庫(kù)盤大面積土工膜防滲體的滲漏估算
進(jìn)年來(lái)，已有許多水庫(kù)大壩采用了土工膜進(jìn)行防滲，尤其是庫(kù)區(qū)坡度較緩的平原水庫(kù)或丘陵，甚至采用了全庫(kù)盤或部分庫(kù)盤土工膜防滲，對(duì)于大面積或全庫(kù)盤使用土工膜防滲的水庫(kù)，大量學(xué)者都對(duì)其進(jìn)行了研究，從鋪蓋和透水地基界面的接觸沖刷概念出發(fā)，研究復(fù)合土工膜用作斜墻鋪蓋防滲，導(dǎo)出了極限鋪蓋長(zhǎng)度和滲流的計(jì)算公式，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定土工膜的滲透特性，計(jì)算了土工膜防滲層的滲流量，分析了各相關(guān)因素對(duì)滲流量的影響，同時(shí)利用達(dá)西定律、水流連續(xù)條件和Besel函數(shù)推導(dǎo)了土工膜復(fù)合防滲層的滲漏量的計(jì)算公式，得出了土工膜復(fù)合防滲層滲流量的解釋。對(duì)于大面積土工膜防滲體滲透特性的分析，無(wú)法采用傳統(tǒng)的分析地層滲透性的方法，而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法也無(wú)法模擬大面積土工膜防滲體的滲透特性，國(guó)內(nèi)外在這一方面的研究均很少，土工膜有的防滲性能，滲透系數(shù)很小，是較好的防滲材料；但土工膜是柔性的，在施工及運(yùn)行中容易產(chǎn)生破損和孔洞，這些破損孔洞會(huì)成為庫(kù)區(qū)滲漏的主要通道，因此分析庫(kù)盤土工膜防滲體的滲透特性時(shí)，考慮施工及運(yùn)行中所造成的破損孔洞對(duì)其滲透性的影響顯得尤為重要，從水量平衡角度，采用達(dá)西定律對(duì)庫(kù)盤大面積土工膜防滲體的滲透特性進(jìn)行研究，分析庫(kù)盤大面積土工膜防滲體產(chǎn)生的破損孔洞對(duì)土工膜滲透特性的影響，計(jì)算大面積土工膜防滲體的滲透量和滲透系數(shù)，從整體上得出大面積土工膜防滲體滲透特性的分析方法。

1 土工膜防滲體的滲透分析
水庫(kù)庫(kù)盤土工膜防滲結(jié)構(gòu)通常由5個(gè)部分構(gòu)成：防護(hù)層、上墊層、土工膜、下墊層和支持層，其中土工膜是防滲結(jié)構(gòu)的主體，因此，土工膜的完整性關(guān)系到整個(gè)庫(kù)盤的防滲效果，土工膜屬于非空隙介質(zhì)，目前對(duì)土工膜的水力梯度作用下的滲透機(jī)理尚未完全認(rèn)識(shí)清楚，為了便于空隙介質(zhì)比較，仍采用達(dá)西定律來(lái)描述在水力梯度作用下液體通過(guò)土工膜的滲透規(guī)律，并從水量平衡分析的角度研究土工膜防滲體的滲透特性。

2 實(shí)例分析
2.1 工程概況
新疆勝利水庫(kù)是一座壩體、壩基及全庫(kù)盤土工膜防滲的注入式丘陵水庫(kù)，大壩高18.1m,主壩長(zhǎng)1875m,壩頂寬度為5m，庫(kù)區(qū)大水深為21m,庫(kù)容為2.0×107m, ,工程位于新疆和田策勒縣恰哈鄉(xiāng)境內(nèi),地處策勒河與恰哈河中游之間的丘陵區(qū),該地屬于溫帶干旱性荒漠氣候,日照時(shí)間長(zhǎng),干旱少雨,年均降水量只有35mm，年蒸發(fā)量在2400mm以上。

由于庫(kù)盤中部低凹部分覆有約2m的沖洪積粉質(zhì)壤土，滲透系數(shù)為2.17×10-5cm/s;其余復(fù)均由含礫粗砂和砂礫石構(gòu)成，滲透系數(shù)為5.41×10-3~1.16×10-2cm/s.下部為半膠結(jié)的砂礫石層，但膠結(jié)性差且不連續(xù)庫(kù)區(qū)滲漏是該水庫(kù)的主要地質(zhì)問(wèn)題，但自采用壩體、壩基及全庫(kù)盤土工膜防滲以來(lái)，庫(kù)區(qū)滲漏問(wèn)題得到了基本解決。

2.2 土工膜滲透特性的分析
勝利水庫(kù)庫(kù)盤采用0.5mm的聚乙烯光面土工膜及200g/0.5mm/200g規(guī)格的的復(fù)合土工膜進(jìn)行全庫(kù)盤防滲，庫(kù)盤防滲膜鋪設(shè)面積達(dá)3.853×106 ㎡，復(fù)合土工膜鋪設(shè)面積為2.64×105㎡，勝利水庫(kù)全庫(kù)盤土工膜鋪設(shè)面積居國(guó)內(nèi)外同類型工程，經(jīng)詳細(xì)調(diào)查，勝利水庫(kù)自次蓄水以來(lái)土工膜的運(yùn)行情況為：聚乙烯光面土工膜出現(xiàn)孔洞1 155出，復(fù)合土工膜出現(xiàn)孔洞84處，這些孔洞的出現(xiàn)，一部分是在施工中產(chǎn)生的，未及時(shí)發(fā)現(xiàn)修補(bǔ)，從而形成了滲漏的通道；還有一部分是因?yàn)樯蠅|層中存在棱角尖銳的土體，在水壓作用下，刺穿土工膜形成孔洞，從而形成了滲漏通道，為比較庫(kù)盤土工膜防滲體滲透特性影響的基礎(chǔ)上，計(jì)算不同時(shí)期庫(kù)盤土工膜防滲體的滲透量何滲透系數(shù)，進(jìn)而從整體上比較土工膜防滲體的滲透規(guī)律，庫(kù)區(qū)蒸發(fā)水量的大小與庫(kù)區(qū)水面蒸發(fā)量和平均水面面積的大小有關(guān)，庫(kù)區(qū)各年逐月平均水面面積的計(jì)算方法是：用實(shí)測(cè)的同一來(lái)水量各斷面的水寬和斷面間距，采用梯形面積公式求出個(gè)斷面的水面面積，累加得出該水量級(jí)實(shí)測(cè)的庫(kù)區(qū)水面面積，并建立水量與水面面積的關(guān)系曲線，再根據(jù)歷年逐月平均流量插補(bǔ)求得歷年逐月和全年的水面面積，計(jì)算出庫(kù)區(qū)逐年平均水面面積后，即可計(jì)算水庫(kù)庫(kù)面蒸發(fā)水量。

勝利水庫(kù)是一座壩體、壩基及全庫(kù)盤土工膜防滲的丘陵水庫(kù)，這里計(jì)算出的滲透量，也即土工膜防滲體的滲透量；由于勝利水庫(kù)采用了光面土工膜和復(fù)合土工膜進(jìn)行防滲，所以計(jì)算出的滲透量是2種土工膜的總滲透量，文中根據(jù)土工膜鋪設(shè)面積和出現(xiàn)破碎孔洞的百分比，將總滲透量乘以該百分比，即可分別得出光面土工膜和復(fù)合土工膜的滲透量。

在鋪設(shè)土工膜之前，庫(kù)區(qū)的滲透系數(shù)為2.17×10-5~1.16×10-2cm/s.在蓄水的年（2003年），土工膜防滲體的滲透系數(shù)在1×10-9~1×10-8cm/s之間，說(shuō)明土工膜防滲體在水壓力梯度作用下具有較好的滲透性；經(jīng)過(guò)1年的運(yùn)行，在2004年其滲透量和滲透系數(shù)都有所增大，這是由于土工膜防滲體在水壓力作用下產(chǎn)生了漏水的孔洞，增大了土工膜防滲體的滲透量；2004年以后，在對(duì)土工膜防滲體進(jìn)行檢查及修補(bǔ)以后，土工膜防滲體的滲透量和滲透系數(shù)有所減小，因而相當(dāng)未鋪設(shè)土工膜防滲體，庫(kù)區(qū)滲漏問(wèn)題得到了明顯改善。

需要說(shuō)明的是，土工膜滲透量和滲透系數(shù)是在宏觀考慮了施工中和水庫(kù)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生是破損孔洞影響而得出的計(jì)算結(jié)果，采用的是逐年平均水深，因此，該方法只能從宏觀整體方面評(píng)價(jià)土工膜防滲體的滲透性。

3 結(jié) 語(yǔ)
1. 庫(kù)盤大面積土工膜防滲體的滲透特性分析，無(wú)法用傳統(tǒng)的分析土層滲透特性的方法來(lái)解決，本文從水量平衡角度對(duì)大面積土工膜防滲體的滲透特性進(jìn)行了分析。

2.通過(guò)對(duì)勝利水庫(kù)庫(kù)盤土工膜防滲體滲透特性的分析，得出蓄水初期（2003年）土工膜防滲體的滲透系數(shù)是比較小的，一般量級(jí)在10-9~1~10-8cm/s，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后，土工膜防滲體的滲透系數(shù)有所增大，而后逐漸穩(wěn)定，相比未鋪設(shè)土工膜防滲體，庫(kù)區(qū)滲透特性得到了明顯的改善。

3.完整無(wú)損土工膜的滲透系數(shù)量級(jí)在10-13~10-12cm/s，考慮了土工膜破損孔洞對(duì)其滲透性的影響后，其滲透系數(shù)量大至10-8~10-7cm/s，這是由于土工膜在施工和使用中所產(chǎn)生的破損孔洞加大了土工膜的滲透量，因此，在施工中要注意對(duì)土工膜的保護(hù)，在水庫(kù)維修期間，要對(duì)土工膜防滲體進(jìn)行檢修。

土工格室、土工格柵及土工布的加筋機(jī)理比較
20世紀(jì)60年代，法國(guó)工程師H.Vidal在擋土墻設(shè)計(jì)中大膽采用鍍鋅鋼帶作為加筋材料并取得了很好的效果。隨后他發(fā)表了很多有關(guān)加筋土方面的研究論文，租金了加筋土工技術(shù)在擋土墻、路基、邊坡和地基中的廣泛應(yīng)用，同時(shí)進(jìn)行了相應(yīng)的理論研究，為了現(xiàn)代加筋土知識(shí)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。由于加筋土結(jié)構(gòu)優(yōu)良的工程特性和低廉的造價(jià)，迅速在全世界范圍推廣使用。隨著土工合成材料的發(fā)展，加筋材料有初的金屬片材變成由聚乙烯、聚丙烯為主要原料共聚二層的土工合成材料。不斷出現(xiàn)的生產(chǎn)制造工藝使土工合成材料的強(qiáng)度、抗變形和的能力不斷提高，使土工合成材料在土木、水利、交通、鐵路和環(huán)境工程中得到廣泛應(yīng)用。
1 結(jié)構(gòu)對(duì)比
土工格室是20世紀(jì)80年代開發(fā)的一種新型土工合成材料，它是由高密度的聚乙烯寬帶經(jīng)超聲波焊接或錨接而成的具有蜂窩狀格室結(jié)構(gòu)，展開后呈蜂窩狀的土體網(wǎng)格。而土工格柵是高分子聚合物材料經(jīng)過(guò)定向拉伸形成的具有開孔網(wǎng)格，較高強(qiáng)度的平面網(wǎng)狀材料。如果令土工格室的高度為0，則土工格室在形態(tài)上就和平面形的土工布、土工網(wǎng)、土工格柵相類似。此時(shí)，土工格室便于三維結(jié)構(gòu)變成了二維平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，筋土之間的約束擠密作用變成了平面相互摩擦的效應(yīng)。可以這樣認(rèn)為，平面的土工布、網(wǎng)、格柵可以看作是土工格室的一種特殊應(yīng)用形式。因?yàn)橥凉じ袷揖哂幸欢ǖ母叨龋?cm以上），聚合物片材料較厚（1cm以上），強(qiáng)度和模量很大，焊接強(qiáng)度高，和填筑于其中的填料一起組成剛度很大的板體結(jié)構(gòu)，具有一定的抗彎作用，從而分散上部結(jié)構(gòu)的橫向向應(yīng)力。
2 作用原理對(duì)比
2.1 土工格柵
土工格柵的加筋作用是利用筋材的抗拉特性，通過(guò)與周圍土界面的摩擦咬合作用產(chǎn)生應(yīng)力傳遞，改變土體中的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)，增進(jìn)土的強(qiáng)度和韌性，從而改善填料變形性能，提高土體穩(wěn)定性。筋材表面粗糙及嵌固性是發(fā)揮與土界面效能的主要條件。土工格柵結(jié)點(diǎn)厚度大于肋條厚度，能夠?qū)⒋至Ｍ粱烤o緊連在一起，形成嵌鎖結(jié)構(gòu)，粗粒土在網(wǎng)格內(nèi)固定下來(lái)所達(dá)到的機(jī)械結(jié)合力，形成由土體到筋材或相反方向的界面效應(yīng)及高的應(yīng)力傳輸作用。網(wǎng)格受到拉力負(fù)荷使嵌鎖土體受到壓縮裹覆作用，從而形成一個(gè)穩(wěn)定的有一定模量的承臺(tái)結(jié)構(gòu)。
2.2 土工格室
2.21 筏板基礎(chǔ)效應(yīng)和應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)
土工格室作為一種立體的加筋材料，與格室內(nèi)填料相互作用，共同工作，形成一個(gè)具有相當(dāng)大的抗彎、抗拉和抗剪強(qiáng)度的復(fù)合整體。在工程上，這一復(fù)合體可視為柔性的筏板基礎(chǔ)，能使地基破壞向深層發(fā)展，從而提高地基承載力。無(wú)格室地基在一定長(zhǎng)度的均布荷載作用下，地基淺層軟土直接受到剪切作用，在基底形成主動(dòng)區(qū)，在主動(dòng)區(qū)下方兩側(cè)形成塑性過(guò)渡區(qū)，并使基礎(chǔ)兩側(cè)發(fā)生隆起破壞，形成被動(dòng)破壞區(qū)。由于軟土的抗剪強(qiáng)度低，故達(dá)到這一破壞狀態(tài)的極限荷載值較低。而對(duì)于有格室地基，由于土工格室墊層具有很強(qiáng)的抗剪能力，改善了淺層軟土的應(yīng)力狀態(tài)，故地基的剪切破壞面向深層發(fā)展，達(dá)到臨界破壞狀態(tài)所需要的極限荷載較高。由于墊層填料采用內(nèi)摩擦角較大的粗骨料且壓實(shí)程度較高，故能有效擴(kuò)散上部路堤荷載，減小作用下臥軟土層面的附加應(yīng)力，改善淺層軟土的應(yīng)力狀態(tài)，均話應(yīng)力分布，從而減少沉降和不均勻沉降，達(dá)到加固軟基的目的。
2.2.2 網(wǎng)兜效應(yīng)
在上部荷載作用下，土工格室結(jié)構(gòu)體在外力作用下形成凹曲面，作用在凹曲面上部向下的作用力大于用在凹曲面下部向上的作用力，不平衡部分由墊層與土體接觸面產(chǎn)生的界面剪切摩擦力平衡，即為網(wǎng)兜效應(yīng)。網(wǎng)兜效應(yīng)的存在進(jìn)一步減小了軟土層所受豎向荷載，增大了兩側(cè)的豎向荷載，有效的改變了應(yīng)力分布，墊層下土基的應(yīng)力分布更趨均勻，使一定范圍的豎向應(yīng)力差減小，進(jìn)而減小不均勻沉降。
2.2.3 雙面摩擦作用
土工格室在軟土地基處理方面的特殊作用，表現(xiàn)在它與填土材料形成雙面摩擦，有效地限制了因荷載而產(chǎn)生的橫向移動(dòng)趨勢(shì)；其次，格室與格室直接的反作用更加抵消了部分因荷載而產(chǎn)生橫向位移的趨勢(shì)，從而使其承載能力得到提高，沉降得以減小。
2.3 土工布
土工布與地基土的摩擦力作用使土體中的拉應(yīng)力傳遞到筋體上，筋體承受拉力，而筋間土承受壓力和剪應(yīng)力，使加筋土中筋體和土體能很好地發(fā)揮各自的潛能，使土體得以擠密，增強(qiáng)了土體的整體性和連續(xù)性，限制了土體的側(cè)向變形。
3 結(jié)論
（1）與土工織物、土工格柵和土工布等其它平面型土工合成材料相比，土工格室為立體結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變格室高度或格室板塊的組合型式，能得到剛性、半剛性等性質(zhì)完全不同的板塊。
（2）相對(duì)于土工格柵及土工布的平面結(jié)構(gòu)，土工格室由于具有一定的厚度，所以具有抗彎能力，能擴(kuò)散從上部傳遞的豎向應(yīng)力。
（3）土工格室可疊合，較土工格柵、土工布倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸方便。
（4）土工格室是一種新型的土工復(fù)合材料，對(duì)其加筋結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理有待進(jìn)一步深入研究。

土工膜HDPE防水板使用方法
HDPE土工膜的鋪設(shè)
1. 鋪設(shè)HDPE土工膜前應(yīng)由土建工程相應(yīng)的合格驗(yàn)收證明文件。
2. HDPE膜裁切之前，應(yīng)該準(zhǔn)確丈量其相關(guān)尺寸，然后按實(shí)際裁切，一般不宜按圖示尺寸裁切，應(yīng)逐片編號(hào)，詳細(xì)記錄在表格上。
3. 鋪設(shè)HDPE土工膜時(shí)應(yīng)力求焊縫少，在質(zhì)量的前提下，盡量節(jié)約原材料。同時(shí)也容易質(zhì)量。
4. 膜與膜之間接縫的搭接寬度一般不小于10cm，通常就使焊縫排列方向平行于大坡度，即沿坡度方向排列。
5. 通常在拐角及畸形地段，應(yīng)是接縫長(zhǎng)度盡量減短。除特殊要求外，在坡度大于1：6的斜坡上距頂坡或應(yīng)力集中區(qū)域1.5米范圍內(nèi)，盡量不設(shè)焊縫。
6. HDPE土工膜在鋪設(shè)中，應(yīng)避免產(chǎn)生人為褶皺，溫度較低時(shí)，應(yīng)盡量拉緊，鋪平。
7. HDPE土工膜鋪設(shè)完成后，應(yīng)盡量減少在膜面上行走、搬動(dòng)工具等，凡能對(duì)HDPE膜造成危害的物件，均不應(yīng)放在膜上或攜帶在膜上行走，以免對(duì)膜造成意外損傷。
土工膜的焊接
1.熱鍥焊機(jī)焊接工序分為：調(diào)節(jié)壓力 設(shè)定溫度 設(shè)定速度 焊縫搭接檢查 裝膜入機(jī) 啟動(dòng)馬達(dá) 加壓焊接。
2.接縫處不得有油污、灰塵，HDPE土工膜的搭接段面不應(yīng)夾有泥沙等雜物，當(dāng)有雜物時(shí)在焊接前清理干凈。
3.每天焊接開始時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)先試焊一條0.9mm×0.3mm的試樣,搭接寬度不小于10cm,并用拉力機(jī)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行剝離和剪切試驗(yàn),試樣合格后,便可用當(dāng)時(shí)調(diào)整好的速度、壓力、溫度進(jìn)行正是焊接。熱鍥焊機(jī)在焊接過(guò)程中，需隨時(shí)注意焊機(jī)的運(yùn)行情況，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況對(duì)速度和溫度進(jìn)行微調(diào)。
4.焊縫要求整齊、美觀、不得有滑焊、跳走現(xiàn)象。
5.在遇上土工膜長(zhǎng)度不夠時(shí)，需要長(zhǎng)向拼接，應(yīng)先把橫向焊縫焊好，再焊縱縫，橫向焊縫相距大于50cm應(yīng)成T字型，不得十字交叉。
6.相鄰?fù)凉つず缚p應(yīng)盡量錯(cuò)縫搭接，膜塊間形成的結(jié)點(diǎn)，應(yīng)為T字型，盡量減少十字型，縱模向焊縫交點(diǎn)處應(yīng)用擠壓焊機(jī)加強(qiáng)。
7.焊膜時(shí)不許壓出死折，鋪設(shè)HDPE土工膜時(shí)，根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁刈兓群虷DPE土工膜性能要求，預(yù)留出溫度變化引起的伸縮變形量。
8.當(dāng)手提焊機(jī)的溫度控制所指示的焊機(jī)溫度低于200℃時(shí)，要用干凈的布或棉紗撣掉再焊，必要時(shí)應(yīng)重新打磨，切忌用手擦試。
9.當(dāng)接縫處有結(jié)露、潮濕、泥沙等影響時(shí)，處理后再進(jìn)行焊接。
10.在下雨期間或接縫有潮氣、露水、或者大沙的情況下不能進(jìn)行焊接，但采取防護(hù)措施是除外。
11.溫度低于5℃時(shí)，按照規(guī)范要求不應(yīng)施工，如果施工的話，焊接前應(yīng)對(duì)焊機(jī)進(jìn)行預(yù)熱處理。
12.擠壓焊接機(jī)在焊接過(guò)程中，應(yīng)該經(jīng)常檢查槍頭的滑塊，磨損較嚴(yán)重時(shí)應(yīng)及時(shí)更換滑塊，以免損傷膜面。
13.土工膜在焊接時(shí)應(yīng)該采用穩(wěn)壓性能好的發(fā)電機(jī)供電，在特殊情況下采用當(dāng)?shù)赜秒姇r(shí)，使用穩(wěn)壓器。