土工膜防滲設(shè)計(jì)

1、 土工膜防滲設(shè)計(jì)土工膜及特性 土工膜 土工膜一般分為瀝青和聚合物(合成高聚物)兩大類，也有采用天然橡膠制作的。為了適應(yīng)工程應(yīng)用中不同強(qiáng)度和變形的要求，兩類中又有不加筋和加筋或組合之別。土工膜的主要特征是透水性極低。工程應(yīng)用中更重視其防水(滲透性和透氣性)、抗老化的能力及耐久性。同時(shí)土工膜有很好的不透水性，和很好的彈性和適應(yīng)變形的能力，能承受不同的施工條件和工作應(yīng)力，具有良好的耐老化性能。復(fù)合土工膜 復(fù)合土工膜是兩種或兩種以上的土工合成材料組合在一起的制品。這類制品將各組合料的特性相組合，以滿足工程的特定需要。復(fù)合土工膜的品種繁多，是今后一段時(shí)期發(fā)展的方向。其中復(fù)合土工膜是比較常用的一種土工膜合

2、成材料。 復(fù)合土工膜是將土工膜 和土工織物(包括織造和非強(qiáng)造型)復(fù)合在一起的產(chǎn)品。應(yīng)用較多的是針刺土工織物，其單位面積質(zhì)量一般為200600g/m2。 復(fù)合土工膜有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，以織造型土工織物復(fù)合，可以對(duì)土工膜加筋，保護(hù)膜不受運(yùn)輸或施工期間的外力損壞;以非織造物復(fù)合，不僅對(duì)膜提供加筋和保護(hù)還可起到排水排氣的作用，同時(shí)提高膜面的摩擦系數(shù)，在水利工程和交通隧洞工程中有廣泛的應(yīng)用。土工膜的工程性質(zhì) 防滲特性 土工膜就其分子結(jié)構(gòu)和制造工藝來(lái)說(shuō)，應(yīng)該說(shuō)是不透水和不透氣的，但是試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐證明，由于制造工藝上的種種原因，常用的土工膜不是絕對(duì)不透水的，或者只能說(shuō)是如果沿用達(dá)西滲透定律的概念，在水利

3、工程中滲透系數(shù)應(yīng)為K1010cm/s的粘土為不透水土，則可稱為不透水的土工織布的滲透系數(shù)應(yīng)為K1014cm/s，這是因?yàn)橥凉た棽挤罎B體的厚度比粘土防滲體的厚度薄的很多，在相同水頭差作用下其水力梯度比后者大很多。土工膜的工程性質(zhì) 所以，對(duì)一般的水利工程而言，滲透系數(shù)K10131015cm/s。質(zhì)量滿足要求的土工織布是可以認(rèn)為滿足不透水要求的。但是，如果用于防有毒液體或氣體的滲漏，則應(yīng)對(duì)土工織布的不透水性提出更高的要求。土工膜的工程性質(zhì) 耐水壓性能 作為防滲結(jié)構(gòu)主體的上工織布，在工作時(shí)承受著較大的(有時(shí)甚至是巨大的)水壓力，土工織布可能在支持層顆粒孔隙處被水壓壓破而擊穿。一般來(lái)說(shuō)，顆粒級(jí)配愈好，耐

4、水壓性能愈強(qiáng);顆料愈細(xì)，耐水壓力也愈強(qiáng)。顆粒級(jí)配愈好，耐水壓性能愈強(qiáng)；顆 粒 愈 細(xì) ，耐 水 壓 力也愈 強(qiáng)土工膜的工程性質(zhì) 土工膜摩擦特性 當(dāng)在斜坡上鋪設(shè)土工織布時(shí)，土工織布與其他材料(包括土類)之間的摩擦特性，是設(shè)計(jì)上一個(gè)重要的控制指標(biāo)。土工織布表面較為光滑，它與其他材料之間的摩擦角較土的摩擦角小，很容易沿界面產(chǎn)生滑動(dòng)。根據(jù)一些研究成果，土工織布摩擦特性有以下4個(gè)特點(diǎn) 界面上的剪切應(yīng)力與位移之間為非線性的關(guān)系，受所接觸土料變形性的影響，在峰值點(diǎn)以前的應(yīng)力與位移關(guān)系基本上符合雙曲線關(guān)系。 界面的峰值摩擦阻力與正應(yīng)力呈(通過(guò)原點(diǎn))直線關(guān)系，其斜率為tand，d為土工織布與該材料的摩擦角。 摩

5、擦角的大小與膜材料的界面特性有，光面膜與土之間的摩擦系數(shù)最小，經(jīng)常是滑動(dòng)的薄弱面。 在一般情況下，水下的摩擦角要比干燥時(shí)小25。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要慎重考慮。土工膜土工膜 土工織物與其他建筑物材料之間的摩擦土工織物與其他建筑物材料之間的摩擦系數(shù)系數(shù)土工膜防滲設(shè)計(jì) 土工膜防滲層結(jié)構(gòu) 土工膜的防滲設(shè)計(jì)土工膜防滲層結(jié)構(gòu)包括:上游面防護(hù)層、上墊層、防滲土工膜、下墊層和支持層。有時(shí)也將下墊層和支持層和合在一起，統(tǒng)稱為支承層，防護(hù)層和上墊層又統(tǒng)稱為保護(hù)層。防滲面層結(jié)構(gòu)防滲面層結(jié)構(gòu)土工膜防滲設(shè)計(jì) 支承層是保證防滲土工膜安全、穩(wěn)定的重要組成結(jié)構(gòu) ，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量顆粒較細(xì)的材料構(gòu)成下墊層，以確保防滲土工膜不會(huì)遭到穿刺

6、或頂破破壞，形成滲漏通道。同時(shí)要求支持層與下墊層間必須滿足滲透穩(wěn)定的層間關(guān)系，以確保在防滲土工膜破壞時(shí)墊層的滲透穩(wěn)定性。 保護(hù)層起到保護(hù)防滲土工膜的作用，由上游防護(hù)層(即 護(hù) 坡 ）和上墊層共同組成，作為土石壩的上游護(hù)坡。土工膜防滲壩體結(jié)構(gòu) 砂卵石壩、堆石壩、砌石壩都可以用復(fù)合土工膜防滲。 三種主要的結(jié)構(gòu)布置型式 上游坡復(fù)合土工膜防滲 復(fù)合土工膜鋪蓋和上游坡面防滲 復(fù)合土工膜心墻土工膜防滲壩體結(jié)構(gòu) 上游坡復(fù)合土工膜防滲 有兩種不同情況，采用兩種不同的結(jié)構(gòu)布置:一是壩坡較平緩，復(fù)合土工膜靠摩擦力就能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)布置相當(dāng)簡(jiǎn)單。只要整平壩坡面，鋪復(fù)合土工膜，其表面用塊石護(hù)坡或頂制混凝土板護(hù)坡。土工膜防

7、滲壩體結(jié)構(gòu) 上游坡復(fù)合土工膜防滲 一種是壩坡較陡，復(fù)合土工膜在斜坡上靠摩擦力不能維持穩(wěn)定，要增加粘結(jié)力才行。這就需要用膠粘劑把復(fù)合上工膜膠粘在壩坡的固坡層上。對(duì)于不同的壩坡，可以選擇不同的固坡層和膠粘劑。更陡的壩坡，可用錨桿將復(fù)合土工膜錨入壩體。錨桿穿過(guò)復(fù)合土工膜處，可用膠粘劑填補(bǔ)密實(shí)。堆石壩上游坡用復(fù)合土工膜防滲的壩斷面和細(xì)部圖示例。復(fù)合土工膜鋪蓋和上游坡面防滲 在水庫(kù)水位降落時(shí)，復(fù)合土工膜下面的滲透水向前端和末端排出，需要相當(dāng)時(shí)間才能逐漸排出，所以膜下的水壓力消散很慢。而水庫(kù)水位降落較快。以致膜下的水壓力大于膜上的水壓力，會(huì)使復(fù)合土工膜被頂托漂起，尤其是鋪蓋中部，上托水壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于膜上面的

8、水壓力。應(yīng)該計(jì)算在水庫(kù)水位下降的過(guò)程中，鋪蓋下各點(diǎn)的頂托壓力過(guò)程。按照鋪蓋底部與頂部水壓力差的最大值計(jì)算確定復(fù)合土工膜上應(yīng)該壓填砂卵石的厚度。這樣算出的砂卵石厚度可能很厚。復(fù)合土工膜鋪蓋和上游坡面防滲 為了減小所填砂卵石厚度，可在復(fù)合土工膜某些部位裝置逆止閥，當(dāng)?shù)撞克畨毫Υ髸r(shí)，逆止閥向上排水。當(dāng)頂部水壓力大時(shí)，逆止閥閉合，不會(huì)向下漏水。在水庫(kù)初蓄水時(shí)，原來(lái)干燥的庫(kù)床砂礫石孔隙中氣體會(huì)因水滲入而向上排出，會(huì)頂托復(fù)合土工膜使之漂浮，所以也需要逆止閥排氣。為此，設(shè)置逆止閥是必需的。復(fù)合土工膜心墻 砂卵石壩、砂壩、堆石壩都可采用復(fù)合土工膜心墻防滲，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。復(fù)合土工膜深埋壩內(nèi)，使用壽命長(zhǎng)，但不易檢修。

9、 心墻復(fù)合土工膜呈折線鋪設(shè)的原因主要是施工方便;并且折線型松弛，更能適應(yīng)壩體變形，不產(chǎn)生較大拉應(yīng)變和拉應(yīng)力。因?yàn)檩^大的拉應(yīng)變和較高的拉應(yīng)力會(huì)加速土工合成材料老化。 圍壩壩體防滲型式主要有心墻式和斜墻式 心墻式防滲結(jié)構(gòu) 土工膜一般置于壩體內(nèi)部，下接基礎(chǔ)垂直防滲。該防滲型式優(yōu)點(diǎn)為:土工膜用量較省。缺點(diǎn)為:由于施工時(shí)要求壩體填筑與土工膜心墻鋪設(shè)連接同時(shí)上升，而且土工膜應(yīng)做成鋸齒形鋪設(shè)，以適應(yīng)堤壩的沉陷，施工較復(fù)雜，土工膜施工受壩體填筑影響，相互存在干擾。 斜墻式防滲結(jié)構(gòu) 在壩體填筑完成后在上游坡面鋪設(shè)土工膜。該防滲型式優(yōu)點(diǎn)為:土工膜施工與壩體填筑互不干擾，土工膜施工速度快，而且具備檢修條件。缺點(diǎn)為:

10、土工膜用量較大，上游壩坡專門(mén)設(shè)置土工膜保護(hù)層及相應(yīng)護(hù)坡結(jié)構(gòu)，工程量較心墻式大。適合新建或加固工程。土工膜厚度計(jì)算 鋪在顆粒地層上的土工膜厚度計(jì)算一般有下列兩種計(jì)算方法:1)前蘇聯(lián)經(jīng)驗(yàn)公式 1974年前蘇聯(lián)水工科學(xué)研究院在薄膜理論的基礎(chǔ)上結(jié)合試驗(yàn)，得出計(jì)算薄膜應(yīng)力的經(jīng)驗(yàn)公式如下: 1987年前蘇聯(lián)出版的土壩設(shè)計(jì)中介紹聚合物膜厚度的計(jì)算公式為: 根據(jù)水壓大小，用理論公式和前蘇聯(lián)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出的薄膜厚度一般較薄，但在實(shí)際工程中，避免施工破損、水壓擊穿、地基變形撕裂土工膜等都要求土工膜有一定厚度，除耐水壓力擊破可用計(jì)算方法確定膜厚外，還沒(méi)有考慮其他因素確定膜厚的方法，實(shí)際應(yīng)用在工程中，需留有較大安全系

11、數(shù)。 2)顧淦臣的薄膜理論公式 A、對(duì)正方形邊界上的膜 B、對(duì)長(zhǎng)條形縫邊界上的膜 式中T一單位寬度膜的拉應(yīng)力(KN/ms) 一拉應(yīng)變(伸長(zhǎng)率%) p一水壓力荷載(KPa) a一正方形膜的邊長(zhǎng)( m) b一長(zhǎng)條縫的寬度(m) 由上述公式作T- 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，并作選用土工膜試驗(yàn)所得拉應(yīng)力應(yīng)變曲線，求得兩曲線交點(diǎn)處的拉應(yīng)力值，該拉應(yīng)力與所選土工膜拉斷時(shí)拉應(yīng)力的比值(即應(yīng)力安全系數(shù))是否滿足設(shè)計(jì)要求，一般規(guī)定安全系數(shù)為5。土工膜的施工 1.土工膜的連縫 焊接焊接方法有電熱鍥、熱熔擠壓、高溫氣焊等，其中電熱鍥焊接應(yīng)用較廣。土工膜的施工 焊接 與焊接相比較，粘接工藝的應(yīng)用理論研究較少，主要是對(duì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。 與焊接工藝相比，粘接工藝比較適合于平地或坡度較緩的施工場(chǎng)地，粘合后的重壓易于施加，對(duì)于陡坡與直立壁，只能以木錘擊打替代重壓 粘接工藝對(duì)環(huán)境要求相對(duì)嚴(yán)格，工藝環(huán)節(jié)較為復(fù)雜，質(zhì)量控制與質(zhì)量檢查比焊接工藝難，然