土工膜在防渗工程中的探索与实践

孔祥峰 李志强 金 阳

一、前言

土工膜是一种以高分子聚合物为基本原料的防水阻隔型材料，主要分为：低密度聚乙烯（LDPE）土工膜、高密度聚乙烯（HDPE）土工膜等。厚度大于等于0.8mm的土工膜亦称之为“防水板”。20世纪初问世以来，在国内外各种防渗工程中得到广泛应用，但在铺设施工上存在适宜性问题。

20世纪80年代左右，我国工程师为解决土工膜铺设施工适宜性问题，提出“复合土工膜”设想，得到国内土工膜生产厂家的积极响应，进而生产出“抗拉、抗撕裂、顶破等物理力学性能指标高”的新型土工膜产品，并在国内工程建设中的防渗、隔离、补强、防裂加固等领域得到广泛应用。

二、土工膜应用中的问题

土工膜被广泛应用的同时，逐渐又暴露出许多问题。

1.生产工艺和施工焊接的缺陷问题

（1）受热融合工艺的制约以及工艺环境的影响，热融合过程中，土工膜普遍存在热灼伤，特别是二布一膜构造，使得起防渗关键作用的土工膜缺陷难以被有效发现，并有杂质参与到热融合过程，形成斑块。

根据实际调查，厂家在材料检测中发现，土工膜与土工布热融合过程中，土工布纤维质一般进入土工膜内0.1mm以上。二布一膜结构，因膜体两侧均需热融合，土工膜有效厚度将损失0.2mm以上。

（2）国家标准《土工合成材料聚乙烯土工膜》（GB/T 17643-1998）规定的土工膜外观指标见表1。

按表1要求，一卷土工膜幅宽6m、长60m，可允许每180m2土工膜出现一个穿孔修复点、10个杂质和僵块。如某水库防渗面积504万m2，即允许出现28000个穿孔修复点、28万个杂质和僵块。

目前，土工膜热融合焊接技术已得到长足发展，双轨自动焊接得到普遍应用。但是受施工环境影响，过热焊、低热焊时有发生。前者会导致焊缝物理力学指标严重低于土工膜母材，后者会导致焊接不严而漏水漏气。更为严重的是，防渗整体由大量分体拼接，双轨自动焊接在众多的分体“十”字节点与“丁”节点处难以满足质量要求，对于这种缺陷通常采用手持热风机人工补强，容易导致焊缝热熔度过低、过高，成为防渗体系最薄弱点，补强效果难以评价。

2.施工安装损坏的问题

（1）土工膜为低强度、柔性材料，容易在装卸过程中受到工具损害。

（2）堆放与铺设过程容易受到场地尖锐物的损害。

（3）施工人员施工不当会对土工膜造成损害。

3.土工膜缺陷导致的防渗问题

复合土工膜的缺陷必定会给防渗工程带来渗漏、浸没、稳定问题。更为严重的是，因复合土工膜缺损点的随机性，导致渗漏液体随机地与地下水直接衔接，进而引发土工膜气涨破坏问题以及地下水污染问题。

三、土工膜的应用探索

鉴于土工膜防渗工程频发的问题，可采用如下解决方案：

1.膜布分置

膜布分置是指土工膜与土工布分别铺设、独自焊接（缝合）、独立检测验收。工程实践表明，采用膜布分置后，土工膜缺陷可得到有效补救，土工布缝合便利可靠，水库防渗要求可得到有效保障。

2.多膜结构

多膜结构有别于目前习惯采用的单膜结构。在防渗膜总厚度不变或增加的条件下，将单膜划分为两层或三层相互叠合式铺设。

其原理为：

（1）相互叠合的土工膜缺损点难以重合，缺损点之间的渗径可得到有效延长。（2）经上部土工膜缺损点下渗的水体，在相互叠合的土工膜之间形成水膜，在水的粘滞、吸附作用下，叠合膜之间的渗流阻力加大，进一步制约了渗流损失。（3）经叠合的土工膜层数越多，越有利于提高防渗效果。

为保证焊接质量，每层膜厚度不宜小于0.2mm。

3.节点补强

在膜布分置、多膜结构的基础上，针对众多的“十”字节点和“丁”字节点采取重点补强措施。

表1 土工膜外观指标表

四、土工膜的应用实践

为克服复合土工膜的缺点，南水北调东线大屯水库将复合土工膜设计变更为膜布分置，收到了良好的效果。

为进一步克服大规模土工膜防渗工程的缺点，南水北调东线配套工程在茌平东邢水库（如意湖）库底防渗工程中，设计采用“膜布分置、双膜结构、节点补强”技术，结合土工膜防渗工程整体检测与气涨处理技术，收到了“基本滴水不漏”的效果。东邢水库土工膜防渗断面（局部）见图1。

图1 东邢水库土工膜防渗断面（局部）图

五、结论建议

（1）重要的防渗工程不适宜采用复合土工膜。（2）防渗土工膜宜采用“膜布分置、多膜结构、节点补强”技术。（3）应重视土工膜防渗工程的气涨问题并采取相应措施