１ 土工膜防滲技術的發展
１９９１ 年，國際大壩會議發表了題為《土工膜用于大壩止水———國際先進水平》的第７８ 號通報，闡明了土工膜對于混凝土壩、圬工壩等各類填筑壩皆為一項成熟技術。歐洲是應用土工膜于壩工的開拓者，１９９３ 年土工膜各土工合成材料歐洲工作組專門研究了歐洲的８０ 多座壩并建立了數據庫。
我國采用土工膜防滲技術開始于２０ 世紀６０年代中期，用于渠道防滲，從８０ 年代開始，土工膜開始應用于中小型土石壩工程的除險加固，８０ 年代末至９０ 年代初，一些新建的中小型土石壩工程開始使用土工膜防滲。２１ 世紀以來，已有１０ 余項工程采用復合土工膜防滲，新建的最高壩為５６m，險壩加固高８５ m，運行情況良好。國內復合土工膜的生產廠家以民營企業為主，生產規模小，產品質量的保證率低，設計單位對材料的質量信心不足，故其在工程設計中采用的較少，多在一些中小型工程中以及后期維護難度不大的項目中采用。土石壩的防滲土工膜通常設置在上游壩面。
２ 復合土工膜斜墻壩體的防滲設計
２．１ 復合土工膜防滲體系的結構
防滲結構包括防滲材料的上墊層護面、復合土工膜、下墊層下部的支持層和排水、排氣設施（圖１）。護面材料可根據防滲結構的坡比采用壓實土料、砂礫料、水泥砂漿、干砌塊石、漿砌石及混凝土板。下墊層支持層可采用透水材料，如砂礫料、無砂混凝土、瀝青混凝土、土工織物等。膜下排水排氣設施可采用逆止閥、排水管或縱橫排水盲溝等形成完整的排水排氣系統。
圖１ 土石壩復合土工膜防滲結構圖
２．２ 復合土工膜斜墻與防滲帷幕的連接復合土工膜斜墻與防滲帷幕灌漿的連接采用將土工膜錨固在帷幕灌漿的蓋重趾板混凝土結構上，形成地下地上的空間防滲體系（圖２）。錨固
圖２ 復合土工膜與趾板連接圖
要求：清除錨固面復合土工膜面上的無紡布，趾板面平整干燥，在混凝土面及土工膜面上涂刷瀝青，在混凝土面上采用３ 道扁鐵壓接，采用間距３０cm、φ１６ 的不銹鋼膨脹螺栓固定５０ mm ×１００ mm的鍍鋅扁鐵將土工膜在混凝土面上壓緊，錨接寬度根據水壓的不同采用６０ ～１００ cm 寬，錨固位置可以采用設在趾板混凝土的靠壩側面或趾板混凝土靠壩側的斜面上兩種。
２．２．１ 在趾板混凝土的靠壩側側面錨固復合土工膜的錨固段采用先錨固、后填筑壩體，填壩時易損壞土工膜，其修補量大、焊縫多、材料耗量大，因此對預埋的土工膜需設保護。當采用先填壩、后沿趾板人工挖槽錨固土工膜時，人工開挖過渡料工作量大，且人工回填的過渡料只能采用人工夯實，效率低；粘結面的空氣不能夠完全排出，有氣空區，且因水壓力平行粘結面，存在被水壓力擊穿的隱患。
２．２．２ 在趾板混凝土的靠壩側斜面錨固在壩體填筑完成、復合土工膜的支持層施工完成后，復合土工膜錨固段的施工與壩面土工膜的施工同時進行，采用自上而下鋪設，在趾板混凝土斜面上錨固，粘結面的空氣能夠完全排出且施工方便，錨固段的施工質量可以得到保證，水壓力垂直粘結面，對粘結面受力有利（圖３）。
圖３ 復合土工膜與趾板連接圖
２．３ 復合土工膜材料的選擇
《土工合成材料應用技術規范》（GB５０２９０ －２０１４）規定：“１ 級、２ 級建筑物土工膜選用厚度不應小于０．５ mm，高水頭或重要工程應適當加厚；３級以下工程，膜的厚度不應小于０．３ mm”。在土工膜兩面結合無紡土工布形成復合土工膜以提高膜的力學性能及膜的施工性能，采用了聚乙烯膜（PE）。
２．４ 防滲體系的穩定分析
土工膜支持層的穩定分析按土石壩的穩定分析方法進行。
復合土工膜與支持層和上部保護面層間的穩定性采用摩擦安全系數法分析：
式中 K 為抗滑穩定最小安全系數。根據土石壩的等級、運行條件按《碾壓土石壩設計規范》（DL／T５３９５ －２００７）中１０．３．１２ 條的規定取值； f 為土工膜與支持層或保護面層面的摩擦系數。復合土工膜與砂礫石支持層的摩擦系數取土工β（β為填筑砂礫石的內摩擦角）。復合土工膜與無砂混凝土支持層的摩擦系數f ＝１ ～１．５， 復合土木膜與預制混凝土面板保護層施工期的摩擦系數與預制板底面的平整度有關，一般取f ＝０．４ ～０．５；在復合膜面有水時，f ＝０．３５ ～０．４。f 可以采用現場試驗測試法確定；α為坡面水平角；tanα為土石壩的上游坡比。開茂水庫庫容為２ ２４５ 萬m３ ，水庫由一座主壩、五座副壩組成，副壩最大壩高２５ m，副壩采用
灰巖料填筑，過渡料采用老北川河道清淤料，壩體結構見圖４。
圖４ 副壩結構圖
堆石區石料的力學參數C ＝４０ ～８０ kPa，φ＝４０°。
過渡層石料的力學參數C ＝３０ ～６０ kPa，φ＝３８°。
開茂水庫副壩復合土工膜防滲體在正常運行條件下的穩定分析：
該土石壩級別屬Ⅲ類工程，抗滑穩定最小安全系數取值：正常運行條件下K ＝１．３，非常運行條件ⅠK ＝１．２，非常運行條件ⅡK ＝１．１５。
（１）正常運行條件下的抗滑穩定分析。支持層采用無砂混凝土與土工膜時的摩擦系數f ＝１ ～１．５、保護面層采用在復合膜上澆筑混凝
土面板護面，接觸面摩擦力最小的部位是無砂混凝土與過渡料接觸面或過渡料內部。
正常運行條件下K ＝１．３。
滿足正常運行條件安全系數K≥１．
（２） 非常運行條件。
如圖５ 中的過渡料及堆石料C ＝０，滑移面為折線，滑移面１ 分布在過渡區內部，滑移面２ 分布在堆石區和過渡料接觸面處。筆者對滑移面１ 進行了分析，最大壩高沿壩軸線取１ m 長度分析得到滑塊１ 自重W１ ＝３ ２３９．４６ kN／m。
圖５ 滑楔法穩定計算示意圖
工程所在區設計地震烈度為８ 度，查《水工建筑物抗震設計規范》中的表４．３．１，得αh ＝０．２g，按表５．１．３ 之土石壩壩體動態分布系數αi ，壩高H≤４０ m，設計烈度為８ 度，αm ＝２．５，αi ＝（αm＋１）／２ ＝（２．５ ＋１）／２ ＝１．７５。質點的動態分布系數αi 度滑移面１ 的穩定分析。根據《水工建筑物抗震設計規范》進行地震作用效應的計算：
按規范第４．５．９ 條中的公式計算水平向地震慣性力代表值：Qi ＝αhζGEiαi ／g式中 Qi 為作用在質點的水平向地震慣性力代表值；αh 為水平向設計地震加速度代表值；ζ為地震作用的效應折減系數，取ζ＝０．２５；GEi為集中在質點的重力作用標準值；αi 為質點i 的動力分布系數； g 為重力加速度。
Q１ ＝αhζGEiαi ／g ＝０．２g ×０．２５ ×３ ２３９．４６ ×１．７５／g ＝２８３．４５（kN／m）按《碾壓式土石壩設計規范》DL／T５３９５ －２００７ 附錄E．２．２．２ 滑楔法計算（圖６ 為第i 塊的受力圖）：
第i 塊土條的抗滑力：
圖６ 第i 塊受力圖
Cei ＝Ci ／K，tanφei ＝tanφi ／K計算從頂部第一個條塊（i ＝１）開始，按上式計算P１ ，以此采用推力傳遞法獲得最后一個條塊的下滑力Pn ＝０，采用試算法反復調整K 值直至Pn ＝０，此時為K 值的計算值。
２．５ 土工膜質量檢測方法
（１）目測法：現場有無漏接、燙傷、褶皺，是否均勻等。
（２）現場檢查法：充氣法和真空抽氣法。
充氣法：用于雙焊縫膜，封住雙縫之間空腔的兩端，向空腔內充氣，充至壓力為０．０５ ～０．２MPa，靜待０．５ min，如腔內氣壓不下降則為合格。
（３）真空抽氣法：利用吸盤、真空泵和真空機等進行檢測。將待檢接縫處擦凈，涂肥皂水，放上吸盤緊壓，抽氣至負壓０．０２ ～０．０３ MPa，關閉氣泵，靜待０．５ min，觀察真空罐內有無氣壓變化，若無變化，表明接縫合格。
（４）試驗室檢測法。
將在施工現場焊接好的土工膜抽樣在試驗室做剪切剝離試驗，剪切強度不應小于母材抗拉強度的８０％，且試樣斷裂不得出現在接縫處。
３ 結 語
隨著復合土工膜生產質量的提高、產品市場的規范、技術規范的完善，復合土工膜在中、低土石壩等水工建筑物中用于防滲已有較大程度地發展。
參考文獻：
［１］ 土工合成材料應用技術規范，GB／T ５０２９０ －２０１４［S］．
［２］ 聚乙烯（PE）土工膜防滲工程技術規范SL／T２３１ －９８［S］．
［３ ］碾壓式土石壩設計規范，DL／T５３９５—２００７［S］．
作者簡介：李紅良（１９７６-），男，陜西商洛人，工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作．
