土工膜施工工艺的优化

土工膜施工工艺的优化2004年12期程亚春摘要：结合水利工程施工实践，总结了常用的PE膜和PVC膜的焊接、粘结、槽中拼接、周边锚着、顶部连接及铺设工艺，认为：土工膜的拼接尽量避免拾遗补缺，尤其是焊接工艺，应尽量减少漏焊、虚焊及一条焊缝有多次停顿；土工膜在槽中搭接时，两幅膜应尽量贴紧；对于水头高、膜较厚，或可能发生较大位移的情况，膜与基岩或混凝土连接时，应尽可能采用螺栓连接，并留有变形余幅；必须高度重视土工膜施工质量标准；施工人员必须能够根据施工条件处置各种复杂情况。关键词：土工膜施工工艺经验教训近几年来，土工膜防渗工程迅速增加，尤其是堤坝渠道防渗应用土工膜更为广泛，土工膜防渗工程的成败，施工是主要的关键环节之一，而土工膜施工工艺的优劣直接影响土工膜的施工质量。在缺少系统深入的研究以前，对一些已建工程中值得重视的环节的经验教训加以总结，对于提高土工膜施工工艺水平，确保防渗工程的质量，具有积极促进作用。土工膜的接缝对于国内常用的两种塑料土工膜PE膜和PVC膜，均可采用焊接方式拼接，其中PVC膜还可采用粘接方式拼接，实际工程中，PVC膜多采用粘接方式。1焊接焊接方法有电热锲、热熔挤压、高温气焊等焊接方法。其中电热锲焊接应用较广。目前普遍采用热锲焊机进行焊接，许多工程的现场取样测试表明，大多数焊接件断裂发生在焊缝边缘的非焊接部位，准确地说，就是紧靠焊缝的部位。这表明，尽管国内外采用焊机的型号和性能有所不同，采用的焊接参数也不相同，各地的气候环境更有差异，但破坏的现象基本相同。产生这种现象的原因，主要是热锲体高温对接缝边缘部位产生硬化作用，使强度增加，而上下片膜材经热膜熔化部位实际上有可能不严格重合，处在重合区外面极小的一部分就成为薄弱带，断裂首先从该处发生，强度小于原材料，约为原材料的85%〜95%。而严格重合的接缝，尽管断裂处仍发生在接缝边缘处，但由于高温硬化，其强度约大于焊接前的5%〜15%，经利率有所降低。实际上，对于一定型号的热锲焊机和一定的土工膜种类及厚度，热锲湿度、焊接速度、滚筒压力等焊接参数的选择，还受到当地大温度和风力的影响。宝鸡峡灌区东四支渠道防渗工程厚度0.9mm的PVC膜，采用热锲湿度250°C。焊接速度0.8m/min，当地气温约28°C。风力约2~3级，接缝拉伸强度为母材拉伸强度的123%，接缝伸长率为母材的172%。实际上，当地晴日气温在早晚与中午相差约10C以上，所以焊接温度与速度仍需作调整，但这种调整是凭经验作出的。例如：福州亿灏数码科技有限公司生产的JIT-800系列土工膜焊接机，在实际操作中，就可以根据操作者的熟练程度，适当提高工作温度，相应地提高焊接速度，明显提高工作效率。2粘接与焊接相比较，粘接工艺的应用理论研究较少，主要是对实践经验的总结。与焊接工艺相比，粘接工艺比较适合于平地或坡度较缓的施工场地，粘合后的重压易于施加，对于陡坡与直立壁，只能以木锤击打替代重压，粘接工艺对环境要求相对严格，工艺环节较为复杂，质量控制与质量检查比焊接工艺难，然而粘接工艺在缺陷修补方面有优势。一般地，风力在5级以上，不易进行粘接施工，工地开挖形成的空气尘埃将直接影响粘接质量，视当地气温，粘接后固化时间达5〜8h尚可进行着力点在接缝处的搬动，现场取样测试的数据大多在固化2〜3d以后取得的。PVC膜粘接所用的粘合剂大多为即涂即粘型，工艺环节为搭接定位，湿布清洁接缝处，干布清洁，涂胶、压合，沙袋拖压（必须先拖压、后定位压重，若不拖压则沙袋与沙袋之间的重力缺乏处会形成粘接薄弱面）。对于复合膜接缝中的土工织物的拼接常用缝接与粘接两种方式。用手提缝纫机缝合工艺简单，但织物接缝难以与膜接缝协调变形，拉伸强度会有明显下降，甚至两布一膜的接缝强度还低于一布一膜的接缝强度。规格为200/0.5/200两布一膜的膜焊布缝的接缝拉伸强度只有规格为200/0.5一布一膜焊接拉伸强度的1/3多。用粘合剂粘合土工织物比缝合更有利于织物接缝与膜接缝协调变形，接缝的拉伸强度比织物缝接接缝大有提高。东四支节水改造工程的膜焊布粘的接缝拉伸强度为膜焊布缝接缝的2.8倍。用粘合剂粘合土工织物不仅工艺复杂，而且由于织物孔隙率大而消耗大量的粘合剂，成本较高。此外，膜与织物一般需分别先后粘合，中间至少需经历一个粘合固化周期。总结土工膜拼接工艺，应尽量避免拾遗补漏，尤其对于焊接工艺，尽量减少漏焊、虚焊，以及一条焊缝有多次停顿。尽管这些缺陷被检查出可以补焊，但手持焊枪的焊接质量远不如焊机的焊接质量。3槽中拼接锯槽式垂直铺塑十分适合于深12m以内的砂质、粉质土堤地基的防渗，造价低，工艺也相对简单。土工膜在槽内的幅间连接目前均采用搭接，搭接长度约2m，只能起延长渗径减少渗漏的作用，而不能阻断渗流。槽中塑膜搭接工艺必须重视以下两个环节的处理。第一，两幅膜应尽量靠近贴紧，在泥浆槽中克服泥浆的阻力与浮力，使两幅膜从槽底开始就能贴在一起，关于这方面，操作经验十分重要。第二，因两幅膜的搭接比正常的展膜费时，此时搭接处的泥浆颗粒会产生沉淀，使该处膜底高程升高，成为防渗薄弱部位。在搭接处，锯槽机继续作锯切动作，但锯槽机不向前行进，使该处的泥浆不致沉淀。2土工膜的锚着土工膜施工是防渗工程建设中关键的一环，实际上，一项出色的土工膜防渗工程，不仅需要施工人员理解设计意图，而且还应从施工角度采取一些创造性的处理措施。1周边锚着对于水头较高、膜较厚或土工膜锚着附近部位可能发生较大位移的情况，膜与基岩或混凝土连接时，尽可能采用螺栓锚固，并在可能发生较大位移的相反方向留有膜与土体共同变形的余幅，如图1所示，而不如图2所示的膜形成褶皱的型式。因为褶皱受压后很难舒展，即使能展开，经过折叠的土工膜的拉伸强度和极限伸长率都会损失大半。2顶部连接土工膜用于堤坝上游面防渗，其顶端连接也很重要，若堤坝设防浪墙，则土工膜必须与防渗墙成阻水连接，图3所示，土工膜锚固在防渗墙面上，并被护坡材料所覆盖。图4所示土工膜埋置在防浪墙底，膜与混凝土结合紧密，并有足够的结合长度。若堤坝顶部未设防浪墙，则土工膜应在堤坝顶部构成顶封型式。上述3种土工膜顶部阻水连接型式，目的是防止波浪水流和降雨水流渗入膜与支持层之间的间隙，对土工膜稳定产生不利影响。3土工膜的铺设土工膜铺设常认为十分简单，实际上，一项成功的土工膜铺设工序与工艺是一项施工实施者在对设计意图透彻理解与对现场条件全面掌握的基础上做出的创造性成果。土工膜施工中难免出现问题。礼泉县某坝初期坝高20m，坡比1:2.0，在坝面复合土工膜上依次铺设土工网、针刺土工织物，基中土工网与土工织物之间的抗滑稳定安全系数仅为0.5左右，设计中考虑依赖织物上铺设的干砌石的支撑维持稳定，但自下而上砌筑块石完成后，又将坝坡脚处约20m2强风化士砌石撤换。由于设计中土工合成材料是依赖砌石的支撑维持稳定，当该部分砌石被拆除后，在30〜40m宽范围内，从坡脚至坡顶铺设在复合土工膜上的土工网、土工织物连同其上的碎石、块石护坡突然滑塌，土工网与土工织物在坝顶部位全部拉断，在两侧全部撕断，所幸复合土工膜因其与坝体上土料的摩擦系数相对较大而未发生滑动破坏，该部分结构后又重新施工。4几点建议1、施工是土工膜防渗工程建设的关键环节，施工质量标准是促进施工研究和质量控制措施研究的原动力，必须予以高度重视。2、土工膜施工为精细施工，需要长期积累经验，施工人员必须既掌握土工膜的工程应用原理，又能根据施工条件处置各种复杂情况。3、对于土工