土工膜與混凝土、粘土、鋼板襯砌等幾種防水材料相比,有以下幾個弱點:
(1)容易破裂,土工膜是一種高分子化合物的柔性材料,強度低,厚度也比較薄,因此容易破裂。造成破裂的原因有:①在施工過程中受損破裂;②被土石料中的石塊等尖硬物刺破或頂破;③由于設(shè)計選擇不當或沒有局部約束被過大的水壓力擊穿;④鋪設(shè)在支承土與混凝土面板之間的土工薄膜由于溫度脹縮、重力、土體位移、浪擊和水位變化的因素,可能引起界面滑動,土工薄膜將承受過度伸長、撕裂或擦傷;⑤斜面上用土和混凝土板保護土工薄膜的情況,當水位驟降,土中孔隙水應(yīng)力與庫水位失去平衡,土體失穩(wěn)而滑動。⑥建筑物過大的變形或不均勻沉降而導(dǎo)致破裂;⑦由于保護層薄或埋深淺,特別是用于渠道防滲時,被人畜或植物根系弄破。這些問題很容易發(fā)生,但又是可以避免的。
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(2)容易脆裂,土工膜在低溫環(huán)境下,性能惡化,容易脆裂。這方面可通過選擇耐低溫的品種或增加保護層厚度解決,一般也不成問題。
(3)老化問題,土工膜在接觸陽光、冷熱氣候、臭氧的條件下,將較快老化而失去性能。不過埋在水中或處于水下,不接觸這些因素,其老化還是相當慢的。目前對土工膜的使用壽命,還沒有一個確切的規(guī)定,試驗研究和實測資料都表明,在正常的保護條件下,其壽命可達50~100年。
(4)化學(xué)腐蝕,土工膜遇上某些化學(xué)物質(zhì),如酸性、堿性液體,或礦物油,可能會被腐蝕破壞。不過在一般的工程應(yīng)用中,不接觸這些物質(zhì)因而不必擔心。但在用于封閉廢棄的固體或液體時,則應(yīng)考慮這方面的問題。
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復(fù)合工膜有許多優(yōu)點,以織造型土工織物復(fù)合,可以對土工膜加筋,保護膜不受運輸或施工期間的外力損壞;以非織造型織物復(fù)合,不僅對膜提供加筋和保護,還可起到排水排氣的作用,同時提高膜面的摩擦系數(shù),在水利工程和交通隧洞工程中有廣泛的應(yīng)用。
土工膜被廣泛應(yīng)用于水利和巖土工程的各個領(lǐng)域。不同的工程對材料有不同的功能要求,并以此選擇不同類型和不同種類的土工膜。土工膜的一般性能包括物理、力學(xué)、化學(xué)、熱學(xué)和耐久性能等。在工程應(yīng)用中更重視其防水(滲透性及透氣性)、抗變形的能力及耐久性。大量工程實踐表明,土工膜有很好的不透水性;有很好的彈性和適應(yīng)變形的能力,能承受不同的施工條件和工作應(yīng)力;有良好的耐老化能力,處于水下、土中的土工膜的耐久性尤為突出。總之,可以認為土工膜具有十分突出的防滲和防水性能。
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物理性能指標:①單位面積質(zhì)量,系1m2土工膜的質(zhì)量,稱為土工膜的基本質(zhì)量,單位為g/m2 。它是土工膜的一個重要指標。土工膜的單價與單位面積質(zhì)量大致成正比,其力學(xué)強度隨質(zhì)量增大而提高。因此,在選擇產(chǎn)品時單位面積質(zhì)量是必須考慮的技術(shù)和經(jīng)濟指標。②厚度,指土工膜在2kPa法向壓力下,其頂面與底面之間的距離,單位為mm。土工膜厚度隨所作用的法向壓力而變,規(guī)定2kPa壓力表示土工膜在自然狀態(tài)無壓條件下的厚度。
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土工膜在水利防滲工程中應(yīng)用情況及優(yōu)缺點:土工膜在壩工中的應(yīng)用,從地域上看已很廣泛,國內(nèi)已經(jīng)普遍接受了這種新型的防滲材料和技術(shù)。許多工程實錄都表明它的防滲效果良好、經(jīng)濟、施工方便,有推廣使用價值。國內(nèi)在壩工中使用土工膜防滲雖然較晚,但從土工膜承受20m以上水頭的實例所占的百分數(shù)來看,接近了國外的水平,且國內(nèi)也有土工膜承受超過50m水頭的實例。這些都說明國內(nèi)在壩工使用土工膜的技術(shù)水平已逐漸接近國際先進水平。關(guān)于土工膜的厚度目前有兩種觀點:一種是主張用厚膜(膜厚>1.0mm),以歐洲國家為多;另一種觀點是使用薄膜(膜厚<1.0mm),以美洲國家和我國的實例較多,這些壩的使用情況至今仍然很好,因而值得很好地總結(jié)經(jīng)驗。根據(jù)上述情況以及目前SL/T225-98《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)技術(shù)規(guī)范》和GB50290-98《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中所列入的土工膜在堤壩中的防滲使用規(guī)定,都表明土工膜防滲技術(shù)在我國堤壩中的應(yīng)用已經(jīng)逐漸成熟。這將為這項新技術(shù)和新材料在堤壩中的推廣應(yīng)用提供良好的范例。
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