5.5.1.3復合土工膜防滲鋪蓋設計
1）復合土工膜的特征
復合土工膜以塑料薄膜作為防滲基材，與無紡布復合而成的土工防滲材料，它的防滲性能主要取決于塑料薄膜的防滲性能。目前，國內外防滲應用的塑料薄膜，主要有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE），它們是一種高分子化學柔性材料，比重較小，延伸性較強，適應變形能力高，。耐腐蝕，耐低溫，抗凍性能好。其主要機理是以塑料薄膜的不透水性隔斷土壩漏水通道，以其較大的抗拉強度和延伸率承受水壓和適應壩體變形；而無紡布亦是一種高分子短纖維化學材料，通過針刺或熱粘成形，具有較高的抗拉強度和延伸性，它與塑料薄膜結合后，不僅增大了塑料薄膜的抗拉強度和抗穿刺能力，而且由于無紡布表面粗糙，增大了接觸面的摩擦系數，有利于復合土工膜及保護層的穩定。同時，它們對細菌和化學作用有較好的耐侵蝕性，不怕酸、堿、鹽類的侵蝕。
復合土工膜的使用年限問題，主要是由塑料薄膜是否失去防滲隔水作用而定，據蘇聯國家標準規定，水工用的厚度為0.2m的加穩定劑的聚乙烯薄膜，在清水條件下工作年限可達40~50年，在污水條件下工作年限為30~40年。因此復合土工膜的使用年限足以滿足大壩防滲要求的使用年限。
2）鋪膜范圍的確定
周頭水庫大壩本為心墻壩，但由于垮壩，造成了心墻上部的脫節，為解決上部防滲問題，原來加做了防滲斜墻。根據本次周頭水庫大壩的安全論證分析，為解決因大壩多次滑坡而造成的滲漏弱面及壩基滲漏，在垂直防滲方面采取了基巖帷幕灌漿，接觸面灌漿，沖抓套井回填帷幕及高噴防滲板墻等防滲體形成。上部斜墻部位采用復合土工膜鋪蓋防滲，下與垂直防滲墻相銜接，上至358.0m高程（高于校核洪水位0.97m）。具體位置及工程量見設計圖。
3）復合土工膜的選型
目前，國內生產土工膜的廠家比較多，產品規格也五花八門，有一布一膜，一布二膜，二布一膜，二布二膜及多布多膜等。型號有200g/m2~1000g/m2等，亦可由用戶根據自己的實際情況提出要求，由廠家根據要求單獨生產。表5.5.3.1列出了湖南維尼綸廠所生產的部分產品的主要性能指標，供設計時參考選用。
表5.5.1.3產品主要性能表
型號規格
指標
項目WCS—1WCS—2WCS—3WCD—1WCD—2
一布一膜復合土工膜二布一膜復合土工膜
220500600300500
單位面積質量偏
差度(%)≤一等品6.55.05.06.55.0
合格品9.08.07.08.58.0
厚度(mm≥)一等品0.301.402.500.401.75
合格品0.251.302.400.351.65
縱橫向狹條抗拉
強度(N/om)≥一等品70300450110400
合格品
圓球頂破強度
(N)≥一等品200500900200900
合格品
抗滲強度(Mpa)一等品0.4Mpa水壓
不滲水0.7Mpa水壓
不滲水0.7Mpa水壓
不滲水0.4Mpa水壓
不滲水0.7Mpa水壓
不滲水
合格品
外觀一等品布面平整、無破洞、布面與膜粘合緊密、無分層現象
合格品
根據表5.5.1.3的產品主要性能，結合周頭水庫的具體情況設計采用WCD——1型二布一膜的復合土工膜，其規格為300g/m2，幅寬1.9m。
4）復合土工膜防滲體設計
復合土工膜防滲體結構由基面、復合土工膜、保護層、塊石（或砼）護坡共四層組成（如下圖5.5.4.1），現將各層設計分述如下：
復合土工膜防滲結構體剖面圖（單位：mm）
①鋪膜基面設計（即壩殼表面處理要求）
為防止復合土工膜上鋪填土層順其表面滑動，增加保護層（包括護面）的穩定性，將上游鋪膜壩殼表面開挖成臺階段，每級高差為0.3m，水平寬根據坡比而定，斜坡設計為1:1.0（如圖5.5.1.3）所示，開挖成形后，將表面的磚、石塊及*根樹等清除干凈，并用拍板將表面打緊，平整。
②復合土工膜設計
根據表5.5.1.3的產品主要特能，結合周頭水庫的具體情況，設計選用WCD-1型二布一膜的復合土工膜。
③保護層設計
復合土工膜的防滲效果取決于施工中和運行過程中塑料膜的完好程度，為了防止人畜踐踏，動植物破壞以及減少光熱作用，由于它們是高分子化纖聚合物，故應特別避免陽光的直接照射，所以復合土工膜上應鋪保護層。
保護層的顆粒直徑不能太大，否則會刺破復合土工膜，一般對保護層的顆粒直徑大小要按下式進行近似估算。
式中：d——保護層土料的最大顆粒直徑；
k——安全系數，本工程取k=5；
[σ]——復合土工膜的抗拉允許強度[σ]=5.5Mpa；
p——承受最大水頭，取P=0.1Mpa；
——復合土工膜厚度，取=0.2mm（為塑膜厚度）。
將上述各數據代入上式得：
為了安全起見，要求實際土料最大顆粒直徑d不大于6mm，故本工程采用篩制的粉質粘土，其它要求與壩體土料填筑要求一樣。保護層取200mm，下面100mm用篩制土，上面100mm用非篩制土。對非篩制土，應挑出較大石塊等其它雜物。
④護面設計
因為壩坡面是擋水建筑物，要承受風浪壓力，所以必須要有護面措施，本工程設計采用干砌大塊石護面。
護面塊石必須堅硬、密實、能長期耐風化，并有一定有重量個體，能夠承受風浪壓力及水流沖刷力的作用。
護面塊石的重量及Q及護面厚度參照《堤防工程設計規范》GB50286—98）中附錄D.3的方法確定。計算公式：
式中：Q——主要護面層護面塊石個體質量（t）
rb——人工塊石的重度（KN/m3）rb=24KN/m3
r——水的重度r=10KN/m3
H——設計坡高H=
KD——穩定系數，KD=5.5
t——塊石護面層厚度
n——護面塊石層數n=1
c——系數c=1.4
m——斜坡坡度
經計算：Q=48kg，t=0.29m，取干砌塊石護面厚度t=0.3m。
為防止風浪水流將壩殼保護層粘土顆粒帶走，在塊石護面下鋪設厚度為0.1m的碎石（砂礫石）作墊層兼反濾層。
（5）復合土工膜防滲體施工技術要求
①工藝流程
周頭水庫大壩復合土工膜防滲采取邊挖、邊鋪、邊夯、邊護的區段循環作業，其施工工藝流程見圖5.5.3.2
圖5.5.3.2土工膜防滲施工流程圖
②基面清理
基面一定在按設計要求清理好，這是確保防滲效果的關鍵，特別是對尖石、樹根等雜物要徹底清除干凈，基面不允許有局部凹凸現象，清理好的基面要用夯錘或夯板夯緊，使之密實平整。
③復合土工膜鋪設
鋪膜時，一定要由上下而上鋪設。膜與膜之間及膜與基面之間要壓平貼緊，但不宜將膜拉得過緊，一般要略松一點，但不能在膜底留有氣泡。因為土工膜比較薄且很輕，鋪好以后，在未鋪好保護層以前，極易被風吹動，所以一次鋪膜面積不宜達大，最好邊鋪膜邊蓋保護層土料。
根據廠家提供資料，復合土工膜幅寬1.0~1.9m，本工程選用1.9m幅寬，以減少接頭用料。接頭有熱粘、膠粘、搭接等方法，本工程設計采用膠粘，接縫寬50mm。
若發現土工膜的刺破或撕破之處，一定要用三倍于破損面積的土工膜膠粘貼補好。
④保護層及護面
靠土工膜10cm厚的保護層土料一定要過篩，不允許有粒徑大于6mm以上顆粒，否則易刺破土工膜。保護層土料一定要用夯打密實，保證干容重在1.5以上，并隨時取樣檢驗?；靥畋Ｗo層及砌筑塊石護面時，一定要輕放，以免撞破土工膜。在塊石護面下面，應鋪填100mm厚的碎石或礫石墊層，以防止因水位變化，風浪等因素的影響而淘刷土料保護層。干砌塊石采取人工掛線鋪砌，石塊應緊密嵌固，面層塊石個體重量應大于48kg，所有空隙均用小塊石充填。
⑤周邊接界處理
周邊接界處理的要求是將復合土工膜與周邊土體聯結緊密，封堵滲流入口，截斷側向的滲漏路徑，防止滲水進入土工膜底面，形成水泡，在庫水位下降時脹破土工膜。因此周邊接界一定要挖截水槽，并將土工膜埋入槽內。具體布置見設計圖。
1）復合土工膜的特征
復合土工膜以塑料薄膜作為防滲基材，與無紡布復合而成的土工防滲材料，它的防滲性能主要取決于塑料薄膜的防滲性能。目前，國內外防滲應用的塑料薄膜，主要有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE），它們是一種高分子化學柔性材料，比重較小，延伸性較強，適應變形能力高，。耐腐蝕，耐低溫，抗凍性能好。其主要機理是以塑料薄膜的不透水性隔斷土壩漏水通道，以其較大的抗拉強度和延伸率承受水壓和適應壩體變形；而無紡布亦是一種高分子短纖維化學材料，通過針刺或熱粘成形，具有較高的抗拉強度和延伸性，它與塑料薄膜結合后，不僅增大了塑料薄膜的抗拉強度和抗穿刺能力，而且由于無紡布表面粗糙，增大了接觸面的摩擦系數，有利于復合土工膜及保護層的穩定。同時，它們對細菌和化學作用有較好的耐侵蝕性，不怕酸、堿、鹽類的侵蝕。
復合土工膜的使用年限問題，主要是由塑料薄膜是否失去防滲隔水作用而定，據蘇聯國家標準規定，水工用的厚度為0.2m的加穩定劑的聚乙烯薄膜，在清水條件下工作年限可達40~50年，在污水條件下工作年限為30~40年。因此復合土工膜的使用年限足以滿足大壩防滲要求的使用年限。
2）鋪膜范圍的確定
周頭水庫大壩本為心墻壩，但由于垮壩，造成了心墻上部的脫節，為解決上部防滲問題，原來加做了防滲斜墻。根據本次周頭水庫大壩的安全論證分析，為解決因大壩多次滑坡而造成的滲漏弱面及壩基滲漏，在垂直防滲方面采取了基巖帷幕灌漿，接觸面灌漿，沖抓套井回填帷幕及高噴防滲板墻等防滲體形成。上部斜墻部位采用復合土工膜鋪蓋防滲，下與垂直防滲墻相銜接，上至358.0m高程（高于校核洪水位0.97m）。具體位置及工程量見設計圖。
3）復合土工膜的選型
目前，國內生產土工膜的廠家比較多，產品規格也五花八門，有一布一膜，一布二膜，二布一膜，二布二膜及多布多膜等。型號有200g/m2~1000g/m2等，亦可由用戶根據自己的實際情況提出要求，由廠家根據要求單獨生產。表5.5.3.1列出了湖南維尼綸廠所生產的部分產品的主要性能指標，供設計時參考選用。
表5.5.1.3產品主要性能表
型號規格
指標
項目WCS—1WCS—2WCS—3WCD—1WCD—2
一布一膜復合土工膜二布一膜復合土工膜
220500600300500
單位面積質量偏
差度(%)≤一等品6.55.05.06.55.0
合格品9.08.07.08.58.0
厚度(mm≥)一等品0.301.402.500.401.75
合格品0.251.302.400.351.65
縱橫向狹條抗拉
強度(N/om)≥一等品70300450110400
合格品
圓球頂破強度
(N)≥一等品200500900200900
合格品
抗滲強度(Mpa)一等品0.4Mpa水壓
不滲水0.7Mpa水壓
不滲水0.7Mpa水壓
不滲水0.4Mpa水壓
不滲水0.7Mpa水壓
不滲水
合格品
外觀一等品布面平整、無破洞、布面與膜粘合緊密、無分層現象
合格品
根據表5.5.1.3的產品主要性能，結合周頭水庫的具體情況設計采用WCD——1型二布一膜的復合土工膜，其規格為300g/m2，幅寬1.9m。
4）復合土工膜防滲體設計
復合土工膜防滲體結構由基面、復合土工膜、保護層、塊石（或砼）護坡共四層組成（如下圖5.5.4.1），現將各層設計分述如下：
復合土工膜防滲結構體剖面圖（單位：mm）
①鋪膜基面設計（即壩殼表面處理要求）
為防止復合土工膜上鋪填土層順其表面滑動，增加保護層（包括護面）的穩定性，將上游鋪膜壩殼表面開挖成臺階段，每級高差為0.3m，水平寬根據坡比而定，斜坡設計為1:1.0（如圖5.5.1.3）所示，開挖成形后，將表面的磚、石塊及*根樹等清除干凈，并用拍板將表面打緊，平整。
②復合土工膜設計
根據表5.5.1.3的產品主要特能，結合周頭水庫的具體情況，設計選用WCD-1型二布一膜的復合土工膜。
③保護層設計
復合土工膜的防滲效果取決于施工中和運行過程中塑料膜的完好程度，為了防止人畜踐踏，動植物破壞以及減少光熱作用，由于它們是高分子化纖聚合物，故應特別避免陽光的直接照射，所以復合土工膜上應鋪保護層。
保護層的顆粒直徑不能太大，否則會刺破復合土工膜，一般對保護層的顆粒直徑大小要按下式進行近似估算。
式中：d——保護層土料的最大顆粒直徑；
k——安全系數，本工程取k=5；
[σ]——復合土工膜的抗拉允許強度[σ]=5.5Mpa；
p——承受最大水頭，取P=0.1Mpa；
——復合土工膜厚度，取=0.2mm（為塑膜厚度）。
將上述各數據代入上式得：
為了安全起見，要求實際土料最大顆粒直徑d不大于6mm，故本工程采用篩制的粉質粘土，其它要求與壩體土料填筑要求一樣。保護層取200mm，下面100mm用篩制土，上面100mm用非篩制土。對非篩制土，應挑出較大石塊等其它雜物。
④護面設計
因為壩坡面是擋水建筑物，要承受風浪壓力，所以必須要有護面措施，本工程設計采用干砌大塊石護面。
護面塊石必須堅硬、密實、能長期耐風化，并有一定有重量個體，能夠承受風浪壓力及水流沖刷力的作用。
護面塊石的重量及Q及護面厚度參照《堤防工程設計規范》GB50286—98）中附錄D.3的方法確定。計算公式：
式中：Q——主要護面層護面塊石個體質量（t）
rb——人工塊石的重度（KN/m3）rb=24KN/m3
r——水的重度r=10KN/m3
H——設計坡高H=
KD——穩定系數，KD=5.5
t——塊石護面層厚度
n——護面塊石層數n=1
c——系數c=1.4
m——斜坡坡度
經計算：Q=48kg，t=0.29m，取干砌塊石護面厚度t=0.3m。
為防止風浪水流將壩殼保護層粘土顆粒帶走，在塊石護面下鋪設厚度為0.1m的碎石（砂礫石）作墊層兼反濾層。
（5）復合土工膜防滲體施工技術要求
①工藝流程
周頭水庫大壩復合土工膜防滲采取邊挖、邊鋪、邊夯、邊護的區段循環作業，其施工工藝流程見圖5.5.3.2
圖5.5.3.2土工膜防滲施工流程圖
②基面清理
基面一定在按設計要求清理好，這是確保防滲效果的關鍵，特別是對尖石、樹根等雜物要徹底清除干凈，基面不允許有局部凹凸現象，清理好的基面要用夯錘或夯板夯緊，使之密實平整。
③復合土工膜鋪設
鋪膜時，一定要由上下而上鋪設。膜與膜之間及膜與基面之間要壓平貼緊，但不宜將膜拉得過緊，一般要略松一點，但不能在膜底留有氣泡。因為土工膜比較薄且很輕，鋪好以后，在未鋪好保護層以前，極易被風吹動，所以一次鋪膜面積不宜達大，最好邊鋪膜邊蓋保護層土料。
根據廠家提供資料，復合土工膜幅寬1.0~1.9m，本工程選用1.9m幅寬，以減少接頭用料。接頭有熱粘、膠粘、搭接等方法，本工程設計采用膠粘，接縫寬50mm。
若發現土工膜的刺破或撕破之處，一定要用三倍于破損面積的土工膜膠粘貼補好。
④保護層及護面
靠土工膜10cm厚的保護層土料一定要過篩，不允許有粒徑大于6mm以上顆粒，否則易刺破土工膜。保護層土料一定要用夯打密實，保證干容重在1.5以上，并隨時取樣檢驗?；靥畋Ｗo層及砌筑塊石護面時，一定要輕放，以免撞破土工膜。在塊石護面下面，應鋪填100mm厚的碎石或礫石墊層，以防止因水位變化，風浪等因素的影響而淘刷土料保護層。干砌塊石采取人工掛線鋪砌，石塊應緊密嵌固，面層塊石個體重量應大于48kg，所有空隙均用小塊石充填。
⑤周邊接界處理
周邊接界處理的要求是將復合土工膜與周邊土體聯結緊密，封堵滲流入口，截斷側向的滲漏路徑，防止滲水進入土工膜底面，形成水泡，在庫水位下降時脹破土工膜。因此周邊接界一定要挖截水槽，并將土工膜埋入槽內。具體布置見設計圖。
