5.5.1.3復(fù)合土工膜防滲鋪蓋設(shè)計(jì)
1）復(fù)合土工膜的特征
復(fù)合土工膜以塑料薄膜作為防滲基材，與無(wú)紡布復(fù)合而成的土工防滲材料，它的防滲性能主要取決于塑料薄膜的防滲性能。目前，國(guó)內(nèi)外防滲應(yīng)用的塑料薄膜，主要有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE），它們是一種高分子化學(xué)柔性材料，比重較小，延伸性較強(qiáng)，適應(yīng)變形能力高，。耐腐蝕，耐低溫，抗凍性能好。其主要機(jī)理是以塑料薄膜的不透水性隔斷土壩漏水通道，以其較大的抗拉強(qiáng)度和延伸率承受水壓和適應(yīng)壩體變形；而無(wú)紡布亦是一種高分子短纖維化學(xué)材料，通過(guò)針刺或熱粘成形，具有較高的抗拉強(qiáng)度和延伸性，它與塑料薄膜結(jié)合后，不僅增大了塑料薄膜的抗拉強(qiáng)度和抗穿刺能力，而且由于無(wú)紡布表面粗糙，增大了接觸面的摩擦系數(shù)，有利于復(fù)合土工膜及保護(hù)層的穩(wěn)定。同時(shí)，它們對(duì)細(xì)菌和化學(xué)作用有較好的耐侵蝕性，不怕酸、堿、鹽類(lèi)的侵蝕。
復(fù)合土工膜的使用年限問(wèn)題，主要是由塑料薄膜是否失去防滲隔水作用而定，據(jù)蘇聯(lián)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水工用的厚度為0.2m的加穩(wěn)定劑的聚乙烯薄膜，在清水條件下工作年限可達(dá)40~50年，在污水條件下工作年限為30~40年。因此復(fù)合土工膜的使用年限足以滿足大壩防滲要求的使用年限。
2）鋪膜范圍的確定
周頭水庫(kù)大壩本為心墻壩，但由于垮壩，造成了心墻上部的脫節(jié)，為解決上部防滲問(wèn)題，原來(lái)加做了防滲斜墻。根據(jù)本次周頭水庫(kù)大壩的安全論證分析，為解決因大壩多次滑坡而造成的滲漏弱面及壩基滲漏，在垂直防滲方面采取了基巖帷幕灌漿，接觸面灌漿，沖抓套井回填帷幕及高噴防滲板墻等防滲體形成。上部斜墻部位采用復(fù)合土工膜鋪蓋防滲，下與垂直防滲墻相銜接，上至358.0m高程（高于校核洪水位0.97m）。具體位置及工程量見(jiàn)設(shè)計(jì)圖。
3）復(fù)合土工膜的選型
目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)土工膜的廠家比較多，產(chǎn)品規(guī)格也五花八門(mén)，有一布一膜，一布二膜，二布一膜，二布二膜及多布多膜等。型號(hào)有200g/m2~1000g/m2等，亦可由用戶根據(jù)自己的實(shí)際情況提出要求，由廠家根據(jù)要求單獨(dú)生產(chǎn)。表5.5.3.1列出了湖南維尼綸廠所生產(chǎn)的部分產(chǎn)品的主要性能指標(biāo)，供設(shè)計(jì)時(shí)參考選用。
表5.5.1.3產(chǎn)品主要性能表
型號(hào)規(guī)格
指標(biāo)
項(xiàng)目WCS—1WCS—2WCS—3WCD—1WCD—2
一布一膜復(fù)合土工膜二布一膜復(fù)合土工膜
220500600300500
單位面積質(zhì)量偏
差度(%)≤一等品6.55.05.06.55.0
合格品9.08.07.08.58.0
厚度(mm≥)一等品0.301.402.500.401.75
合格品0.251.302.400.351.65
縱橫向狹條抗拉
強(qiáng)度(N/om)≥一等品70300450110400
合格品
圓球頂破強(qiáng)度
(N)≥一等品200500900200900
合格品
抗?jié)B強(qiáng)度(Mpa)一等品0.4Mpa水壓
不滲水0.7Mpa水壓
不滲水0.7Mpa水壓
不滲水0.4Mpa水壓
不滲水0.7Mpa水壓
不滲水
合格品
外觀一等品布面平整、無(wú)破洞、布面與膜粘合緊密、無(wú)分層現(xiàn)象
合格品
根據(jù)表5.5.1.3的產(chǎn)品主要性能，結(jié)合周頭水庫(kù)的具體情況設(shè)計(jì)采用WCD——1型二布一膜的復(fù)合土工膜，其規(guī)格為300g/m2，幅寬1.9m。
4）復(fù)合土工膜防滲體設(shè)計(jì)
復(fù)合土工膜防滲體結(jié)構(gòu)由基面、復(fù)合土工膜、保護(hù)層、塊石（或砼）護(hù)坡共四層組成（如下圖5.5.4.1），現(xiàn)將各層設(shè)計(jì)分述如下：
復(fù)合土工膜防滲結(jié)構(gòu)體剖面圖（單位：mm）
①鋪膜基面設(shè)計(jì)（即壩殼表面處理要求）
為防止復(fù)合土工膜上鋪填土層順其表面滑動(dòng)，增加保護(hù)層（包括護(hù)面）的穩(wěn)定性，將上游鋪膜壩殼表面開(kāi)挖成臺(tái)階段，每級(jí)高差為0.3m，水平寬根據(jù)坡比而定，斜坡設(shè)計(jì)為1:1.0（如圖5.5.1.3）所示，開(kāi)挖成形后，將表面的磚、石塊及*根樹(shù)等清除干凈，并用拍板將表面打緊，平整。
②復(fù)合土工膜設(shè)計(jì)
根據(jù)表5.5.1.3的產(chǎn)品主要特能，結(jié)合周頭水庫(kù)的具體情況，設(shè)計(jì)選用WCD-1型二布一膜的復(fù)合土工膜。
③保護(hù)層設(shè)計(jì)
復(fù)合土工膜的防滲效果取決于施工中和運(yùn)行過(guò)程中塑料膜的完好程度，為了防止人畜踐踏，動(dòng)植物破壞以及減少光熱作用，由于它們是高分子化纖聚合物，故應(yīng)特別避免陽(yáng)光的直接照射，所以復(fù)合土工膜上應(yīng)鋪保護(hù)層。
保護(hù)層的顆粒直徑不能太大，否則會(huì)刺破復(fù)合土工膜，一般對(duì)保護(hù)層的顆粒直徑大小要按下式進(jìn)行近似估算。
式中：d——保護(hù)層土料的最大顆粒直徑；
k——安全系數(shù)，本工程取k=5；
[σ]——復(fù)合土工膜的抗拉允許強(qiáng)度[σ]=5.5Mpa；
p——承受最大水頭，取P=0.1Mpa；
——復(fù)合土工膜厚度，取=0.2mm（為塑膜厚度）。
將上述各數(shù)據(jù)代入上式得：
為了安全起見(jiàn)，要求實(shí)際土料最大顆粒直徑d不大于6mm，故本工程采用篩制的粉質(zhì)粘土，其它要求與壩體土料填筑要求一樣。保護(hù)層取200mm，下面100mm用篩制土，上面100mm用非篩制土。對(duì)非篩制土，應(yīng)挑出較大石塊等其它雜物。
④護(hù)面設(shè)計(jì)
因?yàn)閴纹旅媸菗跛ㄖ铮惺茱L(fēng)浪壓力，所以必須要有護(hù)面措施，本工程設(shè)計(jì)采用干砌大塊石護(hù)面。
護(hù)面塊石必須堅(jiān)硬、密實(shí)、能長(zhǎng)期耐風(fēng)化，并有一定有重量個(gè)體，能夠承受風(fēng)浪壓力及水流沖刷力的作用。
護(hù)面塊石的重量及Q及護(hù)面厚度參照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50286—98）中附錄D.3的方法確定。計(jì)算公式：
式中：Q——主要護(hù)面層護(hù)面塊石個(gè)體質(zhì)量（t）
rb——人工塊石的重度（KN/m3）rb=24KN/m3
r——水的重度r=10KN/m3
H——設(shè)計(jì)坡高H=
KD——穩(wěn)定系數(shù)，KD=5.5
t——塊石護(hù)面層厚度
n——護(hù)面塊石層數(shù)n=1
c——系數(shù)c=1.4
m——斜坡坡度
經(jīng)計(jì)算：Q=48kg，t=0.29m，取干砌塊石護(hù)面厚度t=0.3m。
為防止風(fēng)浪水流將壩殼保護(hù)層粘土顆粒帶走，在塊石護(hù)面下鋪設(shè)厚度為0.1m的碎石（砂礫石）作墊層兼反濾層。
（5）復(fù)合土工膜防滲體施工技術(shù)要求
①工藝流程
周頭水庫(kù)大壩復(fù)合土工膜防滲采取邊挖、邊鋪、邊夯、邊護(hù)的區(qū)段循環(huán)作業(yè)，其施工工藝流程見(jiàn)圖5.5.3.2
圖5.5.3.2土工膜防滲施工流程圖
②基面清理
基面一定在按設(shè)計(jì)要求清理好，這是確保防滲效果的關(guān)鍵，特別是對(duì)尖石、樹(shù)根等雜物要徹底清除干凈，基面不允許有局部凹凸現(xiàn)象，清理好的基面要用夯錘或夯板夯緊，使之密實(shí)平整。
③復(fù)合土工膜鋪設(shè)
鋪膜時(shí)，一定要由上下而上鋪設(shè)。膜與膜之間及膜與基面之間要壓平貼緊，但不宜將膜拉得過(guò)緊，一般要略松一點(diǎn)，但不能在膜底留有氣泡。因?yàn)橥凉つけ容^薄且很輕，鋪好以后，在未鋪好保護(hù)層以前，極易被風(fēng)吹動(dòng)，所以一次鋪膜面積不宜達(dá)大，最好邊鋪膜邊蓋保護(hù)層土料。
根據(jù)廠家提供資料，復(fù)合土工膜幅寬1.0~1.9m，本工程選用1.9m幅寬，以減少接頭用料。接頭有熱粘、膠粘、搭接等方法，本工程設(shè)計(jì)采用膠粘，接縫寬50mm。
若發(fā)現(xiàn)土工膜的刺破或撕破之處，一定要用三倍于破損面積的土工膜膠粘貼補(bǔ)好。
④保護(hù)層及護(hù)面
靠土工膜10cm厚的保護(hù)層土料一定要過(guò)篩，不允許有粒徑大于6mm以上顆粒，否則易刺破土工膜。保護(hù)層土料一定要用夯打密實(shí)，保證干容重在1.5以上，并隨時(shí)取樣檢驗(yàn)。回填保護(hù)層及砌筑塊石護(hù)面時(shí)，一定要輕放，以免撞破土工膜。在塊石護(hù)面下面，應(yīng)鋪填100mm厚的碎石或礫石墊層，以防止因水位變化，風(fēng)浪等因素的影響而淘刷土料保護(hù)層。干砌塊石采取人工掛線鋪砌，石塊應(yīng)緊密嵌固，面層塊石個(gè)體重量應(yīng)大于48kg，所有空隙均用小塊石充填。
⑤周邊接界處理
周邊接界處理的要求是將復(fù)合土工膜與周邊土體聯(lián)結(jié)緊密，封堵滲流入口，截?cái)鄠?cè)向的滲漏路徑，防止?jié)B水進(jìn)入土工膜底面，形成水泡，在庫(kù)水位下降時(shí)脹破土工膜。因此周邊接界一定要挖截水槽，并將土工膜埋入槽內(nèi)。具體布置見(jiàn)設(shè)計(jì)圖。
1）復(fù)合土工膜的特征
復(fù)合土工膜以塑料薄膜作為防滲基材，與無(wú)紡布復(fù)合而成的土工防滲材料，它的防滲性能主要取決于塑料薄膜的防滲性能。目前，國(guó)內(nèi)外防滲應(yīng)用的塑料薄膜，主要有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE），它們是一種高分子化學(xué)柔性材料，比重較小，延伸性較強(qiáng)，適應(yīng)變形能力高，。耐腐蝕，耐低溫，抗凍性能好。其主要機(jī)理是以塑料薄膜的不透水性隔斷土壩漏水通道，以其較大的抗拉強(qiáng)度和延伸率承受水壓和適應(yīng)壩體變形；而無(wú)紡布亦是一種高分子短纖維化學(xué)材料，通過(guò)針刺或熱粘成形，具有較高的抗拉強(qiáng)度和延伸性，它與塑料薄膜結(jié)合后，不僅增大了塑料薄膜的抗拉強(qiáng)度和抗穿刺能力，而且由于無(wú)紡布表面粗糙，增大了接觸面的摩擦系數(shù)，有利于復(fù)合土工膜及保護(hù)層的穩(wěn)定。同時(shí)，它們對(duì)細(xì)菌和化學(xué)作用有較好的耐侵蝕性，不怕酸、堿、鹽類(lèi)的侵蝕。
復(fù)合土工膜的使用年限問(wèn)題，主要是由塑料薄膜是否失去防滲隔水作用而定，據(jù)蘇聯(lián)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水工用的厚度為0.2m的加穩(wěn)定劑的聚乙烯薄膜，在清水條件下工作年限可達(dá)40~50年，在污水條件下工作年限為30~40年。因此復(fù)合土工膜的使用年限足以滿足大壩防滲要求的使用年限。
2）鋪膜范圍的確定
周頭水庫(kù)大壩本為心墻壩，但由于垮壩，造成了心墻上部的脫節(jié)，為解決上部防滲問(wèn)題，原來(lái)加做了防滲斜墻。根據(jù)本次周頭水庫(kù)大壩的安全論證分析，為解決因大壩多次滑坡而造成的滲漏弱面及壩基滲漏，在垂直防滲方面采取了基巖帷幕灌漿，接觸面灌漿，沖抓套井回填帷幕及高噴防滲板墻等防滲體形成。上部斜墻部位采用復(fù)合土工膜鋪蓋防滲，下與垂直防滲墻相銜接，上至358.0m高程（高于校核洪水位0.97m）。具體位置及工程量見(jiàn)設(shè)計(jì)圖。
3）復(fù)合土工膜的選型
目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)土工膜的廠家比較多，產(chǎn)品規(guī)格也五花八門(mén)，有一布一膜，一布二膜，二布一膜，二布二膜及多布多膜等。型號(hào)有200g/m2~1000g/m2等，亦可由用戶根據(jù)自己的實(shí)際情況提出要求，由廠家根據(jù)要求單獨(dú)生產(chǎn)。表5.5.3.1列出了湖南維尼綸廠所生產(chǎn)的部分產(chǎn)品的主要性能指標(biāo)，供設(shè)計(jì)時(shí)參考選用。
表5.5.1.3產(chǎn)品主要性能表
型號(hào)規(guī)格
指標(biāo)
項(xiàng)目WCS—1WCS—2WCS—3WCD—1WCD—2
一布一膜復(fù)合土工膜二布一膜復(fù)合土工膜
220500600300500
單位面積質(zhì)量偏
差度(%)≤一等品6.55.05.06.55.0
合格品9.08.07.08.58.0
厚度(mm≥)一等品0.301.402.500.401.75
合格品0.251.302.400.351.65
縱橫向狹條抗拉
強(qiáng)度(N/om)≥一等品70300450110400
合格品
圓球頂破強(qiáng)度
(N)≥一等品200500900200900
合格品
抗?jié)B強(qiáng)度(Mpa)一等品0.4Mpa水壓
不滲水0.7Mpa水壓
不滲水0.7Mpa水壓
不滲水0.4Mpa水壓
不滲水0.7Mpa水壓
不滲水
合格品
外觀一等品布面平整、無(wú)破洞、布面與膜粘合緊密、無(wú)分層現(xiàn)象
合格品
根據(jù)表5.5.1.3的產(chǎn)品主要性能，結(jié)合周頭水庫(kù)的具體情況設(shè)計(jì)采用WCD——1型二布一膜的復(fù)合土工膜，其規(guī)格為300g/m2，幅寬1.9m。
4）復(fù)合土工膜防滲體設(shè)計(jì)
復(fù)合土工膜防滲體結(jié)構(gòu)由基面、復(fù)合土工膜、保護(hù)層、塊石（或砼）護(hù)坡共四層組成（如下圖5.5.4.1），現(xiàn)將各層設(shè)計(jì)分述如下：
復(fù)合土工膜防滲結(jié)構(gòu)體剖面圖（單位：mm）
①鋪膜基面設(shè)計(jì)（即壩殼表面處理要求）
為防止復(fù)合土工膜上鋪填土層順其表面滑動(dòng)，增加保護(hù)層（包括護(hù)面）的穩(wěn)定性，將上游鋪膜壩殼表面開(kāi)挖成臺(tái)階段，每級(jí)高差為0.3m，水平寬根據(jù)坡比而定，斜坡設(shè)計(jì)為1:1.0（如圖5.5.1.3）所示，開(kāi)挖成形后，將表面的磚、石塊及*根樹(shù)等清除干凈，并用拍板將表面打緊，平整。
②復(fù)合土工膜設(shè)計(jì)
根據(jù)表5.5.1.3的產(chǎn)品主要特能，結(jié)合周頭水庫(kù)的具體情況，設(shè)計(jì)選用WCD-1型二布一膜的復(fù)合土工膜。
③保護(hù)層設(shè)計(jì)
復(fù)合土工膜的防滲效果取決于施工中和運(yùn)行過(guò)程中塑料膜的完好程度，為了防止人畜踐踏，動(dòng)植物破壞以及減少光熱作用，由于它們是高分子化纖聚合物，故應(yīng)特別避免陽(yáng)光的直接照射，所以復(fù)合土工膜上應(yīng)鋪保護(hù)層。
保護(hù)層的顆粒直徑不能太大，否則會(huì)刺破復(fù)合土工膜，一般對(duì)保護(hù)層的顆粒直徑大小要按下式進(jìn)行近似估算。
式中：d——保護(hù)層土料的最大顆粒直徑；
k——安全系數(shù)，本工程取k=5；
[σ]——復(fù)合土工膜的抗拉允許強(qiáng)度[σ]=5.5Mpa；
p——承受最大水頭，取P=0.1Mpa；
——復(fù)合土工膜厚度，取=0.2mm（為塑膜厚度）。
將上述各數(shù)據(jù)代入上式得：
為了安全起見(jiàn)，要求實(shí)際土料最大顆粒直徑d不大于6mm，故本工程采用篩制的粉質(zhì)粘土，其它要求與壩體土料填筑要求一樣。保護(hù)層取200mm，下面100mm用篩制土，上面100mm用非篩制土。對(duì)非篩制土，應(yīng)挑出較大石塊等其它雜物。
④護(hù)面設(shè)計(jì)
因?yàn)閴纹旅媸菗跛ㄖ铮惺茱L(fēng)浪壓力，所以必須要有護(hù)面措施，本工程設(shè)計(jì)采用干砌大塊石護(hù)面。
護(hù)面塊石必須堅(jiān)硬、密實(shí)、能長(zhǎng)期耐風(fēng)化，并有一定有重量個(gè)體，能夠承受風(fēng)浪壓力及水流沖刷力的作用。
護(hù)面塊石的重量及Q及護(hù)面厚度參照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50286—98）中附錄D.3的方法確定。計(jì)算公式：
式中：Q——主要護(hù)面層護(hù)面塊石個(gè)體質(zhì)量（t）
rb——人工塊石的重度（KN/m3）rb=24KN/m3
r——水的重度r=10KN/m3
H——設(shè)計(jì)坡高H=
KD——穩(wěn)定系數(shù)，KD=5.5
t——塊石護(hù)面層厚度
n——護(hù)面塊石層數(shù)n=1
c——系數(shù)c=1.4
m——斜坡坡度
經(jīng)計(jì)算：Q=48kg，t=0.29m，取干砌塊石護(hù)面厚度t=0.3m。
為防止風(fēng)浪水流將壩殼保護(hù)層粘土顆粒帶走，在塊石護(hù)面下鋪設(shè)厚度為0.1m的碎石（砂礫石）作墊層兼反濾層。
（5）復(fù)合土工膜防滲體施工技術(shù)要求
①工藝流程
周頭水庫(kù)大壩復(fù)合土工膜防滲采取邊挖、邊鋪、邊夯、邊護(hù)的區(qū)段循環(huán)作業(yè)，其施工工藝流程見(jiàn)圖5.5.3.2
圖5.5.3.2土工膜防滲施工流程圖
②基面清理
基面一定在按設(shè)計(jì)要求清理好，這是確保防滲效果的關(guān)鍵，特別是對(duì)尖石、樹(shù)根等雜物要徹底清除干凈，基面不允許有局部凹凸現(xiàn)象，清理好的基面要用夯錘或夯板夯緊，使之密實(shí)平整。
③復(fù)合土工膜鋪設(shè)
鋪膜時(shí)，一定要由上下而上鋪設(shè)。膜與膜之間及膜與基面之間要壓平貼緊，但不宜將膜拉得過(guò)緊，一般要略松一點(diǎn)，但不能在膜底留有氣泡。因?yàn)橥凉つけ容^薄且很輕，鋪好以后，在未鋪好保護(hù)層以前，極易被風(fēng)吹動(dòng)，所以一次鋪膜面積不宜達(dá)大，最好邊鋪膜邊蓋保護(hù)層土料。
根據(jù)廠家提供資料，復(fù)合土工膜幅寬1.0~1.9m，本工程選用1.9m幅寬，以減少接頭用料。接頭有熱粘、膠粘、搭接等方法，本工程設(shè)計(jì)采用膠粘，接縫寬50mm。
若發(fā)現(xiàn)土工膜的刺破或撕破之處，一定要用三倍于破損面積的土工膜膠粘貼補(bǔ)好。
④保護(hù)層及護(hù)面
靠土工膜10cm厚的保護(hù)層土料一定要過(guò)篩，不允許有粒徑大于6mm以上顆粒，否則易刺破土工膜。保護(hù)層土料一定要用夯打密實(shí)，保證干容重在1.5以上，并隨時(shí)取樣檢驗(yàn)。回填保護(hù)層及砌筑塊石護(hù)面時(shí)，一定要輕放，以免撞破土工膜。在塊石護(hù)面下面，應(yīng)鋪填100mm厚的碎石或礫石墊層，以防止因水位變化，風(fēng)浪等因素的影響而淘刷土料保護(hù)層。干砌塊石采取人工掛線鋪砌，石塊應(yīng)緊密嵌固，面層塊石個(gè)體重量應(yīng)大于48kg，所有空隙均用小塊石充填。
⑤周邊接界處理
周邊接界處理的要求是將復(fù)合土工膜與周邊土體聯(lián)結(jié)緊密，封堵滲流入口，截?cái)鄠?cè)向的滲漏路徑，防止?jié)B水進(jìn)入土工膜底面，形成水泡，在庫(kù)水位下降時(shí)脹破土工膜。因此周邊接界一定要挖截水槽，并將土工膜埋入槽內(nèi)。具體布置見(jiàn)設(shè)計(jì)圖。
