上海勘测设计研究院有限公司 上海市 200434
摘要：土工防渗膜是一种高分子化学柔性材料，具有高抗拉强度、低延伸率、纵横向变形均匀、抗撕裂强度高、耐磨性能优良、隔水性强等特性，广泛应用于各行各业。本文以工程实例，介绍土工防渗膜在围堤渗漏处理中的应用，以供类似工程参考。
关键词：土工防渗膜 围堤 渗漏
1 前言
土工防渗膜是一种以高分子聚合物为基本原料，与无纺布复合而成的防水阻隔型材料，主要分为低密度聚乙烯（LDPE）土工膜、高密度聚乙烯（HDPE）土工膜和EVA土工膜等，具有高抗拉强度、低延伸率、纵横向变形均匀、抗撕裂强度高、耐磨性能优良、隔水性强等特性，广泛应用于铁路、公路、垃圾填埋场、尾矿储存场、渠道防渗等工程。本文以上海某水库的工程实例，介绍土工防渗膜在围堤渗漏处理中的应用。
2 工程背景
水库位于上海长江江堤外侧，为上海市主要取水口之一，水库取水泵站出水管附近的堤段曾出现过管涌，现场抢险采用泵送混凝土和袋装混凝土堵漏，并在该堤段的堤轴线部位及轴线上下游侧分别实施了三次旋喷桩止水帷幕，但由于堤身材料的复杂性，仍未形成完整的止水帷幕体，出水管段围堤于2009年2月出现一次较为严重的漏水现象，主要集中于出水管与围堤堤坡（库外侧）接触部位，为此，对出水管两侧围堤进行了高压旋喷处理，在出水管之间的堤身采取了水泥加水玻璃注浆堵漏措施。之后2009~2011年期间，在采取了相应的应急处理措施后，出水管部位堤外坡仍出现不同程度的渗漏现象，陆续出现不同的渗漏点。渗流成股逸出，极易造成接触冲刷，这种渗漏的危害极大，渗透水流除浸湿土体降低其强度指标外，当渗透力大到一定程度时将会导致堤坡滑动、防渗体被击穿、堤基管涌等重大渗流事故，直接影响大堤的运行安全，虽然曾采取了一定的应急处理措施，使渗漏现象暂时得以缓解，但未从根本上解决渗漏安全隐患，使得该段围堤反复出现渗漏，因此，实施较为彻底的防渗处理显得非常必要。
3渗漏原因分析
3.1穿堤结构的缺陷
泵站出水管基础为高桩梁系支架结构（见图1），横梁和纵梁均为现浇结构，其下设置管桩基础。穿堤钢管未设置止水环，其基础又为高桩梁系支架结构，钢管不会随着堤身土体的沉降一起下沉，因此当土体沉降变形后，出水管外壁与堤身土体脱离开来，形成渗漏通道。曾经进行高压旋喷处理，但是穿堤钢管运行过程产生的振动使穿堤钢管与堤身土之间已经封闭的接触缝隙再次被拉裂开，渗漏通道再次出现。
3.2堤身结构的隐患
出水管施工过程中，出水管附近的堤段曾出现过管涌，当时对管涌堤段采用的是泵送混凝土和袋装混凝土进行堵漏抢险，并没有采取振捣、碾压等措施，袋装混凝土之间、混凝土体内存在架空、空洞等隐患，根据现场堤芯取样显示，取出的水泥土破碎较为严重，完整芯样很少，部分水泥土芯样水泥浆液未与原状土充分拌合，水泥浆结成块状夹杂在粘土中。混凝土芯样较为完整，但表面粗糙，孔洞较多。虽然又进行了高压旋喷灌浆，但是由于高压喷射灌浆的作用机理，高压喷射流无法像对土体那样对混凝土体产生完全的冲切掺搅、升扬置换、充填挤压，灌入的浆液不能与混凝土体掺搅混合，形成凝结体。因此，并未形成预期的防渗所需的完整的止水帷幕体。
图1 穿堤结构示意图
4、土工防渗膜处理方案
工程采用土工防渗膜作为主要的防渗措施，对出水管附近的渗漏段堤身进行了防渗处理。工程总体处理方案如下：
先拆除渗漏段堤顶防浪墙、堤坡现有护坡结构，在堤身内坡顶部设置灌注桩作为基坑支护，灌注桩后设置一排压密注浆，同时在堤脚设置一排高压旋喷防渗墙，然后对渗漏段堤身进行开挖，接着填筑一层粘土，之后铺设土工防渗膜，然后进行堤身适当培厚加宽，在土工防渗膜上再进行粘土填筑，以增加防渗膜上的压重，同时防止上层铺设的粗砂垫层和碎石垫层的颗粒状、尖角等刺破土工防渗膜，最后进行堤顶防浪墙及路面结构、护坡结构等恢复。土工防渗膜上部埋入堤顶防浪墙底板下、下部插入粘土填筑层内。
为了防止新取水泵站出水管段两侧的侧向渗流影响本次防渗加固效果，在垂直堤轴线方向出水管段两侧沿堤坡布置高压旋喷防渗墙，旋喷防渗墙墙顶与坡面新填筑的粘土及土工防渗膜搭接，与库内侧堤脚的高压摆喷防渗墙衔接，形成封闭的防渗体。
图2 防渗处理方案示意图
5、土工膜防渗层结构
土工膜防渗层结构由下部支持层、土工膜防渗层、上部保护层组成。
（1）下部支持层
根据《聚乙烯（PE）土工膜防渗工程技术规范》（SL/T231-98）第2.3.3条要求，土工膜应铺设在密实的基础上，层面应平整。对于碾压土石坝坝面可不另设支持层，但应在坝面与土工膜之间铺一层土工合成材料。因此，根据规范要求，土工膜下部粘土填筑应碾压密实，并保证层面平整后（在粘土中不得有粒径超过3mm的碎石，防止土工膜铺设时人为和机械压坏）铺设一层机织布，采用230g/m2的丙纶长丝机织土工布。
（2）土工膜防渗层
PE土工膜防渗层有单层PE土工膜防渗层、多层PE土工膜防渗层、PE土工膜复合防渗层三种形式。
对于环保防渗工程，如防渗要求十分严格的垃圾废物填埋场等工程，较多采用多层PE土工膜防渗层和土工膜与粘土层组合而成的组合防渗系统，在这种特殊的情况下，一层的组合防渗系统还不能防止有害气体或液体的渗漏与扩散，而常使用两层组合防渗系统。
本工程防渗要求较高，采用的土工膜厚度较大，有相关资料表明，若选用复合土工膜，在膜布热复合后，两侧未复合预留连接部位会有严重的折皱现象，从而影响土工膜的接缝焊接质量；另一方面复合土工膜中膜本身的质量也不如单一土工膜，表明缺陷也多于单一土工膜。因此，本工程土工膜防渗层选用单一土工膜——厚3mm的HDPE膜。
HDPE膜有光面土工膜、单糙面土工膜、双糙面土工膜。光面土工膜表面光滑，资料显示，与土之间的摩擦角仅为土本身摩擦角的3/4，容易在界面上产生滑动。本工程HDPE膜铺设于堤坡上，HDPE膜上、下方均铺设有机织布，为了增强土工膜与机织布之间的摩擦系数，保证机织布、土工膜抗滑稳定，采用双糙面的HDPE土工膜。
（3）上部保护层
为使土工防渗膜表面避免受到高温低温破坏、生物破坏、围堤堤坡护坡结构施工时的机械损伤等，土工膜上部设置保护层。保护层由垫层和面层组成，在HDPE膜上铺设一层230g/m2的丙纶长丝机织土工布——既作为垫层，又可防止上一层粘土填筑碾压时土工膜被碎石刺破，起到保护的作用；面层为在机织布上填筑一层粘土，即可起到保护层作用，又可以起到压重的作用。粘土最小厚度不得小于0.50m，粘土中不得有粒径超过5mm的碎石，防止该层粘土碾压时此类碎石对土工膜产生破坏作用。
6、防渗土工膜的连接与锚固
（1）土工膜与出水钢管的连接为使土工膜与现有出水钢管紧密贴合，在出水钢外壁包裹一层HDPE土工膜管靴，并用铝条管箍锚固压紧，并与堤坡上铺设的HDPE土工膜进行焊接。
（2）土工膜与堤顶防浪墙的锚固
采用混凝土连接锁的方式进行土工膜与混凝土建筑物的连接。混凝土连接锁的锚固爪嵌入防浪墙底板混凝土中，连接锁提供一个宽的焊接表面暴露在混凝土结构面外，与HDPE土工膜焊接。
（3）土工膜与堤脚的锚固
土工膜伸入堤脚防渗墙顶部预留的沟槽内，并用粘性土夯填。
（4）土工膜与出水管支撑结构的连接
出水管支撑结构主要为现有纵梁、横梁及管桩等混凝土结构物。
土工膜与纵梁、横梁的连接方式为：在纵梁、横梁外壁包裹一层HDPE土工膜管靴，并用不锈钢扁钢压条压紧，然后与HDPE土工膜进行焊接。
土工膜与管桩的连接方式为：在管桩外壁包裹一层HDPE土工膜管靴，并用铝条管箍锚固压紧，并与堤坡上铺设的HDPE土工膜进行焊接。
7、结语
该工程情况较为特殊，不仅穿堤结构存在缺陷，而且堤身构成又十分复杂。常规的防渗措施难以适用，如高压旋喷灌浆无法对抢险后存在混凝土体的堤身产生完全的冲切掺搅、升扬置换、充填挤压，灌入的浆液不能与混凝土体掺搅混合，形成凝结体，因而难以形成完整的止水帷幕体，且难以处理出水管下方堤身；即使对围堤堤身进行重筑、培厚，也难以根除穿堤钢管不适应堤身变形、振动产生渗漏通道的问题。该工程采用的土工防渗膜，通过各种灵活的处理方式，与堤顶防浪墙及穿堤构筑物之间形成致密连接，堤脚插入粘土填筑层，从而形成封闭的防渗层，而且土工防渗膜适应变形能力强，可以解决堤身沉降、出水管振动产生渗漏通道的问题，。
土工防渗膜具有强度高、延伸性好、隔水性强等优势，同时又具备耐腐蚀，耐低温，抗冻性能好等特性，能很好地解决本工程渗漏处理中存在的诸多难点，可供其他复杂防渗工程参考。
参考文献：
[1]SL/T231-98聚乙烯（PE）土工膜防渗工程技术规范.中国水利水电出版社，1999
[2]GBT17643-2011土工合成材料 聚乙烯土工膜中国标准出版社，2011
论文作者:胡一凡
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/13
标签：土工膜论文; 出水管论文; 防渗论文; 土工论文; 粘土论文; 堤坡论文; 混凝土论文; 《基层建设》2017年第18期论文;