一级建造师：土工合成材料的应用

    土工合成材料是一种新型的岩土工程材料，它是以人工合成的聚合物如塑料、化纤、合成橡胶等为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部表层或各层土体之间，发挥加强或保护土体的作用，土工合成材料可分为土工织物、土工膜、复合型土工合成材料和特种土工合成材料等类型，具有排水和反滤、防渗、土体加筋与加固、防护、隔离与封闭以及包裹等多种功能，还具有重量轻、施工简易、运输方便、价格低廉、料源丰富等优点，因此，近年来被广泛应用于各类岩土工程，包括水利水电工程。茜坑水库土坝由于缺乏工程地质和水文地质资料，我们就防渗土工合成材料的使用一般要求作一些简要介绍。
    一、防渗土工合成材料的选型及结构型式
    用于防渗的主要有土工膜及复合土工膜，后者应用更广，因为具有综合性能，更能适应工程的复杂情况，根据使用要求有一布一膜、二布一膜、三布二膜等不同品种，防渗土工膜是一种基本不透水材料。
    土坝防渗以往主要采用很厚的防渗粘土斜墙或心墙，其厚度可达数米至数十米，使用粘土方量较大，而采用土工织物防渗，厚度就可变得很薄，有的不足1毫米，最厚也只有数毫米，节约经费，且施工方便，可大大缩短工期。
    在土坝工程中，土工合成材料防渗包括垂直铺膜防渗、坡面铺膜防渗以及水平铺盖铺膜防渗。但对大于50m高水头挡水建筑物，采用土工织物防渗应经过论证。下面就两种防渗方法加以说明。
    １．垂直铺膜防渗
    垂直铺膜防渗是我国近年来新开发出的一种有效的防渗方法，这种方法具有防渗作用明确、施工速度快、防渗效果显著和造价比较低的特点，特别适用于已建工程存在严重渗漏的情况。使用土工膜垂直防渗方案，必须符合以下条件：①透水层一般在12m以内，或通过努力，开槽深度可以达到16m；②透水层中大于5cm的颗粒含量不超过1%（以重量计），且少量大石块的最大粒径不超过15cm，或不超过开槽设备允许的尺寸；③透水层中的水位能满足泥浆固壁的要求；④当透水层底为岩石硬层时，对防渗要求不很严格。
    采用垂直铺膜防渗可选用聚乙烯土工膜或复合土工膜，最好选用国家定点生产厂家生产的土工材料，各项性能指标包括其自身的特性指标和与土相互作用的性能指标，后者为与土共同作用时的反应，应模拟实际工作条件，由试验测定。指标测定试验主要包括以下项目：物理性指标、力学性指标、水力学指标及耐久性，测试项目应符合规范，在确定设计指标时，应考虑环境变化对参数的影响，且测得的各种力学性指标用于设计时，应考虑折减系数，具体参见SL/T255-98《水利水电土工合成材料应用技术规范》。铺膜厚度据规范规定计算，一般算出膜的厚度都很小，但根据施工的需要和膜的生产过程中由于质量不均匀而可能产生的细小孔洞的缘故，都要有一定安全考虑，一般采用0.5mm左右。
    ２．坡面铺膜与水平铺盖铺膜防渗
    坡面铺膜与水平铺盖铺膜防渗相对于垂直铺膜防渗比较直接，质量容易保证。坡面铺膜的选材与垂直铺膜相同，但一般采用复合膜，坝坡通常采用两布一膜，铺盖可采用一布一膜，采用复合膜原因有：①复合膜的土工织物布可作为坡面的滤层和排水层；②增大土工膜与土之间的摩擦力；③保护土工膜免受机械损坏。
    坡面铺膜必须核算坡面上膜的稳定性，因此膜与坡面土的摩擦系数十分重要。一般认为土工膜是光面的，而土工织物布是糙面的，通过试验，土工织物与中粗砂的摩擦力大，故一般坡面采用两布一膜。坡面防渗结构从上至下有：防护层、上垫层、土工膜层、下垫层、支持层、坝体，防护层的具体要求和作法应符合水利电力部规范SDJ218-84《碾压式土石坝设计规范》的规定。上下垫层材料应按防渗土工膜及防护层类型及地基条件确定。坡面土工膜铺设方式可用锯齿形或台阶形，如有马道还可成折坡形。坡面土工膜还要验算坡面抗滑稳定安全系数，具体计算如下： F=tan &  /  tan a
    其中：a为坡面的坡角，&为膜与坡面土的摩擦角，F值应满足规范大于1.2的要求。
    此外，在坡顶还要设顺堤方向的固定沟，以固定复合土工膜，当挖好固定沟后，将复合土工膜铺入沟中，上面填土夯实。堤脚外与水平铺盖防渗连成一整体。
    水平铺盖防渗可采用一布一膜，铺盖长度为安全计，设计取10倍水头长度。防渗土工膜在水库蓄水后，水仍可能进入膜下，置换出部分空气，并与原膜下的向上水压力共同作用，使膜飘浮或顶破，故应采用“逆止阀”、盲沟及压重法等防范措施。
    土工膜防渗系统都应进行稳定性验算及膜后排渗能力校核，具体计算参照规范SL/T255-98。