土工膜防渗设计培训讲义T

土工膜防渗设计土工膜及特性土工膜土工膜一般分为沥青和聚合物(合成高聚物)两大类，也有采用天然橡胶制作的。为了适应工程应用中不同强度和变形的要求，两类中又有不加筋和加筋或组合之别。土工膜的主要特征是透水性极低。工程应用中更重视其防水(渗透性和透气性)、抗老化的能力及耐久性。同时土工膜有很好的不透水性，和很好的弹性和适应变形的能力，能承受不同的施工条件和工作应力，具有良好的耐老化性能。复合土工膜复合土工膜是两种或两种以上的土工合成材料组合在一起的制品。这类制品将各组合料的特性相组合，以满足工程的特定需要。复合土工膜的品种繁多，是今后一段时期发展的方向。其中复合土工膜是比较常用的一种土工膜合成材料。复合土工膜是将土工膜和土工织物(包括织造和非强造型)复合在一起的产品。应用较多的是针刺土工织物，其单位面积质量一般为200~600g/m2。

复合土工膜有许多优点。例如，以织造型土工织物复合，可以对土工膜加筋，保护膜不受运输或施工期间的外力损坏;以非织造物复合，不仅对膜提供加筋和保护还可起到排水排气的作用，同时提高膜面的摩擦系数，在水利工程和交通隧洞工程中有广泛的应用。土工膜的工程性质防渗特性土工膜就其分子结构和制造工艺来说，应该说是不透水和不透气的，但是试验研究和工程实践证明，由于制造工艺上的种种原因，常用的土工膜不是绝对不透水的，或者只能说是如果沿用达西渗透定律的概念，在水利工程中渗透系数应为K<1010cm/s的粘土为不透水土，则可称为不透水的土工织布的渗透系数应为K<1014cm/s，这是因为土工织布防渗体的厚度比粘土防渗体的厚度薄的很多，在相同水头差作用下其水力梯度比后者大很多。土工膜的工程性质所以，对一般的水利工程而言，渗透系数K<1013~1015cm/s。质量满足要求的土工织布是可以认为满足不透水要求的。但是，如果用于防有毒液体或气体的渗漏，则应对土工织布的不透水性提出更高的要求。土工膜的工程性质耐水压性能作为防渗结构主体的上工织布，在工作时承受着较大的(有时甚至是巨大的)水压力，土工织布可能在支持层颗粒孔隙处被水压压破而击穿。一般来说，颗粒级配愈好，耐水压性能愈强;颗料愈细，耐水压力也愈强。颗粒级配愈好，耐水压性能愈强；颗粒愈细，耐水压力也愈强土工膜的工程性质土工膜摩擦特性当在斜坡上铺设土工织布时，土工织布与其他材料(包括土类)之间的摩擦特性，是设计上一个重要的控制指标。土工织布表面较为光滑，它与其他材料之间的摩擦角较土的摩擦角小，很容易沿界面产生滑动。根据一些些研究成成果，土土工织布布摩擦特特性有以以下4个特点①界面上上的剪切切应力与与位移之之间为非非线性的的关系，，受所接接触土料料变形性性的影响响，在峰峰值点以以前的应应力与位位移关系系基本上上符合双双曲线关关系。②界面的的峰值摩摩擦阻力力与正应应力呈(通过原点点)直线关系系，其斜斜率为tand，d为土工织织布与该该材料的的摩擦角角。③摩擦角角的大小小与膜材材料的界界面特性性有，光光面膜与与土之间间的摩擦擦系数最最小，经经常是滑滑动的薄薄弱面。。④在一般般情况下下，水下下的摩擦擦角要比比干燥时时小2~5。在设计计时，需需要慎重重考虑。。土工膜土工织物物与其他他建筑物物材料之之间的摩摩擦系数数土工膜防防渗设计计土工膜防防渗层结结构土工膜的的防渗设设计土工工膜防渗渗层结构构包括:上游面防防护层、、上垫层层、防渗渗土工膜膜、下垫垫层和支支持层。。有时也也将下垫垫层和支支持层和和合在一一起，统统称为支支承层，，防护层层和上垫垫层又统统称为保保护层。。防渗面层层结构土工膜防防渗设计计支承层是是保证防防渗土工工膜安全全、稳定定的重要要组成结结构，，在设计计时应尽尽量颗粒粒较细的的材料构构成下垫垫层，以以确保防防渗土工工膜不会会遭到穿穿刺或顶顶破破坏坏，形成成渗漏通通道。同同时要求求支持层层与下垫垫层间必必须满足足渗透稳稳定的层层间关系系，以确确保在防防渗土工工膜破坏坏时垫层层的渗透透稳定性性。保护层起起到保护护防渗土土工膜的的作用，，由上游游防护层层(即护坡坡））和上垫垫层共同同组成，，作为土土石坝的的上游护护坡。土工膜防防渗坝体体结构砂卵石坝坝、堆石石坝、砌砌石坝都都可以用用复合土土工膜防防渗。三种主要的的结构布置置型式上游坡复合合土工膜防防渗复合土工膜膜铺盖和上上游坡面防防渗复合土工膜膜心墙土工膜防渗渗坝体结构构上游坡复合合土工膜防防渗有两种不同同情况，采采用两种不不同的结构构布置:一是坝坡较较平缓，复复合土工膜膜靠摩擦力力就能稳定定，结构布布置相当简简单。只要要整平坝坡坡面，铺复复合土工膜膜，其表面面用块石护护坡或顶制制混凝土板板护坡。土工膜防渗渗坝体结构构上游坡复合合土工膜防防渗一种是坝坡坡较陡，复复合土工膜膜在斜坡上上靠摩擦力力不能维持持稳定，要要增加粘结结力才行。。这就需要要用胶粘剂剂把复合上上工膜胶粘粘在坝坡的的固坡层上上。对于不不同的坝坡坡，可以选选择不同的的固坡层和和胶粘剂。。更陡的坝坝坡，可用用锚杆将复复合土工膜膜锚入坝体体。锚杆穿穿过复合土土工膜处，，可用胶粘粘剂填补密密实。堆石坝上游游坡用复合合土工膜防防渗的坝断断面和细部部图示例。。复合土工膜膜铺盖和上上游坡面防防渗在水库水位位降落时，，复合土工工膜下面的的渗透水向向前端和末末端排出，，需要相当当时间才能能逐渐排出出，所以膜膜下的水压压力消散很很慢。而水水库水位降降落较快。。以致膜下下的水压力力大于膜上上的水压力力，会使复复合土工膜膜被顶托漂漂起，尤其其是铺盖中中部，上托托水压力远远远大于膜膜上面的水水压力。应应该计算在在水库水位位下降的过过程中，铺铺盖下各点点的顶托压压力过程。。按照铺盖盖底部与顶顶部水压力力差的最大大值计算确确定复合土土工膜上应应该压填砂砂卵石的厚厚度。这样样算出的砂砂卵石厚度度可能很厚厚。复合土工膜膜铺盖和上上游坡面防防渗为了减小所所填砂卵石石厚度，可可在复合土土工膜某些些部位装置置逆止阀，，当底部水水压力大时时，逆止阀阀向上排水水。当顶部部水压力大大时，逆止止阀闭合，，不会向下下漏水。在在水库初蓄蓄水时，原原来干燥的的库床砂砾砾石孔隙中中气体会因因水渗入而而向上排出出，会顶托托复合土工工膜使之漂漂浮，所以以也需要逆逆止阀排气气。为此，，设置逆止止阀是必需需的。复合土工膜膜心墙砂卵石坝、、砂坝、堆堆石坝都可可采用复合合土工膜心心墙防渗，，结构简单单。复合土土工膜深埋埋坝内，使使用寿命长长，但不易易检修。心墙复合土土工膜呈折折线铺设的的原因主要要是施工方方便;并且折线型型松弛，更更能适应坝坝体变形，，不产生较较大拉应变变和拉应力力。因为较较大的拉应应变和较高高的拉应力力会加速土土工合成材材料老化。。围坝坝体防防渗型式主主要有心墙墙式和斜墙墙式心墙式防渗渗结构土工膜一般般置于坝体体内部，下下接基础垂垂直防渗。。该防渗型型式优点为为:土工膜用量量较省。缺缺点为:由于施工时时要求坝体体填筑与土土工膜心墙墙铺设连接接同时上升升，而且土土工膜应做做成锯齿形形铺设，以以适应堤坝坝的沉陷，，施工较复复杂，土工工膜施工受受坝体填筑筑影响，相相互存在干干扰。斜墙式防渗渗结构在坝体填筑筑完成后在在上游坡面面铺设土工工膜。该防防渗型式优优点为:土工膜施工工与坝体填填筑互不干干扰，土工工膜施工速速度快，而而且具备检检修条件。。缺点为:土工膜用量量较大，上上游坝坡专专门设置土土工膜保护护层及相应应护坡结构构，工程量量较心墙式式大。适合合新建或加加固工程。。土工膜厚度度计算铺在颗粒地地层上的土土工膜厚度度计算一般般有下列两两种计算方方法:1)前苏联经验验公式1974年前苏联水水工科学研研究院在薄薄膜理论的的基础上结结合试验，，得出计算算薄膜应力力的经验公式式如下:1987年前苏联出出版的《土坝设计》中介绍聚合合物膜厚度度的计算公公式为:根据水压大大小，用理理论公式和和前苏联经经验公式计计算出的薄薄膜厚度一一般较薄，，但在实际际工程中，，避免施工工破损、水水压击穿、、地基变形形撕裂土工工膜等都要要求土工膜膜有一定厚厚度，除耐耐水压力击击破可用计计算方法确确定膜厚外外，还没有有考虑其他他因素确定定膜厚的方方法，实际际应用在工工程中，需需留有较大大安全系数数。2)顾淦臣的薄薄膜理论公公式A、对正方形形边界上的的膜B、对长条形形缝边界上上的膜式中T一单位宽度度膜的拉应应力(KN/ms)￡一拉应变变(伸长率%)p一水压力荷荷载(KPa)a一正方形膜膜的边长(m)b一长条缝的的宽度(m)由上述公式式作T-应力应变关关系曲线，，并作选用用土工膜试试验所得拉拉应力应变变曲线，求求得两曲线线交点处的的拉应力值值，该拉应应力与所选选土工膜拉拉断时拉应应力的比值值(即应力安全全系数)是否满足设设计要求，，一般规定定安全系数数为5。土工膜的施施工1.土工膜的连连缝焊接焊接方法有有电热锲、、热熔挤压压、高温气气焊等，其其中电热锲锲焊接应用用较广。土工膜的施施工焊接与焊接相比比较，粘接接工艺的应应用理论研研究较少，，主要是对对实践经验验的总结。。与焊接工艺艺相比，粘粘接工艺比比较适合于于平地或坡坡度较缓的的施工场地地，粘合后后的重压易易于施加，，对于陡坡坡与直立壁壁，只能以以木锤击打打替代重压压粘接工艺对对环境要求求相对严格格，工艺环环节较为复复杂，质量量控制与质质量检查比比焊接工艺艺难，然而而粘接工艺艺在缺陷