馬燕

【摘要】目前我區(qū)多進(jìn)行病險水庫除險加固工程，土工膜作為土石壩防滲材料，與其他建筑材料防滲相比，具有施工方便、造價低、工期短、不受雨季和冬季影響，節(jié)省工程量等優(yōu)點，本文主要整理現(xiàn)有工程可用資料，列明工程設(shè)計所需參數(shù)，闡述土工膜的工程特性、土工膜的防滲設(shè)計及一些設(shè)計時應(yīng)注意的一些問題。

【關(guān)鍵詞】防滲材料土工膜；特性；設(shè)計

1. 前言

（1）目前，為確保水庫安全運行，我區(qū)積極投入對病險水庫除險加固工程投資。本區(qū)中小型土石壩多由于六七十年代就當(dāng)?shù)夭牧闲陆ň|(zhì)土石壩、施工質(zhì)量差，密實度不足、壩體現(xiàn)狀單薄，且未設(shè)置防滲體，壩基未徹底清理，由于不均勻沉降局部出現(xiàn)剪切縫和缺乏管理維護(hù)等原因，現(xiàn)狀多出現(xiàn)出逸比降大，出逸點位置高，壩后積水嚴(yán)重，危及壩體安全，需要采取必要的防滲措施，對壩體壩基進(jìn)行防滲處理。

（2）為節(jié)約投資，除險加固中多采用混凝土防滲、瀝青混凝土防滲，鋼筋混凝土防滲、土工膜防滲、壩前斜墻防滲和其他人工材料防滲等。土工膜及人工復(fù)合材料防滲可節(jié)省工程量，施工方便、造價低、工期短、不受降雨和冬季影響，是一種很好的防滲材料，目前土工膜防滲已應(yīng)用到壩高90余米高度。

2. 土工膜的特性

（1）土工膜是土工合成材料的一種，包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚化聚乙烯等。土工膜具有很好的物理、化學(xué)和水力學(xué)特性，其滲透系數(shù)一般在10-12～10-18cm/s，高密度聚乙烯薄板的滲透系數(shù)可以小于10-13 cm/s，在土工膜的單側(cè)或兩側(cè)熱合織物的復(fù)合材料稱為復(fù)合土工膜。復(fù)合土工膜既可防止膜在受力時被石塊棱角刺穿，也可替代砂礫石等材料起反濾和排水作用。復(fù)合土工膜適應(yīng)壩體變形能力較強(qiáng)，作為壩體防滲材料，它可設(shè)于壩體上游面，也可設(shè)在壩體中央充當(dāng)壩的防滲體。

（2）在連續(xù)均勻的地基上，土工膜均勻受壓時，其厚度可等于或小于土壤平均粒徑的1/5；在中砂墊層上鋪設(shè)0.1～0.2mm厚的土工膜，在200～300m水頭作用下，可長期運用。

（3）土工膜就其分子結(jié)構(gòu)和制造工藝來說，應(yīng)該說是不透水和不透氣的，但是試驗研究和工程實踐證明，由于制造工藝上的種種原因，常用的土工膜不是絕對不透水的，或者只能說是相對不透水的。如果沿用達(dá)西滲透定律的概念，在水利工程中認(rèn)為滲透系數(shù)K<10-10cm/s的粘土為不透水，則可以稱為不透水的土工膜的滲透系數(shù)應(yīng)為K<10-14cm/s，這是因為土工膜防滲體的厚度比粘土防滲體的厚度薄很多，在相同水頭差作用下其水力梯度比后者大很多。

（4）在于界面土體（或混凝土等其他材料）共同工作時，由于接觸面的不平整，土體顆粒粗糙以及土體局部變形較大等方面的原因，在高水頭作用下土工膜有可能被頂破、撕裂，從而失去或減弱其防滲性能，因而有必要進(jìn)行相應(yīng)的防滲漏試驗。

（5）根據(jù)有關(guān)對鋪在不同及配的砂卵石支持層上的聚乙烯薄膜試驗擊穿水頭，其成果列于表1，可以看出：顆粒級配愈好，耐水壓性能愈強(qiáng)；顆粒愈細(xì)，耐水壓力也愈強(qiáng)；厚度為0.25mm的聚乙烯土工膜在級配較好的砂卵石層上可承受200m水頭。

（6）一般情況下壓力愈大、土粒愈粗，土工膜也愈容易被頂破。試驗表明，同樣的PE膜分別與細(xì)砂、中砂和粗砂相接觸，其結(jié)果是：頂破的水壓力分別為0.5MPa、0.4MPa和0.3MPa。當(dāng)與粗砂接觸，采用兩層PE膜時其頂破水壓力增加到0.6MPa。由此看出，土工膜不宜與較粗的土粒相接觸，必要時應(yīng)當(dāng)用復(fù)合土工膜，以土工織物保護(hù)土工膜不被損害。

3. 土工膜的防滲設(shè)計

3.1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。如圖1 所示。

3.2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)計時應(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遭到穿刺或頂破破壞，形成滲漏通道。同時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墊層的滲透穩(wěn)定性。

3.3防滲土工膜層是隔水防滲的主體結(jié)構(gòu)。

3.3.1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，防止日曬雨淋、壩坡徑流、水庫風(fēng)浪和人為活動對防滲土工膜的破壞。為保證其穩(wěn)定性，設(shè)計時應(yīng)強(qiáng)調(diào)保護(hù)層的透水性，已達(dá)到在庫水位下降時（包括風(fēng)浪作用時水位的下降），保護(hù)層內(nèi)的水位達(dá)到同步下降，消除反向的滲透壓力對保護(hù)層穩(wěn)定性所帶來的不利影響。近年來我一些除險加固工程普遍采用混凝土防浪護(hù)坡，因?qū)ζ渫杆砸笳J(rèn)識不足，甚至將護(hù)坡板間縫用止水材料封堵，不允許其排水，易造成護(hù)坡失穩(wěn)破壞。同時設(shè)排水孔的面板更能防止風(fēng)浪掏涮引起的壩坡失穩(wěn)。endprint

【摘要】目前我區(qū)多進(jìn)行病險水庫除險加固工程，土工膜作為土石壩防滲材料，與其他建筑材料防滲相比，具有施工方便、造價低、工期短、不受雨季和冬季影響，節(jié)省工程量等優(yōu)點，本文主要整理現(xiàn)有工程可用資料，列明工程設(shè)計所需參數(shù)，闡述土工膜的工程特性、土工膜的防滲設(shè)計及一些設(shè)計時應(yīng)注意的一些問題。

【關(guān)鍵詞】防滲材料土工膜；特性；設(shè)計

1. 前言

（1）目前，為確保水庫安全運行，我區(qū)積極投入對病險水庫除險加固工程投資。本區(qū)中小型土石壩多由于六七十年代就當(dāng)?shù)夭牧闲陆ň|(zhì)土石壩、施工質(zhì)量差，密實度不足、壩體現(xiàn)狀單薄，且未設(shè)置防滲體，壩基未徹底清理，由于不均勻沉降局部出現(xiàn)剪切縫和缺乏管理維護(hù)等原因，現(xiàn)狀多出現(xiàn)出逸比降大，出逸點位置高，壩后積水嚴(yán)重，危及壩體安全，需要采取必要的防滲措施，對壩體壩基進(jìn)行防滲處理。

（2）為節(jié)約投資，除險加固中多采用混凝土防滲、瀝青混凝土防滲，鋼筋混凝土防滲、土工膜防滲、壩前斜墻防滲和其他人工材料防滲等。土工膜及人工復(fù)合材料防滲可節(jié)省工程量，施工方便、造價低、工期短、不受降雨和冬季影響，是一種很好的防滲材料，目前土工膜防滲已應(yīng)用到壩高90余米高度。

2. 土工膜的特性

（1）土工膜是土工合成材料的一種，包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚化聚乙烯等。土工膜具有很好的物理、化學(xué)和水力學(xué)特性，其滲透系數(shù)一般在10-12～10-18cm/s，高密度聚乙烯薄板的滲透系數(shù)可以小于10-13 cm/s，在土工膜的單側(cè)或兩側(cè)熱合織物的復(fù)合材料稱為復(fù)合土工膜。復(fù)合土工膜既可防止膜在受力時被石塊棱角刺穿，也可替代砂礫石等材料起反濾和排水作用。復(fù)合土工膜適應(yīng)壩體變形能力較強(qiáng)，作為壩體防滲材料，它可設(shè)于壩體上游面，也可設(shè)在壩體中央充當(dāng)壩的防滲體。

（2）在連續(xù)均勻的地基上，土工膜均勻受壓時，其厚度可等于或小于土壤平均粒徑的1/5；在中砂墊層上鋪設(shè)0.1～0.2mm厚的土工膜，在200～300m水頭作用下，可長期運用。

（3）土工膜就其分子結(jié)構(gòu)和制造工藝來說，應(yīng)該說是不透水和不透氣的，但是試驗研究和工程實踐證明，由于制造工藝上的種種原因，常用的土工膜不是絕對不透水的，或者只能說是相對不透水的。如果沿用達(dá)西滲透定律的概念，在水利工程中認(rèn)為滲透系數(shù)K<10-10cm/s的粘土為不透水，則可以稱為不透水的土工膜的滲透系數(shù)應(yīng)為K<10-14cm/s，這是因為土工膜防滲體的厚度比粘土防滲體的厚度薄很多，在相同水頭差作用下其水力梯度比后者大很多。

（4）在于界面土體（或混凝土等其他材料）共同工作時，由于接觸面的不平整，土體顆粒粗糙以及土體局部變形較大等方面的原因，在高水頭作用下土工膜有可能被頂破、撕裂，從而失去或減弱其防滲性能，因而有必要進(jìn)行相應(yīng)的防滲漏試驗。

（5）根據(jù)有關(guān)對鋪在不同及配的砂卵石支持層上的聚乙烯薄膜試驗擊穿水頭，其成果列于表1，可以看出：顆粒級配愈好，耐水壓性能愈強(qiáng)；顆粒愈細(xì)，耐水壓力也愈強(qiáng)；厚度為0.25mm的聚乙烯土工膜在級配較好的砂卵石層上可承受200m水頭。

（6）一般情況下壓力愈大、土粒愈粗，土工膜也愈容易被頂破。試驗表明，同樣的PE膜分別與細(xì)砂、中砂和粗砂相接觸，其結(jié)果是：頂破的水壓力分別為0.5MPa、0.4MPa和0.3MPa。當(dāng)與粗砂接觸，采用兩層PE膜時其頂破水壓力增加到0.6MPa。由此看出，土工膜不宜與較粗的土粒相接觸，必要時應(yīng)當(dāng)用復(fù)合土工膜，以土工織物保護(hù)土工膜不被損害。

3. 土工膜的防滲設(shè)計

3.1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。如圖1 所示。

3.2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)計時應(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遭到穿刺或頂破破壞，形成滲漏通道。同時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墊層的滲透穩(wěn)定性。

3.3防滲土工膜層是隔水防滲的主體結(jié)構(gòu)。

3.3.1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，防止日曬雨淋、壩坡徑流、水庫風(fēng)浪和人為活動對防滲土工膜的破壞。為保證其穩(wěn)定性，設(shè)計時應(yīng)強(qiáng)調(diào)保護(hù)層的透水性，已達(dá)到在庫水位下降時（包括風(fēng)浪作用時水位的下降），保護(hù)層內(nèi)的水位達(dá)到同步下降，消除反向的滲透壓力對保護(hù)層穩(wěn)定性所帶來的不利影響。近年來我一些除險加固工程普遍采用混凝土防浪護(hù)坡，因?qū)ζ渫杆砸笳J(rèn)識不足，甚至將護(hù)坡板間縫用止水材料封堵，不允許其排水，易造成護(hù)坡失穩(wěn)破壞。同時設(shè)排水孔的面板更能防止風(fēng)浪掏涮引起的壩坡失穩(wěn)。endprint

【摘要】目前我區(qū)多進(jìn)行病險水庫除險加固工程，土工膜作為土石壩防滲材料，與其他建筑材料防滲相比，具有施工方便、造價低、工期短、不受雨季和冬季影響，節(jié)省工程量等優(yōu)點，本文主要整理現(xiàn)有工程可用資料，列明工程設(shè)計所需參數(shù)，闡述土工膜的工程特性、土工膜的防滲設(shè)計及一些設(shè)計時應(yīng)注意的一些問題。

【關(guān)鍵詞】防滲材料土工膜；特性；設(shè)計

1. 前言

（1）目前，為確保水庫安全運行，我區(qū)積極投入對病險水庫除險加固工程投資。本區(qū)中小型土石壩多由于六七十年代就當(dāng)?shù)夭牧闲陆ň|(zhì)土石壩、施工質(zhì)量差，密實度不足、壩體現(xiàn)狀單薄，且未設(shè)置防滲體，壩基未徹底清理，由于不均勻沉降局部出現(xiàn)剪切縫和缺乏管理維護(hù)等原因，現(xiàn)狀多出現(xiàn)出逸比降大，出逸點位置高，壩后積水嚴(yán)重，危及壩體安全，需要采取必要的防滲措施，對壩體壩基進(jìn)行防滲處理。

（2）為節(jié)約投資，除險加固中多采用混凝土防滲、瀝青混凝土防滲，鋼筋混凝土防滲、土工膜防滲、壩前斜墻防滲和其他人工材料防滲等。土工膜及人工復(fù)合材料防滲可節(jié)省工程量，施工方便、造價低、工期短、不受降雨和冬季影響，是一種很好的防滲材料，目前土工膜防滲已應(yīng)用到壩高90余米高度。

2. 土工膜的特性

（1）土工膜是土工合成材料的一種，包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚化聚乙烯等。土工膜具有很好的物理、化學(xué)和水力學(xué)特性，其滲透系數(shù)一般在10-12～10-18cm/s，高密度聚乙烯薄板的滲透系數(shù)可以小于10-13 cm/s，在土工膜的單側(cè)或兩側(cè)熱合織物的復(fù)合材料稱為復(fù)合土工膜。復(fù)合土工膜既可防止膜在受力時被石塊棱角刺穿，也可替代砂礫石等材料起反濾和排水作用。復(fù)合土工膜適應(yīng)壩體變形能力較強(qiáng)，作為壩體防滲材料，它可設(shè)于壩體上游面，也可設(shè)在壩體中央充當(dāng)壩的防滲體。

（2）在連續(xù)均勻的地基上，土工膜均勻受壓時，其厚度可等于或小于土壤平均粒徑的1/5；在中砂墊層上鋪設(shè)0.1～0.2mm厚的土工膜，在200～300m水頭作用下，可長期運用。

（3）土工膜就其分子結(jié)構(gòu)和制造工藝來說，應(yīng)該說是不透水和不透氣的，但是試驗研究和工程實踐證明，由于制造工藝上的種種原因，常用的土工膜不是絕對不透水的，或者只能說是相對不透水的。如果沿用達(dá)西滲透定律的概念，在水利工程中認(rèn)為滲透系數(shù)K<10-10cm/s的粘土為不透水，則可以稱為不透水的土工膜的滲透系數(shù)應(yīng)為K<10-14cm/s，這是因為土工膜防滲體的厚度比粘土防滲體的厚度薄很多，在相同水頭差作用下其水力梯度比后者大很多。

（4）在于界面土體（或混凝土等其他材料）共同工作時，由于接觸面的不平整，土體顆粒粗糙以及土體局部變形較大等方面的原因，在高水頭作用下土工膜有可能被頂破、撕裂，從而失去或減弱其防滲性能，因而有必要進(jìn)行相應(yīng)的防滲漏試驗。

（5）根據(jù)有關(guān)對鋪在不同及配的砂卵石支持層上的聚乙烯薄膜試驗擊穿水頭，其成果列于表1，可以看出：顆粒級配愈好，耐水壓性能愈強(qiáng)；顆粒愈細(xì)，耐水壓力也愈強(qiáng)；厚度為0.25mm的聚乙烯土工膜在級配較好的砂卵石層上可承受200m水頭。

（6）一般情況下壓力愈大、土粒愈粗，土工膜也愈容易被頂破。試驗表明，同樣的PE膜分別與細(xì)砂、中砂和粗砂相接觸，其結(jié)果是：頂破的水壓力分別為0.5MPa、0.4MPa和0.3MPa。當(dāng)與粗砂接觸，采用兩層PE膜時其頂破水壓力增加到0.6MPa。由此看出，土工膜不宜與較粗的土粒相接觸，必要時應(yīng)當(dāng)用復(fù)合土工膜，以土工織物保護(hù)土工膜不被損害。

3. 土工膜的防滲設(shè)計

3.1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。如圖1 所示。

3.2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)計時應(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遭到穿刺或頂破破壞，形成滲漏通道。同時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墊層的滲透穩(wěn)定性。

3.3防滲土工膜層是隔水防滲的主體結(jié)構(gòu)。

3.3.1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，防止日曬雨淋、壩坡徑流、水庫風(fēng)浪和人為活動對防滲土工膜的破壞。為保證其穩(wěn)定性，設(shè)計時應(yīng)強(qiáng)調(diào)保護(hù)層的透水性，已達(dá)到在庫水位下降時（包括風(fēng)浪作用時水位的下降），保護(hù)層內(nèi)的水位達(dá)到同步下降，消除反向的滲透壓力對保護(hù)層穩(wěn)定性所帶來的不利影響。近年來我一些除險加固工程普遍采用混凝土防浪護(hù)坡，因?qū)ζ渫杆砸笳J(rèn)識不足，甚至將護(hù)坡板間縫用止水材料封堵，不允許其排水，易造成護(hù)坡失穩(wěn)破壞。同時設(shè)排水孔的面板更能防止風(fēng)浪掏涮引起的壩坡失穩(wěn)。endprint