土工膜是柔性材料,必須鋪設(shè)在可靠的支持層上,它可以讓土工膜受力均勻。對(duì)于堤壩,支持層可采用級(jí)配良好的壓實(shí)土層,粒徑應(yīng)根據(jù)膜厚來選擇,對(duì)于0.2mm厚的土工膜,支持層的最大粒徑應(yīng)不大于6mm,不均勻系數(shù)應(yīng)不小于20。對(duì)于堆石壩,支持層可采用混凝土或?yàn)r青混凝土面板斜墻。如果是碾壓式土石壩,由于其壩面平整,又有較大密實(shí)度,可不設(shè)支持層。對(duì)于已建堤壩的防滲加固工程,一般采用垂直鋪塑技術(shù)建造垂直防滲墻。垂直防滲墻是在堤壩地基內(nèi)造孔或開槽,填入透水性極低的材料形成的連續(xù)墻。我國現(xiàn)在用鋪塑技術(shù)已完成多處垂直防滲墻工程。
修建防滲墻的土工合成材料多采用土工膜、復(fù)合土工膜。采用插入土工膜,則膜厚度應(yīng)不小于0.5mm。在目前技術(shù)條件下,插入深度可以達(dá)到約15m,要求地基土中大于5cm的粗顆粒不多于10%,最大顆粒粒徑不大于15cm,否則將超出開槽寬度。對(duì)于新建堤壩,采用中央復(fù)合土工膜作垂直防滲墻時(shí),其要求與土工膜斜墻防滲相同。但墊層和過渡層在填筑壓實(shí)時(shí),應(yīng)注意不使土工膜損傷。施工時(shí)要求堤壩填筑與土工膜心墻同時(shí)上升,而且土工膜應(yīng)做鋸齒形鋪設(shè),以適應(yīng)堤身的沉陷。
國內(nèi)外土工膜所用的原材料主要是聚乙烯(PE)和聚氯乙烯(PVC)兩種。工程選料時(shí),主要根據(jù)以下幾個(gè)方面來選定合適的土工膜:
①力學(xué)特性,上述兩種材料制成的土工膜的拉伸強(qiáng)度相差不大。由于土工膜只用于防滲而不作為加筋材料使用,故其拉伸強(qiáng)度不是選材的重要指標(biāo)。但從另一方面來說,PVC膜因添加有塑化劑,使得其拉伸率比PE膜的大一些,柔性較好,與砂粒接觸時(shí)可使砂粒嵌入得更深一些而不破裂,從而增加二者之間的摩擦系數(shù)。因此,PVC膜與砂之間的摩擦系數(shù)明顯大于PE膜與砂之間的摩擦系數(shù),摩擦角平均至少大5o ~6o 。這是一個(gè)關(guān)鍵性的指標(biāo),會(huì)影響到膜與土體接觸面以及膜與其上保護(hù)層之間的抗滑穩(wěn)定性。增大PE膜摩擦性能的方法有三種:一是采用復(fù)合土工膜,因復(fù)合土工膜外層的土工織物與土料的摩擦系數(shù)較大,接近于PVC膜與土料的摩擦系數(shù)。二是對(duì)PE膜采用加糙措施,例如在土工膜的光滑表面上壓紋或噴涂加糙材料。三是改變水工建筑物的結(jié)構(gòu),如調(diào)整壩坡,加防滑槽或防滑檻等。另外,當(dāng)PE膜的厚度從0.12mm增加到0.24mm時(shí),其與粗砂的摩擦系數(shù)可以增加30%。
②可連接性。土工膜無論出廠時(shí)幅有多寬,在實(shí)際使用時(shí)仍需將其幅與幅之間連接起來,以成為一個(gè)整體的防滲膜體。一般PE膜只能用加熱熔合的方式連接,而PVC膜除此之外,還可以采用特殊的粘合劑進(jìn)行粘接。薄型土工膜由于不能用熱焊方法連接而必須用粘接法連接,因此只能選用PVC膜。
③經(jīng)濟(jì)性。目前兩種材料的價(jià)格大體相當(dāng),一般均在1萬元/T左右,而PE膜的比重小于PVC膜的比重,所以同樣厚度的情況下每單位面積的價(jià)格PE膜要少一些。另外PVC膜出廠時(shí)的幅寬一般為1.5~2.0m,PE膜幅寬可達(dá)4~4.5m,相應(yīng)地PE膜的接縫數(shù)量就比PVC膜的要少,因而搭接的用量就少一些,現(xiàn)場接縫的工作量也少一些。
復(fù)合工膜有許多優(yōu)點(diǎn),以織造型土工織物復(fù)合,可以對(duì)土工膜加筋,保護(hù)膜不受運(yùn)輸或施工期間的外力損壞;以非織造型織物復(fù)合,不僅對(duì)膜提供加筋和保護(hù),還可起到排水排氣的作用,同時(shí)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(gè)領(lǐng)域。不同的工程對(duì)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(shí)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??傊?,可以認(rèn)為土工膜具有十分突出的防滲和防水性能。
物理性能指標(biāo):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(gè)重要指標(biāo)。土工膜的單價(jià)與單位面積質(zhì)量大致成正比,其力學(xué)強(qiáng)度隨質(zhì)量增大而提高。因此,在選擇產(chǎn)品時(shí)單位面積質(zhì)量是必須考慮的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。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。