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我国水库大坝土工膜防渗技术进展

高冬梅

黑龙江源泉国土资源勘查设计有限公司

摘要: 现在我国水库在进行施工的过程中仍旧存在着很多问题,其中最严重的问题就是渗漏问题,这一问题不仅会在一定程度上降低水库大坝工程施工质量,同时还会降低其的性能,因此相关人员在进行水库大坝施工的过程中,要不断加大对施工质量控制的重视度,土工膜的防渗性能和变形性能才能够得到提高。本文就中国水库大坝土工膜防渗技术进展进行研究,希望能够在一定程度上提高水库大坝的社会效益和经济效益。
关键词: 水库大坝;土工膜防渗;设计计算方法;施工工艺
DOI:10.12721/ccn.2021.157055
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复合土工膜和土工膜一般都是由高分子聚合物制成的,其本身就有着施工操作非常方便,并且其在进行施工的过程中操作非常简单,其还有着材料质量非常轻柔的特点。高分子聚合物本身就有着非常轻柔、延展性非常高的特点,其在进行应用的过程中能够有效提高水库大坝土工膜的延展性。施工人员在进行水库大坝施工的过程中,要不断提高其施工方案的科学性与合理性,水库大坝的防渗性能才能得到增强。

1 土工膜防渗应用原理研究

现在我国水库大坝土工膜防渗施工体系仍旧存在着很多问题,这些问题不仅会降低土工膜防渗原理的应用,同时还会对土工膜的物理性能造成非常大的影响。施工人员在进行防渗施工的过程中,要不断加大对防渗膜物理力学性能相关测试的重视度,这样土工膜防渗施工的质量才能达到相关规定的标准。

在 20 世纪 80 年代,结合长江三峡工程围堰的前 期研究,对高强度的加筋合成橡胶土工膜的物理力学 性能开展试验研究[9];20 世纪 90 年代中国土工膜的 品种趋多,塑料类复合膜应用普遍,一些研究机构对 不同膜型的物理力学特性及其与不同接触材料的界面 特性进行了试验,取得较多测试成果;1993 年由试 验获知,由于膜与织物的变形模量、特征延伸率不同 以及两者的复合牢固度不同,复合膜表现出完全不同 的性能。当牢固度为适当值时,就表现出拉伸变形的 “蝉脱壳”效应,即复合膜最终可获得纯塑料膜的极 限伸长率,十分适合施工期和运行期不同受力变形需 求;1998 年试验研究表明,复合土工膜中布和膜 的复合紧密程度对其力学特性有显著的影响, 其中对 拉伸特性影响最大,顶破特性次之, 而对梯形撕裂强 度的影响较小;复合土工膜中膜的变形率对复合土工 膜的抗液胀性能产生正相关影响,而膜的强度和厚度 的相关性很小。21 世纪初通过对受顶胀面积不同的 土工膜与受损伤程度不同的土工膜的液胀试验,归纳 了相应的经验公式。

2 土工膜防渗设计计算方法

(1)抗渗设计计算

20 世纪八、九十年代,水库、土坝防渗加固中坝 面铺膜延伸为铺盖的防渗型式采用较多,1993 年针对 复合土工膜坝面铺盖防渗,从铺盖和透水地基界面的 接触冲刷概念出发,导出了极限铺盖长度和渗流量的 计算公式,根据薄膜理论建立了复合土工膜在其法向 应力作用下的顶破强度计算公式,2001 年在考虑 坝面防渗膜覆土的基础上持续了相关研究。

在进行水库大坝防渗施工的过程中,很多施工人员也经常会采用水头防渗膜进行施工,但是这种防渗膜在进行施工的过程中,相关人员要对不同的透水垫的渗水量进行详细的计算,在进行渗漏量计算的时候,相关人员可以采用渗漏量计算公式对其进行计算,根据非饱和渗流有限元的方式对防渗膜本身的缺陷进行分析,水库大坝在投入使用之后出现渗漏现象的概率才能得到降低。

在进行水库大坝防渗施工的过程中,施工人员要利用水力顶破的实验进行液胀极限符负荷实验,并且在进行实验的过程中,相关人员要对其的不同划痕、孔径进行实验,在进行施工的过程中,相关人员通过对PVC膜和PE膜损伤的程度进行分析,可以发现在液胀强度增强到减小的这个过程中,两种膜本身的切线变形模量也会随之出现减少的现象,根据这一现象相关人员就会对土工膜不同液胀强度下的损伤有一个详细的了解。

在 21 世纪 10 年代,采用概率分析方法展开对坝 面垫层上防渗膜受水力顶胀作用进行风险评价的探 索。

(2)变形计算与设计措施

基于工程力学、土力学和水力学原理考量防渗膜 在结构中的性态及其评价是设计方法的核心内容,尽 管中国在这方面研究还不够全面、深入,但在不断地 进步。

在进行高水头面膜堆石坝防渗膜应用的时候,其会产生一种夹具效应,这种夹具效应使得其能够承受坝体一定范围的位移。施工人员水库大坝锚固施工的过程中,相关人员要不断加大对其周边锚固施工的重视度,其在进行施工的过程中才不会受到破坏。施工人员在进行锚固施工的时候,水库坝体本身会产生一定的位移,在这个过程中水库大坝混凝土结构或其周边的基岩也还会产生相应的位移,但是这种位移的幅度非常小,导致在进行锚固施工的过程中,土工膜非常有可能会出现变形的现象。

施工人员在进行防渗膜施工的过程中,要加大对其防渗膜位移、变形的重视度,防渗膜液胀方案设计的合理性才能得到提升,应力松弛等的评价才能变得更加准确。

3 土工膜防渗施工工艺

施工人员在进行水库大坝土工膜防渗施工的过程中,要不断加大对其实践性的重视度,结合先进的科学技术,以及水库大坝施工的实际情况对土工膜防渗施工工艺进行完善,水库大坝土工膜施工的质量才能得到提升。施工人员在进行土工膜施工的过程中,要不断加大对其施工工艺的重视度,水库大坝连接部位的强度才能得到提高。

(1)铺设工艺

1985 年结合长江三峡围堰工程前期研究,提出了 导流明渠快速建造闭气围堰的预埋整幅高强度加筋膜 浮起方案的初步工艺;2009 年四川田湾河仁宗海面 膜堆石坝总结提出了防渗膜非颗粒垫层(支持层)表 面处理的工艺、坝基锚固膜与坝面膜幅间错开拼接的 工艺、坡陡及风大环境下铺膜防止膜被大风吹动的工 艺措施。

(2)拼接工艺

1993 年云南毛家村土坝防渗完善工程总结了日 温差较大地区 PVC 复合膜的现场焊接、现场粘接的工 艺,并从现场膜拼接质量控制角度明确指出,即使厚 薄不均的膜的厚度大于设计值也不应被允许;2007 年黄河西霞院面膜土石坝工程总结提出了厚 0.8 mm 和 0.6 mm 的 PE 膜的焊接温度与环境温度之间的关系 曲线、非理想环境下膜焊接的工艺措施、非矩形拼接 的复合膜制造工艺。

4结 语

综上所述,随着近几年我国科技发展速度的不断加快,我国水库大坝土工膜防渗技术的水平也在不断提升,施工人员在进行水库大坝防渗施工的过程中,要不断加大对复合膜、纯膜物理特性掌握的重视度,水库大坝的防渗性能才能得到提高。在进行大坝防渗施工材料选择的时候,相关人员可以采用新型垫层材料、双向受拉特性非常强的材料进行施工,水库大坝的稳定性才能得到提升,膜下水体的变迁才不会受到影响。

参考文献

[1]束一鸣, 吴海民, 姜晓桢. 中国水库大坝土工膜防渗技术进展[J]. 岩土工程学报, 2016, 38(s1):1-9.

[2]魏光辉. 复合土工膜防渗体系下的希尼尔水库大坝渗流分析[J]. 水电站设计, 2016, 32(1):20-27.

[3]申春芳, 孔宁宁. 平原水库土工膜防渗技术研究与应用[J]. 工程技术:引文版, 2016(12):00314-00314.

[4]党海霞. 复合土工膜在登盆水库大坝施工中的应用分析[J]. 建材与装饰, 2018(1).