5.5.1.3复合土工膜防渗铺盖TRANBBS设计
1）复合土工膜的特征
复合土工膜以塑料薄膜作为防渗基材，与无纺布复合而成的土工防渗材料，它的防渗性能主要取决于塑料薄膜的防渗性能。目前，国内外防渗应用的塑料薄膜，主要有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE），它们是一种高分子化学柔性材料，比重较小，延伸性较强，适应变形能力高，。耐腐蚀，耐低温，抗冻性能好。其主要机理是以塑料薄膜的不透水性隔断土坝漏水通道，以其较大的抗拉强度和延伸率承受水压和适应坝体变形；而无纺布亦是一种高分子短纤维化学材料，通过针刺或热粘成形，具有较高的抗拉强度和延伸性，它与塑料薄膜结合后，不仅增大了塑料薄膜的抗拉强度和抗穿刺能力，而且由于无纺布表面粗糙，增大了接触面的摩擦系数，有利于复合土工膜及保护层的稳定。同时，它们对细菌和化学作用有较好的耐侵蚀性，不怕酸、碱、盐类的侵蚀。
复合土工膜的使用年限问题，主要是由塑料薄膜是否失去防渗隔水作用而定，据苏联国家标准规定，水工用的厚度为0.2m的加稳定剂的聚乙烯薄膜，在清水条件下工作年限可达40~50年，在污水条件下工作年限为30~40年。因此复合土工膜的使用年限足以满足大坝防渗要求的使用年限。
2）铺膜范围的确定
周头水库大坝本为心墙坝，但由于垮坝，造成了心墙上部的脱节，为解决上部防渗问题，原来加做了防渗斜墙。根据本次周头水库大坝的安全论证分析，为解决因大坝多次滑坡而造成的渗漏弱面及坝基渗漏，在垂直防渗方面采取了基岩帷幕灌浆，接触面灌浆，冲抓套井回填帷幕及高喷防渗板墙等防渗体形成。上部斜墙部位采用复合土工膜铺盖防渗，下与垂直防渗墙相衔接，上至358.0m高程（高于校核洪水位0.97m）。具体位置及工程量见设计图。
3）复合土工膜的选型
目前，国内生产土工膜的厂家比较多，产品规格也五花八门，有一布一膜，一布二膜，二布一膜，二布二膜及多布多膜等。型号有200g/m2~1000g/m2等，亦可由用户根据自己的实际情况提出要求，由厂家根据要求单独生产。表5.5.3.1列出了湖南维尼纶厂所生产的部分产品的主要性能指标，供设计时参考选用。
表5.5.1.3 产品主要性能表
型号规格
指标
项目 WCS—1 WCS—2 WCS—3 WCD—1 WCD—2
一布一膜复合土工膜 二布一膜复合土工膜
220 500 600 300 500
单位面积质量偏
差度(%)≤ 一等品 6.5 5.0 5.0 6.5 5.0
合格品 9.0 8.0 7.0 8.5 8.0
厚度(mm≥) 一等品 0.30 1.40 2.50 0.40 1.75
合格品 0.25 1.30 2.40 0.35 1.65
纵横向狭条抗拉
强度(N/om) ≥ 一等品 70 300 450 110 400
合格品
圆球顶破强度
(N) ≥ 一等品 200 500 900 200 900
合格品
抗渗强度(Mpa) 一等品 0.4Mpa水压
不渗水 0.7 Mpa水压
不渗水 0.7 Mpa水压
不渗水 0.4Mpa水压
不渗水 0.7 Mpa水压
不渗水
合格品
外观 一等品 布面平整、无破洞、布面与膜粘合紧密、无分层现象
合格品
根据表5.5.1.3的产品主要性能，结合周头水库的具体情况设计采用WCD——1型二布一膜的复合土工膜，其规格为300g/m2，幅宽1.9m。
4）复合土工膜防渗体设计
复合土工膜防渗体结构由基面、复合土工膜、保护层、块石（或砼）护坡共四层组成（如下图5.5.4.1），现将各层设计分述如下：
复合土工膜防渗结构体剖面图（单位：mm）
①铺膜基面设计（即坝壳表面处理要求）
为防止复合土工膜上铺填土层顺其表面滑动，增加保护层（包括护面）的稳定性，将上游铺膜坝壳表面开挖成台阶段，每级高差为0.3m，水平宽根据坡比而定，斜坡设计为1 : 1.0（如图5.5.1.3）所示，开挖成形后，将表面的砖、石块及*根树等清除干净，并用拍板将表面打紧，平整。
②复合土工膜设计
根据表5.5.1.3的产品主要特能，结合周头水库的具体情况，设计选用WCD-1型二布一膜的复合土工膜。
③保护层设计
复合土工膜的防渗效果取决于TRANBBS施工中和运行过程中塑料膜的完好程度，为了防止人畜践踏，动植物破坏以及减少光热作用，由于它们是高分子化纤聚合物，故应特别避免阳光的直接照射，所以复合土工膜上应铺保护层。
保护层的颗粒直径不能太大，否则会刺破复合土工膜，一般对保护层的颗粒直径大小要按下式进行近似估算。
式中：d——保护层土料的最大颗粒直径；
k——安全系数，本工程取k=5；
[σ]——复合土工膜的抗拉允许强度[σ]=5.5Mpa；
p——承受最大水头，取P=0.1Mpa；
——复合土工膜厚度，取 =0.2mm（为塑膜厚度）。
将上述各数据代入上式得：
为了安全起见，要求实际土料最大颗粒直径d不大于6mm，故本工程采用筛制的粉质粘土，其它要求与坝体土料填筑要求一样。保护层取200mm，下面100mm用筛制土，上面100mm用非筛制土。对非筛制土，应挑出较大石块等其它杂物。
④护面设计
因为坝坡面是挡水建筑物，要承受风浪压力，所以必须要有护面措施，本工程设计采用干砌大块石护面。
护面块石必须坚硬、密实、能长期耐风化，并有一定有重量个体，能够承受风浪压力及水流冲刷力的作用。
护面块石的重量及Q及护面厚度参照《堤防工程设计规范》GB50286—98）中附录D.3的方法确定。计算公式：
式中：Q——主要护面层护面块石个体质量（t）
rb——人工块石的重度（KN/m3） rb=24KN/m3
r——水的重度 r=10KN/m3
H——设计坡高 H=
KD——稳定系数，KD=5.5
t——块石护面层厚度
n——护面块石层数n=1
c——系数 c=1.4
m——斜坡坡度
经计算：Q=48kg，t=0.29m，取干砌块石护面厚度t=0.3m。
为防止风浪水流将坝壳保护层粘土颗粒带走，在块石护面下铺设厚度为0.1m的碎石（砂砾石）作垫层兼反滤层。
（5）复合土工膜防渗体施工TRANBBS技术要求
①工艺流程
周头水库大坝复合土工膜防渗采取边挖、边铺、边夯、边护的区段循环作业，其施工工艺流程见图5.5.3.2
图5.5.3.2土工膜防渗施工流程图
②基面清理
基面一定在按设计要求清理好，这是确保防渗效果的关键，特别是对尖石、树根等杂物要彻底清除干净，基面不允许有局部凹凸现象，清理好的基面要用夯锤或夯板夯紧，使之密实平整。
③复合土工膜铺设
铺膜时，一定要由上下而上铺设。膜与膜之间及膜与基面之间要压平贴紧，但不宜将膜拉得过紧，一般要略松一点，但不能在膜底留有气泡。因为土工膜比较薄且很轻，铺好以后，在未铺好保护层以前，极易被风吹动，所以一次铺膜面积不宜达大，最好边铺膜边盖保护层土料。
根据厂家提供资料，复合土工膜幅宽1.0~1.9m，本工程选用1.9m幅宽，以减少接头用料。接头有热粘、胶粘、搭接等方法，本工程设计采用胶粘，接缝宽50mm。
若发现土工膜的刺破或撕破之处，一定要用三倍于破损面积
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的土工膜胶粘贴补好。
④保护层及护面
靠土工膜10cm厚的保护层土料一定要过筛，不允许有粒径大于6mm以上颗粒，否则易刺破土工膜。保护层土料一定要用夯打密实，保证干容重在1.5以上，并随时取样检验。回填保护层及砌筑块石护面时，一定要轻放，以免撞破土工膜。在块石护面下面，应铺填100mm厚的碎石或砾石垫层，以防止因水位变化，风浪等因素的影响而淘刷土料保护层。干砌块石采取人工挂线铺砌，石块应紧密嵌固，面层块石个体重量应大于48kg，所有空隙均用小块石充填。
⑤周边接界处理
周边接界处理的要求是将复合土工膜与周边土体联结紧密，封堵渗流入口，截断侧向的渗漏路径，防止渗水进入土工膜底面，形成水泡，在库水位下降时胀破土工膜。因此周边接界一定要挖截水槽，并将土工膜埋入槽内。具体布置见设计图。
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