孔祥峰 李志強 金 陽
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世紀初問世以來,在國內外各種防滲工程中得到廣泛應用,但在鋪設施工上存在適宜性問題。
20世紀80年代左右,我國工程師為解決土工膜鋪設施工適宜性問題,提出“復合土工膜”設想,得到國內土工膜生產廠家的積極響應,進而生產出“抗拉、抗撕裂、頂破等物理力學性能指標高”的新型土工膜產品,并在國內工程建設中的防滲、隔離、補強、防裂加固等領域得到廣泛應用。
土工膜被廣泛應用的同時,逐漸又暴露出許多問題。
(1)受熱融合工藝的制約以及工藝環境的影響,熱融合過程中,土工膜普遍存在熱灼傷,特別是二布一膜構造,使得起防滲關鍵作用的土工膜缺陷難以被有效發現,并有雜質參與到熱融合過程,形成斑塊。
根據實際調查,廠家在材料檢測中發現,土工膜與土工布熱融合過程中,土工布纖維質一般進入土工膜內0.1mm以上。二布一膜結構,因膜體兩側均需熱融合,土工膜有效厚度將損失0.2mm以上。
(2)國家標準《土工合成材料聚乙烯土工膜》(GB/T 17643-1998)規定的土工膜外觀指標見表1。
按表1要求,一卷土工膜幅寬6m、長60m,可允許每180m2土工膜出現一個穿孔修復點、10個雜質和僵塊。如某水庫防滲面積504萬m2,即允許出現28000個穿孔修復點、28萬個雜質和僵塊。
目前,土工膜熱融合焊接技術已得到長足發展,雙軌自動焊接得到普遍應用。但是受施工環境影響,過熱焊、低熱焊時有發生。前者會導致焊縫物理力學指標嚴重低于土工膜母材,后者會導致焊接不嚴而漏水漏氣。更為嚴重的是,防滲整體由大量分體拼接,雙軌自動焊接在眾多的分體“十”字節點與“丁”節點處難以滿足質量要求,對于這種缺陷通常采用手持熱風機人工補強,容易導致焊縫熱熔度過低、過高,成為防滲體系最薄弱點,補強效果難以評價。
(1)土工膜為低強度、柔性材料,容易在裝卸過程中受到工具損害。
(2)堆放與鋪設過程容易受到場地尖銳物的損害。
(3)施工人員施工不當會對土工膜造成損害。
復合土工膜的缺陷必定會給防滲工程帶來滲漏、浸沒、穩定問題。更為嚴重的是,因復合土工膜缺損點的隨機性,導致滲漏液體隨機地與地下水直接銜接,進而引發土工膜氣漲破壞問題以及地下水污染問題。
鑒于土工膜防滲工程頻發的問題,可采用如下解決方案:
膜布分置是指土工膜與土工布分別鋪設、獨自焊接(縫合)、獨立檢測驗收。工程實踐表明,采用膜布分置后,土工膜缺陷可得到有效補救,土工布縫合便利可靠,水庫防滲要求可得到有效保障。
多膜結構有別于目前習慣采用的單膜結構。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。
其原理為:
(1)相互疊合的土工膜缺損點難以重合,缺損點之間的滲徑可得到有效延長。(2)經上部土工膜缺損點下滲的水體,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,進一步制約了滲流損失。(3)經疊合的土工膜層數越多,越有利于提高防滲效果。
為保證焊接質量,每層膜厚度不宜小于0.2mm。
在膜布分置、多膜結構的基礎上,針對眾多的“十”字節點和“丁”字節點采取重點補強措施。
表1 土工膜外觀指標表
為克服復合土工膜的缺點,南水北調東線大屯水庫將復合土工膜設計變更為膜布分置,收到了良好的效果。
為進一步克服大規模土工膜防滲工程的缺點,南水北調東線配套工程在茌平東邢水庫(如意湖)庫底防滲工程中,設計采用“膜布分置、雙膜結構、節點補強”技術,結合土工膜防滲工程整體檢測與氣漲處理技術,收到了“基本滴水不漏”的效果。東邢水庫土工膜防滲斷面(局部)見圖1。
圖1 東邢水庫土工膜防滲斷面(局部)圖
(1)重要的防滲工程不適宜采用復合土工膜。(2)防滲土工膜宜采用“膜布分置、多膜結構、節點補強”技術。(3)應重視土工膜防滲工程的氣漲問題并采取相應措施