土工合成材料在大坝防渗与导渗中的应用（一）

土工合成材料是一种新型建筑材料。由于其重量轻、施工简单、运输方便、材料丰富等优点，自问世以来发展非常迅速，特别是最近二三十年，在世界各地得到了迅速发展和广泛应用，取得了良好的经济、社会和环境效益。
土工合成材料可分为土工布、土工膜、土工合成材料、土工合成材料四大类。它们的原料主要是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子聚合物。近年来，土工布、土工膜和土工合成材料在水利工程中得到广泛应用。土工织物分为两种:机织土工织物和非织造土工织物。其中针刺非织造土工布具有高孔隙率、高渗透性和良好的排水性能等特点，在堤坝工程中常被广泛用作排水和过滤设施。土工膜防渗性能好，垂直渗透系数小于1×10-11cm/s，价格便宜，但CBR顶破强度低，不适合防渗要求高的工程部位，一般用于坝基垂直防渗。土工复合材料是两种或两种以上土工合成材料结合而成的产品，品种多样，功能各异。复合土工膜具有防渗和排水双重功能，广泛应用于大坝工程中。
近年来，土工合成材料的生产厂家越来越多，生产规模越来越大，品种繁多，质量基本能达到国家标准；其次，土工合成材料的研究越来越深入，许多国家标准或规范为土工合成材料的推广提供了技术基础，土工合成材料的研究、生产和设计也逐渐成熟。以下简述土工合成材料在新建堆石坝和病险水库加固中的成功经验，以飨读者。
1。复合土工膜在堆石坝中的应用
博斯塘水库位于新疆雷姆县。该水库为山区小(ⅰ)型水库，坝型为复合土工膜防渗堆石坝，坝轴线长186m，坝高37m，坝顶宽5m，前坝坡1: 1.65，后坝坡1: 1.45和1: 1.55。坝址两侧基岩裸露，岩性为安山岩，坚硬，抗风化能力强。有些阶地有几米厚的斜坡沉积物。河床砾石层厚12 ~ 14m，下部为安山岩。溢洪道位于右坝肩埂口处，为开敞式，开挖在岩体中。坝料多为溢洪道爆破开挖的安山岩渣，不足部分为河床砾石。坝基混凝土防渗墙采用人工浇筑防渗，施工方法为大开挖。
坝体前坝坡复合土工膜与坝基混凝土防渗墙和两个坝肩混凝土趾板锚固在一起，共同构成前坝面防渗系统。它由透水性强的爆破材料组成，渗透系数一般大于1×10-3cm/s，能迅速降低坝体内浸润线的高度，有利于坝体抗滑稳定和安全。
前坝边坡自下而上主要由无砂混凝土(下垫层)、复合土工膜、聚苯板(上垫层)、混凝土板护坡组成。下垫层采用透水性强的无砂混凝土，最小厚度8cm；上垫层采用苯板，保温性能好，平整度好，厚度2cm；苯板上部为六边形钢筋混凝土模板，边长0.60米，厚10厘米。模板内现浇C20素混凝土，模板相互支撑，有利于坝面排水。
因此，大坝防渗效果的关键是复合土工膜本身的防渗效果及其与周围连接的可靠性。
复合土工膜本身的防渗效果主要取决于土工膜的物理力学指标和接缝的质量。根据水压和下垫面情况，经计算，复合土工膜为两布一膜(300g/m2/PE0.5/250g/m2)，其物理力学指标为:抗拉强度19KN/m，伸长率53.6%，CBR顶破强度3.41KN，垂直渗透率4.76×10-13cm/s。
铺设土工膜前，应进行垫层下无砂混凝土施工铺设应平滑且弹性适中，允许有约1.5%的余量，以避免拉伸损坏。土工膜铺展平整后即可拼接。一般采用热熔焊进行拼接，抗拉强度高，质量好。采用自行式热熔双缝焊接机，根据薄膜材料的种类、厚度和室外气温选择合适的焊接温度和行走速度。先用小块土工膜在现场进行试拼接，待焊接质量稳定后再进行实际焊接操作。热焊法的焊缝为双直缝，每条缝宽1cm，间距1cm，土工膜在焊缝处的搭接宽度为10cm左右。
土工膜焊接后，必须进行焊缝检查。一般先做外观检查，观察有无漏接，有无热损伤，有无褶皱，拼接是否均匀等。目测合格后，采用真空法或充气法进行最终质量检查和评定。(1)真空法:主要设备有吸盘、真空泵、真空计。测试时，将待测部位刷上肥皂水，放上吸盘，按压，抽至0.02 MPa ~ 0.03 MPa负压，关闭气泵。观察30秒左右，观察吸盘顶部透明罩内是否有肥皂泡，真实度空是否下降。如果有，说明漏气，应该补救。(2)充气方法:将空空腔两端密封在焊缝之间，插入气针，充气至0.05 MPa ~ 0.20 MPa(视薄膜厚度而定)，等待0.5min，观察压力表。如果气压没有下降，说明没有漏气，接头合格，否则要修理。其次，需要对土工膜进行取样测试。取1000m2左右的样品进行抗拉强度试验。要求焊缝强度不低于母材的80%，试样不能在接头处断裂，否则接头质量不合格。土工膜表面的无纺布可以用手动缝纫机缝制，以保护土工膜。对于不合格的焊缝，可用塑料焊枪或电烙铁进行补焊。
复合土工膜周边连接的可靠性主要指复合土工膜与坝基混凝土防渗墙、坝肩混凝土趾板和防浪墙的连接。混凝土防渗墙底部和趾板与两个坝肩基岩面的结合面应进行水泥灌浆，以防止防渗墙底部或趾板与基岩面的结合面渗水。灌浆结束后，应进行水压试验，合格后方可进行下一道工序。复合土工膜通过扁铁和膨胀螺栓与防渗墙、趾板和防波堤墙连接。为了保证复合土工膜有一定的膨胀能力，在其周围设置伸缩缝。
施工过程中，土工膜容易在坝面滑动。所以无砂混凝土表面每隔5m刷两遍热沥青，覆盖面积约0.5m2，复合土工膜粘结其上。这样不但不妨碍膜后无纺布的透水性，反而增加了膜的防滑能力，取得了良好的效果。
1998年工程竣工，开始蓄水。经过近6年的运行，坝顶沉降变形6cm，坝后地面干燥，无渗溢。大坝背坡测压管浸润线低于河床砾石层表面约3m，达到了预期的设计效果。复合土工膜防渗效果明显，工程是成功的。