進行處理，全部完成后再用寬1 m的加強土工膜將連接部位焊縫及接頭全部覆蓋，并采用擠壓焊接法將加強土工膜與其兩側土工膜焊接為一整體。

3.3 焊縫檢測

上庫土工膜焊接采用了熱熔焊接及擠壓焊接兩種方法，焊縫焊接完成后，依據施焊記錄對焊縫進行了非破壞性和破壞性檢測。

3.3.1 熱熔焊焊縫檢測

熱熔焊焊縫采用充氣法進行檢測。焊縫施工完畢，將焊縫氣腔兩端封堵，將氣針插入熱融焊接后產生的雙縫中間，用打氣筒對焊縫氣腔加壓至250 kPa，關閉進氣閥門，維持3～5 min，10 min后檢查壓力下降情況，氣壓應不低于240 kPa，然后在焊縫的另一端開孔放氣，氣壓表能夠迅速歸零方視為合格；否則，說明接縫被堵塞，沒有通過非破壞性測試，檢測流程見圖5。

圖5 氣壓檢測流程示意圖

3.3.2 擠壓焊焊縫檢測

擠壓焊焊縫采用真空罩或電火花法進行檢測，采用真空罩測試的焊縫不能有任何泥塊或水珠，焊縫用軟毛刷涂上肥皂水潤濕，將真空罩扣在焊縫的中央有肥皂水的地方，用真空泵將真空罩里的空氣抽走，使其內產生負壓，壓力達到25～35 kPa后，通過觀察窗觀察焊縫至少30 s。若在焊縫中沒有看到氣泡則通過測試，若在焊縫處出現氣泡則視為焊縫不合格。

電火花檢測等效于真空罩檢測，適用于真空罩無法檢測到的擠壓焊縫。應預先在擠壓焊縫中預埋一條φ0.3～0.5的細銅線，利用35 kV的高壓脈沖電源探頭在距離焊縫10～30 mm的高度探掃，無火花出現視為合格，出現火花則說明有漏洞。電火花測試合格后，須將暴露在外的銅線剪掉，所剩部分越少越好，然后對該處進行打磨并用擠壓式焊機補焊，真空罩檢測流程情況見圖6。

3.3.3 焊縫強度的破壞性檢測

圖6 真空罩檢測流程示意圖

在熱熔焊焊接完成10 000 m2、擠壓焊焊接完成1 000 m時需對焊縫取樣進行破壞性檢測。

焊縫非破壞性檢測合格后，在焊縫上裁取一塊35 cm×70 cm的樣品進行破壞性檢測，每個樣品裁取10個25.4 mm寬的標準試件，分別做5個剪切試驗和5個剝離試驗。每種試驗5個試樣的測試結果中應至少有4個測值符合設計要求，且其平均值需達到設計值、最低值不得低于設計值的80%方為通過強度測試。如不能通過強度測試，須在測試失敗的位置沿焊縫兩端各6 m范圍內重新取樣測試，重復以上過程直至合格為止。對排查出有懷疑的部位用擠壓焊接的方式加以補強。

3.4 成品無損檢測

庫底土工膜全部施工完成后，采用電荷法對其進行全面探測。土工膜下是具有導電性能的黏土或GCL，探測時將供電的地線接到庫區邊緣，電荷通過導線傳到土工膜下面的導電層。在土工膜上表面移動另一導電元件，以檢查土工膜及其焊縫是否存在破損，當出現破損時，形成閉合回路產生電弧，同時產生聲光報警。經探測，發現2～10 mm破損孔洞共計38個，按照設計要求用補片進行了加強處理，電荷法破損孔洞探測情況見圖7。

4 土工膜施工期采用的安全防護技術

外部因素很容易對土工膜造成破壞，需對土工膜鋪設、焊接施工過程中及完成后的成品采取有效的保護措施，確保土工膜施工質量。

圖7 電荷法破損孔洞探測示意圖

4.1 施工期分區邊緣的安全防護

受周邊施工影響，土工膜施工時無法一次與庫底排水廊道及面板混凝土進行連接，因此而先進行一期施工。一期土工膜施工前，在周圍設置隔離網，大門旁設崗哨，進出人員實行登記制度，現場管理及施工人員統一配戴工作牌，負責現場登記的管理人員“只認牌，不認人”，并在登記位置設立醒目的標識牌，不得穿硬底鞋，只能穿軟底鞋，鞋上不能有鐵釘、鐵掌等，同時嚴禁煙火及非施工車輛進入土工膜施工區域。

為盡可能地減少土工膜焊縫，在一區施工時，根據面板與一區的距離，預留二區施工所需的土工膜，預留的土工膜卷不展開并用500 g/m2的長絲土工布覆蓋進行保護，以避免土工膜長期在日光下暴曬，用砂袋對土工布進行壓覆，防止大風吹開土工布后損傷土工膜。

4.2 施工期與相鄰建筑物上下垂直作業的安全防護

土工膜施工期間，相鄰作業面多，上下施工交叉干擾大，因此而采用了上下雙重防護措施，確保了土工膜施工安全。首先進行上部防護，在面板及進/出水口頂部位置搭設了簡易的腳手架，然后在其上掛阻燃式密目網，使上部施工時不慎掉下的雜物等無法對土工膜施工造成影響，同時對下部施工完成的土工膜在相鄰建筑物周邊3 m范圍內全部覆蓋棉被，既使上部施工有雜物遺漏下來也不能對土工膜產生破壞，同時，利用鋪設的棉被用做人行通道，避免施工人員直接在土工膜上行走，該方法投入成本少，操作簡單。

5 結 語

土工膜防滲在溧陽抽水蓄能電站上庫庫底的成功應用，解決了大面積土工膜施工中的眾多難點，形成了一套系統的施工工藝和質量控制體系，高效、高質地完成了溧陽抽水蓄能電站土工膜的施工任務，得到業主、設計及監理的一致好評。