一种水库防渗土工膜分层结构及其施工方法.pdf

本发明涉及一种水库防渗土工膜分层结构及其施工方法。本发明所要解决的技术问题是提出一种结构简单、工程量少、施工及检修方便、安全可靠性好、防渗效果优、耐久性能好、土工膜不易损坏的水库防渗土工膜分层结构及其施工方法。解决该问题的技术方案是：水库防渗土工膜分层结构，具有库底填渣层，其上依次铺设下支持过渡层、下支持垫层、土工膜防渗层和上保护层，其特征在于：所述下支持垫层与土工膜防渗层之间铺设土工席垫。本发明可用于水利水电以及市政、环保土工膜防渗工程。

1、  一种水库防渗土工膜分层结构，具有库底填渣层(1)，其上依次铺设下支持过渡层(2)、下支持垫层(3)、土工膜防渗层(6)和上保护层，其特征在于：所述下支持垫层(3)与土工膜防渗层(6)之间铺设土工席垫(4)。

2、  根据权利要求1所述的水库防渗土工膜分层结构，其特征在于：所述土工席垫(4)为一种在热熔状态下高密度聚乙烯塑料丝条自行粘结成的三维网状材料制作而成。

3、  根据权利要求1或2所述的水库防渗土工膜分层结构，其特征在于：所述土工膜防渗层(6)采用厚度超过1mm的HDPE复合土工膜，并采用膜布分离的布置方式在土工膜防渗层(6)上下分别铺设上覆土工布防护层(7)和下卧土工布垫层(5)。

4、  根据权利要求1或2所述的水库防渗土工膜分层结构，其特征在于：所述上保护层为一组均匀压覆在上覆土工布防护层(7)上方的土工布沙袋(8)，其压覆密度为1.4m×1.4m。

5、  根据权利要求4所述的水库防渗土工膜分层结构，其特征在于：所述土工布沙袋(8)重量为30kg，沙袋用布为250g/m²涤纶针刺无纺土工布，且土工布沙袋(8)四周封口采用不少于两道的高强纤维涤纶丝线缝合，缝合针距不大于6mm。

6、  一种水库防渗土工膜分层结构的施工方法，其特征在于具体步骤包括：
a、库底填渣层(1)施工，施工碾压层厚80cm，每层采用20T振动拖碾碾压6-10遍，洒水量为8％-12％，碾压后填渣干密度≥20.0kN/m³、孔隙率≤23％；
b、下支持过渡层(2)施工，总厚度120cm，最大粒径为15cm，小于50mm的颗粒含量35％～50％，小于5mm颗粒含量不超过25％，小于0.1mm含量不超过5％，施工碾压层厚40cm，每层采用20T振动拖碾碾压5-7遍，洒水量10％～15％。碾压后干密度≥21.1kN/m³，孔隙率≤20％，渗透系数要求满足8×10^-3～2×10^-1cm/s；
c、下支持垫层(3)施工，总厚度60cm，最大粒径4cm，采用砂、0～2cm、2cm～4cm碎石掺配而成，小于5mm颗粒含量为35～55％，小于0.1mm含量小于8％，施工碾压层厚30cm，每层先采用XS260自行式碾压机静压2遍，再采用20T振动拖碾碾压5-7遍，洒水量10％～15％，碾压后干密度≥21.5KN/m³，孔隙率＜18％，垫层渗透系数要求满足5×10^-4～5×10^-2cm/s；
d、土工席垫(4)施工，其铺设方向为平行于坝轴线方向，采用对接拼接，且对接边最大间隙不大于3mm，连接应牢固，人力不能轻易拉开；
e、下卧土工布垫层(5)施工，其铺设可采用缝合法也可采用搭接法，采用缝合法时，相邻两块布的搭接宽度不少于20cm，缝合采用不少于2道的高强纤维涤纶丝线，缝合针距不大于6mm，采用搭接法时，相邻两块土工布搭接宽度为50cm，在铺设过程中应边铺边压覆30kg土工布沙袋作为临时压重，其间距为2.8m～4.2m；
f、土工膜防渗层(6)施工，铺设要尽量平顺、舒缓，并预留出温度变化引起的伸缩变形量，摊铺完成后，对正搭齐，相邻两幅土工膜搭接100mm，并在土工膜的边角处或接缝处每隔1.4m～2.8m放置1个30kg的砂袋作为临时压重，土工膜摊铺完成后，整平土工膜和下垫层的接触面，防渗土工膜在焊接前预焊接的焊缝表面应用干纱布擦干擦净，做到无水、无尘、无垢等杂物，焊接完成及时进行目测、充气检测以及真空检测等焊缝质量检测工作；
g、采用搭接法铺设上覆土工布防护层(7)，相邻两块布搭接宽度为50cm；
h、及时用土工布沙袋(8)压覆，压覆密度为1.4m×1.4m，且每条相邻土工布搭接边中心线上均有土工布沙袋(8)压覆。

一种水库防渗土工膜分层结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种水库防渗土工膜分层结构及其施工方法。主要适用于水利水电以及市政、环保土工膜防渗工程。
背景技术
抽水蓄能电站上水库一般地势高，天然水源与径流无或很少，从低处抽到高处存蓄在上水库的水体是电能转换的载体，因此对水库防渗要求高，国内已建蓄能电站采用的水库防渗形式有钢筋混凝土面板、沥青混凝土面板以及垂直帷幕灌浆防渗，在水电工程中还没有采用膜薄质轻的土工膜防渗先例。在水利、市政环保工程中已有防渗土工膜分层结构的工程应用，但其防渗要求以及布置限制条件没有水电工程特别是抽水蓄能电站工程的要求严格。
根据水利、市政环保工程中防渗土工膜的应用经验，这些工程防渗土工膜一般采用“一布一膜”或“两布一膜”直接复合形式，由于水头小、防渗工程等级低，防渗膜较薄，一般均小于1mm，并均被覆盖在素土、沙砾石、预制或现浇的素混凝土板、铁丝网混凝土板、浆砌块石、干砌块石等保护层以下，防止其漂浮与冰冻、紫外线辐射等因素所引起的老化，提高其耐久性。为了保护土工膜不被戳穿损坏并确保良好的排水减压效果，其下部垫层一般采用粗砂层或砾径小于1.0cm的碎石层以及小于2.0cm的砾卵石层。对于要严格保证高标准防渗要求的抽蓄上水库，在缺少粗砂与细颗粒砾卵石材料的工程区，并且需要采用厚度大于1mm的土工膜情况下，要兼顾防渗土工膜的快速大规模施工、防漂、防戳穿损坏、方便检修以及膜下排水减压等因素，专门研究一种新颖的防渗土工膜分层结构型式是非常必要和具有实用价值的。
目前存在的工程实际难题有：1、在工程等级高、使用年限长、防渗要求严格的土工膜防渗水电工程中，所选择的HDPE土工膜厚度一般超过1mm。由于HDPE厚膜材料较硬，目前厚度超过1mm以上的HDPE复合土工膜，无论是采用吹塑法还是压延法生产工艺，均不能实现土工膜与土工布良好的复合质量，而土工布因对土工膜具有良好的辅助保护、防渗反滤等功能而宜设置。2、在没有粗砂或细卵砾石料源的工程地区，若专门生产粒径小于1.0cm的碎石或粗砂作为土工膜的下部垫层，则工程投资巨大而且影响施工进度。若采用常规堆石坝的垫层料级配石渣作为垫层，可以实现膜下排水减压功能，但是由于颗粒粒径一般大于2cm，对于膜薄量轻的土工膜而言属于超径石，而且考虑到大面积铺设土工膜下垫层的施工过程中，难免存在尖锐物体和杂物等，在具有较大水深的水库水压力作用下，土工膜发生刺破损坏的概率很高。3、土工膜常规的预制或现浇的素混凝土板、铁丝网混凝土板、浆砌块石等上保护层形式使得上库在初期蓄水和永久运行后的检修基本无法进行，而且这种形式的上覆保护层容易损坏土工膜。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：根据水电工程特别是抽水蓄能电站水库防渗的需要，配合具有适应地基变形能力强、防渗效果好、施工设备投入少、施工速度快、修补便利、造价低、工程投资省等优点的土工膜防渗方案，提出一种结构简单、工程量少、施工及检修方便、安全可靠性好、防渗效果优、耐久性能好、土工膜不易损坏的水库防渗土工膜分层结构及其施工方法。
本发明所采用的技术方案是：一种水库防渗土工膜分层结构，具有库底填渣层，其上依次铺设下支持过渡层、下支持垫层、土工膜防渗层和上保护层，其特征在于：所述下支持垫层与土工膜防渗层之间铺设土工席垫。
所述土工席垫为一种在热熔状态下高密度聚乙烯塑料丝条自行粘结成的三维网状材料制作而成。
所述土工膜防渗层采用厚度超过1mm的HDPE复合土工膜，并采用膜布分离的布置方式在土工膜防渗层上下分别铺设上覆土工布防护层和下卧土工布垫层。
所述上保护层为一组均匀压覆在上覆土工布防护层上方的土工布沙袋，其压覆密度为1.4m×1.4m。
所述土工布沙袋重量为30kg，沙袋用布为250g/m²涤纶针刺无纺土工布，且土工布沙袋四周封口采用不少于两道的高强纤维涤纶丝线缝合，缝合针距不大于6mm。
一种水库防渗土工膜分层结构的施工方法，其特征在于具体步骤包括：
a、库底填渣层施工，施工碾压层厚80cm，每层采用20T振动拖碾碾压6-10遍，洒水量为8％-12％，碾压后填渣干密度≥20.0kN/m³、孔隙率≤23％；
b、下支持过渡层施工，总厚度120cm，最大粒径为15cm，小于50mm的颗粒含量35％～50％，小于5mm颗粒含量不超过25％，小于0.1mm含量不超过5％，施工碾压层厚40cm，每层采用20T振动拖碾碾压5-7遍，洒水量10％～15％。碾压后干密度≥21.1kN/m³，孔隙率≤20％，渗透系数要求满足8×10^-3～2×10^-1cm/s；
c、下支持垫层施工，总厚度60cm，最大粒径4cm，采用砂、0～2cm、2～4cm碎石掺配而成，小于5mm颗粒含量为35～55％，小于0.1mm含量小于8％，施工碾压层厚30cm，每层先采用XS260自行式碾压机静压2遍，再采用20T振动拖碾碾压5-7遍，洒水量10％～15％，碾压后干密度≥21.5KN/m³，孔隙率＜18％，垫层渗透系数要求满足5×10^-4～5×10^-2cm/s；
d、土工席垫施工，其铺设方向为平行于坝轴线方向，采用对接拼接，且对接边最大间隙不大于3mm，连接应牢固，人力不能轻易拉开；
e、下卧土工布垫层施工，其铺设可采用缝合法也可采用搭接法，采用缝合法时，相邻两块布的搭接宽度不少于20cm，缝合采用不少于2道的高强纤维涤纶丝线，缝合针距不大于6mm，采用搭接法时，相邻两块土工布搭接宽度为50cm，在铺设过程中应边铺边压覆30kg土工布沙袋作为临时压重，其间距为2.8～4.2m；
f、土工膜防渗层施工，铺设要尽量平顺、舒缓，并预留出温度变化引起的伸缩变形量，摊铺完成后，对正搭齐，相邻两幅土工膜搭接100mm，并在土工膜的边角处或接缝处每隔1.4m～2.8m放置1个30kg的砂袋作为临时压重，土工膜摊铺完成后，整平土工膜和下垫层的接触面，防渗土工膜在焊接前预焊接的焊缝表面应用干纱布擦干擦净，做到无水、无尘、无垢等杂物，焊接完成及时进行目测、充气检测以及真空检测对焊缝质量进行检测；
g、采用搭接法铺设上覆土工布防护层，相邻两块布搭接宽度为50cm；
h、及时用土工布沙袋压覆，压覆密度为1.4m×1.4m，且每条相邻土工布搭接边中心线上均有土工布沙袋压覆。
本发明的有益效果是：本发明在下支持垫层与土工膜防渗层之间铺设一种在热熔状态下高密度聚乙烯(HDPE)塑料丝条自行粘结成的三维网状材料——土工席垫作为辅助保护层，从而放宽了对土工膜下支持垫层料粒径的要求，有效避免了在较大水深的水库水压力作用下，超径石、尖锐物体和杂物等对土工膜的刺破损坏；土工膜防渗层采用厚度超过1mm的HDPE复合土工膜，并采用膜布分离的布置方式在土工膜防渗层上下分别铺设上覆土工布防护层和下卧土工布垫层，克服了目前厚膜和厚布在复合生产工艺过程中存在的还难以解决的一些性能与质量问题，从而保证了土工膜的生产和施工质量；在上覆土工布防护层上方按照一定密度压覆土工布沙袋，不易损伤其压覆的薄层土工膜，具有压覆功能的重量，但又方便施工与检修搬运，这样既解决了土工膜防渗层与上覆土工布防护层在施工期被风掀动以及在运行期受水浮力影响而漂动的问题，又解决了土工膜常规全面散体状或刚性的上保护层形式使土工膜难以检修与施工过程中容易破损的问题；此外，本发明结构简单、安全可靠、布置方式灵活、工程量少。
附图说明
图1是本发明的结构图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例具有库底填渣层1，其上依次铺设下支持过渡层2、下支持垫层3、土工膜防渗层6和上保护层，其特点是所述下支持垫层3与土工膜防渗层6之间铺设土工席垫4，该土工席垫4为一种在热熔状态下高密度聚乙烯塑料丝条自行粘结成的三维网状材料制作而成。
所述土工膜防渗层6采用厚度超过1mm的HDPE复合土工膜，鉴于HDPE厚膜材料较硬，目前厚度超过1mm以上的HDPE复合土工膜，无论是采用吹塑法还是压延法复合土工膜生产工艺，均不能实现土工膜与土工布良好的复合质量，因此采用膜布分离的布置方式在土工膜防渗层6上下分别铺设上覆土工布防护层7和下卧土工布垫层5。
所述上保护层为一组均匀压覆在上覆土工布防护层7上方的土工布沙袋8，其压覆密度为1.4m×1.4m。
所述土工布沙袋8重量为30kg，沙袋用布为250g/m²涤纶针刺无纺土工布，且土工布沙袋8四周封口采用不少于两道的高强纤维涤纶丝线缝合，缝合针距不大于6mm。
本实施例的施工步骤如下：
a、库底填渣层1施工
库底填渣区的填筑料可以采用主体工程的开挖弃渣料，包括全、强风化混合料，甚至可以包含一定量的土料。施工碾压层厚80cm，每层采用20T振动拖碾碾压8遍，洒水量为10％，碾压后填渣干密度≥20.0kN/m³、孔隙率≤23％。
b、下支持过渡层2施工
下支持过渡层料源采用弱风化开挖料，总厚度120cm，最大粒径为15cm，小于50mm的颗粒含量35％～50％，小于5mm颗粒含量不超过25％，小于0.1mm含量不超过5％，施工碾压层厚40cm，每层采用20T振动拖碾碾压6遍，洒水量10％～15％。碾压后干密度≥21.1kN/m³，孔隙率≤20％，渗透系数要求满足8×10^-3～2×10^-1cm/s。
c、下支持垫层3施工
下支持垫层料源采用新鲜或微风化洞挖料，总厚度60cm，最大粒径4cm，采用砂、0～2cm、2～4cm碎石掺配而成，小于5mm颗粒含量为35～55％，小于0.1mm含量小于8％，施工碾压层厚30cm，每层先采用XS260自行式碾压机(26T)静压2遍，再采用20T振动拖碾碾压6遍，洒水量10％～15％，碾压后干密度≥21.5KN/m³，孔隙率＜18％，垫层渗透系数要求满足5×10^-4～5×10^-2cm/s。
d、土工席垫4施工
土工席垫4铺设方向为平行于坝轴线方向，并注意防风吹压覆。必须采用对接拼接，不允许上下层搭接，由于周边不顺齐而无法拼接合缝时，应进行裁剪齐边，保证对接边最大间隙不大于3mm。连接可采用塑料搭扣，塑料搭扣间距为20cm，搭扣距土工席垫拼接边不少于1.5cm，拼接应牢固，人力不能轻易拉开，且塑料搭扣尾条应人工编织到土工席垫下层。土工席垫边条若棱角明显且扎手，则需用合适的电热设备烫软使之圆润。
e、下卧土工布垫层5施工
铺设连接采用一般缝法，即用手提缝纫机将两片土工布缝合，相邻两块布的搭接宽度为不少于20cm，缝合采用不少于2道的高强纤维涤纶丝线，缝合针距不大于6mm。若下卧土工布的某些接缝条边与上土工膜的接缝重合，影响到上土工膜的接缝焊接，则该下卧土工布接缝可以采用搭接法，即将土工布的一边自由地压在相邻片的一边上，两块土工布搭接宽度为50cm。铺设要求表面平整、无明显起伏和褶皱，在铺设过程中应边铺边压覆30kg土工布沙袋作为临时压重，以防风吹土工布使之掀动移位，其间距为2.8～4.2m，以保证土工布不发生移位为准。
f、土工膜防渗层6施工
铺设完下卧土工布垫层5后立即铺设土工膜防渗层6覆盖，土工膜防渗层宜人工装卸和铺设，若采用机械吊装时，吊绳宜用尼龙编织带一类柔性绳带，不得使用钢丝绳等一类绳索直接吊卸。
摊铺时应检查土工膜的外观质量，用醒目的记号笔标记已发现的机械损伤和生产创伤、孔洞、折损等缺陷的位置，并做好记录，以便后续缺陷修补。土工膜铺设要尽量平顺、舒缓，不得绷拉过紧，并预留出温度变化引起的伸缩变形量。摊铺完成后，对正搭齐，相邻两幅土工膜搭接100mm，并在土工膜的边角处或接缝处每隔1.4m～2.8m放置1个30kg的砂袋作为临时压重。土工膜摊铺完成后，整平土工膜和下垫层的接触面，以利于焊接机的爬行焊接施工。防渗土工膜在焊接前预焊接的焊缝表面应用干纱布擦干擦净，做到无水、无尘、无垢等杂物，在施工焊接过程中或施工间隔过程中均须进行防护。焊接完成及时进行目测、充气检测以及真空检测等焊缝质量检测工作。
g、上覆土工布防护层7施工
完成土工膜防渗层6的铺设、焊接、检测、验收后，应立即采用搭接法铺设上覆土工布防护层7，相邻两块布搭接宽度为50cm。
h、表面压覆
及时用土工布沙袋8对上覆土工布防护层7进行压覆，压覆密度为1.4m×1.4m，且每条相邻土工布搭接边中心线上均有土工布沙袋8压覆。