水利土工合成材料范文

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土工合成材料自广泛用于岩土工程建设以来，在水利水电工程建设中引起不小的变革，这不仅反映在水利水电工程的材料使用上，而且反映在设计原理、计算方法、施工工艺和工程管理上。防渗土工合成材料主要用于垂直铺膜防渗和坡面铺膜防渗，因铺设结构形式的不同，其施工工艺和铺设技术也不尽相同。

2、渗土工合成材料在工程施工中常出现的问题

经常遭受石块或其它尖棱物的穿刺破坏；由于土工薄膜缺少约束支持，在承受水压力和土压力时易于被鼓破；薄膜受到下层气体或液体的顶托产生应力集中导致破坏；铺设在支撑土与混凝土面板之间的土工薄膜由于受到温度、重力、土移、浪击和水位变化等因素的影响，可能引起界面滑动，使土工薄膜产生过度拉伸，撕裂或擦伤；在斜面上用土或混凝土面板保护土工薄膜，当水位骤降时，土体中的孔隙水压力和库水位失去平衡而造成失稳滑动。只要按照施工规范和施工组织设计施工，确保施工质量，就可避免或减少类似问题的出现。

3、防渗

防渗结构设置上、下垫层的目的是保护土工膜不受破坏；下垫层尚有排水、排气作用。

铺设土工膜后，膜下仍可能因缺陷引起渗漏而积水，也可能有土中排出的气体或产生的沼气等，水、气可能顶托土工膜，危及膜的安全，尤其是在大面积的膜下，必须考虑排水、排气措施。

4、工程防渗设计与施工

对含毒矿场的尾矿坝等，有毒物质混入水体将造成环境污染，危及人、畜生命安全，必须严格防止。条文中所述措施是为了确保安全。建议渠道防渗土工膜厚度不小于0.25mm是根据多年的实践经验。土工膜太薄可能产生气孔，也易于在施工中受损，使防渗效果减小。一般生活垃圾和工业垃圾不含毒质或毒质较小，故可采用单层防渗结构。如果这类垃圾也含有毒物质，则应选用双层防渗结构。如含剧毒，甚至要求多层结构。隧道、洞室防渗应采用复合土工膜或合适的防排水材料，是因为围岩（土）中皆有渗水，必须将其通过土工织物或防排水材料流入下方纵（横）向排水沟排走，以确保防渗衬砌安全工作。

5、加筋土挡墙设计

加筋土挡墙采用的筋材有两种。因筋材的抗拉模量不同，墙内填土中的潜在破坏面相异。

目前加筋土挡墙设计有极限平衡法和有限元法两大类。由于筋材、填土以及两者相互作用的本构关系难以准确和协调建立，加之缺乏破坏准则，工程中几乎均采用极限平衡法，后者可作为一种辅助和对比方法。排水设备对保证加筋土挡墙的稳定十分重要。

6、加筋土垫层设计与施工

实践可知，加筋垫层抗深层滑动计算采用圆弧法，得到的稳定安全系数往往提高较少，表明加筋效果很不显著，实际效果却很明显。这说明现有的稳定分析方法未能反映筋材所起的全部作用。分析认为，加筋所以发挥明显作用可能与下列因素有关，例如加筋后潜在滑动面可能往深处发展，地基土的侧向位移受到部分限制以及地基中应力分布发生了变化等，而这些有利因素在计算中却未能计入，可见现有分析方法有待改进。我国铁路、公路系统目前在作圆弧滑动分析时，认为首先所加底筋应该是稳定的，即滑动圆弧不应该切断底筋，应将筋材及其上填土视为一整体，为此，潜在圆弧必然下移，稳定安全系数自然有所提高。此项考虑是否符合实际，应通过实践和积累资料来加以验证。由于筋材承受拉力才能发挥其加筋作用。所以建议回填顺序，目的是使筋材始终处于受拉状态。、软土地基处理中排水带设计与施工

利用排水带加固地基的目的，即是要求在预定工期内消除地基的规定预期沉降和提高地基土强度。排水带地基设计方法与传统的砂井地基设计相同。利用砂井计算方法时应将排水带断面转化为当量砂井直径。砂垫层所用应为洁净砂料，以保证排水通畅。存放排水带需加封盖，是为保护其不变坏。

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土工合成材料是土木工程应用的合成材料的总称，属新型土木工程材料。土工合成材料从学科上分属于高分子材料学科，从应用工程上分属于土木工程。作为一种土木工程材料，它以人工合成的聚合物（如塑料、化纤、合成橡胶等）为原材料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各种土体之间，发挥加强或保护土体的作用，具有反滤、排水、隔离、防渗、防护、加筋等多种功能。土工合成材料是继木材、钢筋和水泥的第四种建筑材料。目前，土工合成材料的应用范围已遍及水利、水电、水运、公路、铁路、港口、建筑、采矿、钢铁及军工等工程的各个领域。

土工格栅系土工合成材料中的一种，其按材质不同分为塑料拉伸格栅、钢塑格栅、玻璃纤维格栅和涤纶经编格栅。，它具有优越的加筋性能，可以广泛应用于铁路、公路、水利及环保工程等领域，用于加筋土地基、土边坡、土挡墙、土桥台、河岸和路堤，同时对于边坡生态防护、加筋路面抗裂和高速公路路基不均匀沉降控制起到很好的作用，对于提高工程质量，缩短施工周期，节约工程成本，延长大型基础设施寿命起到了关键性作用。

二、塑料土工格栅

在土工格栅中，塑料土工格栅和涤纶经编土工格栅是应用最广泛的格栅类土工合成材料，也是发展最快的土工格栅产品；而玻纤土工格栅和钢塑土工格栅的应用范围相对较小，发展偏缓。塑料拉伸格栅是用聚丙烯、聚乙烯等高分子聚合物经热塑或模压而成的二维网格状或具有一定高度的三维立体网格屏栅。上世纪80年代初期在英国开发成功，目前国内塑料土工格栅的生产厂家有20多家，但专业塑料土工格栅生产厂家不到10家，所生产的格栅大部分用于公路与铁路铺设及相关挡土墙、边坡防护、桥台等工程。2009年我国塑料土工格栅的消费量达到了1.4亿平方米。

土工格栅市场在四种土工格栅竞争中不断拓展。近年来，土工格栅的用量增长较快。2008年我国土工格栅市场规模20.75亿元。2009年我国土工格栅市场规模达26.07亿元。四类土工格栅中，塑料土工格栅面市时间最早，尽管在经编、玻纤和钢塑土工格栅进入市场时，塑料土工格栅的市场受到了较大冲击，但从近年来的市场接受情况看，随着塑料加工技术的突飞猛进，塑料土工格栅性能大大提升，其优越性能又重新得到市场的认可，市场增长较快。据相关统计，2009年塑料土工格栅市场规模达14.28亿元，在整个土工格栅使用量中所占比例接近55%。

三、土工格栅的市场及应用

土工格栅在工程基建中的作用已得到广泛的认可，根据铁道部、交通部、水利部颁布的《土工合成材料应用技术规范》（GB50290-98）、《铁路路基土工合成材料应用设计规范》（TB10118-2008J532-2006）、《铁路路基工程施工质量验收标准》、《铁路路基设计规范》、《公路土工合成材料应用技术规范》（JTJ/T019-98）、《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》、《公路沥青路面设计规范》、《公路水泥混凝土路面设计规范》、《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225-98）等设计、施工规范文件，土工合成材料及土工格栅可用于涉及交通领域的公路、铁路、民航机场建设等多个领域的施工建设。随着我国在铁路、公路及市政工程市场、水利投资等各项工程上大力投资，土工格栅的需求量将逐年增加。

1）铁路市场

《国家铁路“十二五”发展规划》中提出到到2015年，全国铁路营业里程达12万公里左右，其中西部地区铁路5万公里左右。西部地区城市密度和人口密度较小，铁路建设中路基里程较多，对土工合成材料的需求量会增加。

同时，《国家铁路“十二五”发展规划》提出加强绿色铁路建设，扩大新能源、新产品、新材料的应用，积极推广节地、节材技术，这些要求为土工合成材料提供了机会。

2）公路及市政工程市场

土工合成材料在公路工程中应用比较广泛，公路中主要采用土工合成材料来解决沥青路面反射裂缝病害问题，同时公路中隧道、挡墙比较多，所以应用的土工膜、土工格栅比较多，城市内的市政道路建设也采用土工合成材料，以减少道路返修率。港口建设、航道建设、机场建设等各项建设工程都需要使用土工合成材料，主要使用：土工格栅、非织造布、土工膜等土工合成材料。。

《高速公路“十二五”发展规划》中提出到2015年国地两网高速公路共计通车里程约达14万公里，5年建成国家高速公路网3.5万公里；这些工程项目增加了土工合成材料的需求。

3）水利市场

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一、前言

如今土工合成材料已经遍布我们生活的各个角落，土木合成材料拉伸强度、伸长率的高低也密切关系到我们许多设施的质量，因此对土木合成材料进行试验来探讨温度和湿度对拉伸强度、伸长率的影响是必须的。不同的项目工程对土木合成材料有不同的要求，土工合成材料在我国广泛应用。随着技术水平的不断发展，该项技术也更加成熟。

二、土工合成材料的概述

土工合成材料的总称是土木工程应用的合成材，是一种建筑复合材料，一般是以人工合成的聚合物为原料制造的产品，这些聚合物包括塑料化纤等。土工合成材料一般大量应用于岩土工程和土木工程中，其作用是将这些材料置于土体内部和各种土体之间，用来加强和保护土体免收破坏的作用。

土工合成材料的原材料是从石油、煤和天然气中提炼化学物质然后制成的高分子聚合物，再对这些材料进行加工最后制成纤维和材料片材直至成品。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯（PE）、聚酯（PP）、聚酰胺（PER）、聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）、氯化聚乙烯（CPE）、聚苯乙烯（EPS）等。土工合成材料之所以被广泛应用是因为其具有重量轻、方便施工、耐腐蚀、质优价廉等特点。

三、土工合成材料的特点

土工合成材料具有隔离、防渗、反滤、排水、防护、加筋等作用，广泛应用于路、桥与支挡工程、闸、坝工程、护岸工程、港湾及海岸工程、防汛抢险工程、地下工程、农田水利工程、环境工程、建筑工程等领域。在生态保护方面，无论是作为一种防护结构，还是作为生态辅助措施，土工合成材料都发挥了积极的作用。应用土工合成材料作为防护结构，有利于维护河渠岸坡的稳定，防止水土流失，同时，它的多孔隙性还有利于构建适宜生物生存的生境条件，保护生物多样性和生态完整性。应用土工合成材料作为生态辅助措施，可形成生物通道、生物浮岛、生物沉床等生态结构措施，既有利于生物多样性保护，又有利于提高沟渠的自净能力，改善水质。

四、土工合成材料拉伸试验的影响因素分析

1、试验材料

本次试验研究采用的石英砂由10～20目及20～40目的石英砂按照质量比例3：1拌匀混合而成，控制砂密度为1.6g/cm3.试验研究采用6种不同类型和规格的土工合成材料，其中3种为无纺土工织物，分别记为GT1、GT2、GT3；1种为有纺土工织物，记为GT4；1种为玻纤土工格栅，记为GG5；1种为塑料土工格栅，记为GG6。

2、试验结果分析与讨论

（1）法向应力水平对试验结果的影响

根据不同条件下材料的拉伸试验结果，可得材料在不同延伸率时的拉伸割线模量.图1和图2分别为不同法向应力下GT2和GT4的侧限拉伸曲线及割线模量随伸长率的变化曲线.从图1和图2可以发现：法向应力的侧限作用对GT2（无纺土工织物）和GT4（有纺土工织物）的拉伸特性均有较大的影响，即与空气中拉伸曲线相比，侧限作用下相同伸长率对应的单宽负荷和割线模量均有较大的增长；而且这种影响随着法向应力的增大而增强。

图1给出了GG5（玻纤格栅）单宽负荷和割线模量随法向应力变化曲线.结果表明：玻纤格栅对应不同应变率的抗拉强度随法向侧限应力非线性增大，且均相较于空气中相同应变率的抗拉强度；玻纤格栅不同应变率下的割线模量同样随侧限压力增长而增长，尽管增幅比无纺土工织物小得多.

（2）拉伸速率对试验结果的影响

从图2可以看出，不同速率和不同压应力下GG6的拉伸曲线均可划分为线弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段，而且对于不同的拉伸速率，其单位宽度最大负荷比较接近，拉伸速率快时最大单宽负荷略有增大.还可以看出，不管拉伸速率如何，格栅单宽最大负荷随着法向应力的增大而增大.但是不同拉伸速率下土中拉伸的屈服阶段表现出明显的差异，即拉伸速率越慢，屈服过程越漫长，达到最大单宽负荷对应的应变越大；当拉伸速率达到4mm/min后，这种拉伸速率的影响就不再明显。

五、土工合成材料的施工方法

1、坡面铺膜防渗

关于如何运用土工合成材料在水利工程做到防渗，最主要的施工技术就是进行坡面铺设防护膜的工程模式，这种模式对施工体系和施工技术的要求最高，直接决定了工程施工工作的成败。当今工程施工中，大部分都以土石坝为主要的结构模式，因此施工方式的选用对于整个工程来说都至关重要和关键。

2、堤脚开挖和堤身削坡

堤身削坡和堤脚开挖先由人工设计，再由人工配合为辅机械施工为主的形式来完成。所以说，堤身的设计尤为关键。堤身设计一定要使坡度设计达到标准，削坡后做好仔细清理坡面的工作，做到坡面既干净又在平整度上达到标准。坡面达标后，再在提身和堤顶都要开挖止滑槽。按设计断面开挖堤脚基础，当挖到相对不透水层后再向下开挖宽1m深1m的沟槽。上述工作都准备就绪后，测量人员要对堤坡的规格做好检查备案。

3、施工铺设复合土工膜

在铺设土工膜的时候，一般最好沿着坝轴线方向垂直铺设，也可以顺着坝轴延伸的方向铺设，效果都是一样的，目的都是防渗。垂直铺设一般是资金、人力、无力都充足的情况下进行的，这样不用考虑成本问题。但是资金、人力物力短缺的情况下，就会考虑顺坝坡铺设的方案了，因为可以减少焊缝的长度。垂直铺设往往适用于高坝的铺设即通常采用坝上部分垂直坝轴线来铺设，即可满足因应力而不会导致变形的要求又能减少焊缝的特点。但是，坝底的铺设一般情况下不区分垂直还是顺坝，都会采用顺坝轴方向辐射的模式，这样即省工又减少焊缝数。施工过程中应该严格按照复合土工膜铺设时的设计及规范要求，一般步骤是从堤顶铺到坡底而不是从底部到顶部进行铺设。铺设到底部基槽出应埋入相对不透水层，之后迅速回填堤脚和上部护坡，这样做是为了避免滑坡现象的产生造成人员受伤等情况的发生。

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在目前的水利施工中，对于不良地基的处理主要是在岩基、覆盖层和堤防堤基三者的处理上，有效的开展这项工作对于我国的水利施工工程是极为有利的。

1.1岩基处理

1.1.1GIN灌浆法，这种方法主要是为了是实现防渗的功效，它主要通过配置稳定性较强的浆液，使用适当的压力，通过计算机来监视和控制整个的工作流程，来实现地基处理的一种方法。它对于岩基的处理是比较科学的，因而被广泛的应用在水利工程的施工中。

1.1.2岩溶灌浆。这项技术是在充分探明溶洞状态的前提下，通过向钻孔中安设特制的模袋，并向模袋中注入速凝浆液，从而达到堵塞岩溶通道的目的。该工程应用高压灌浆技术在大型溶蚀塌陷体建造了高标准的防渗帷幕，在溶洞暗河区建造了深达100.4m、长50m、厚2.0～2.5m的地下混凝土防渗墙，水库深超过100m。这项技术已在贵州、广西的一些工程中应用，取得良好效果。

1.2覆盖层处理

1.2.1修建混凝土防渗墙技术，混凝土本身就具有较强的稳定性和可塑性，其中可塑性混凝土对于水利工程的地基处理效果是比较明显的，水利混凝土防渗墙技术在其它建筑领域取得重大成果。某公路大桥是我国公路桥梁建设史上规模最大、标准最高、技术最复杂的特大型桥梁工程。

1.2.2覆盖层灌浆。覆盖层灌浆我国通常采用循环钻灌法，国外较多采用预埋花管法。近年来两种方法都有应用，这标志着我国在覆盖层防渗工程中广泛采用防渗墙技术的同时，灌浆技术仍然保持着较高的水平。某水库地震堆积天然坝体防渗，经过多种方案比较和灌浆试验确定采用帷幕灌浆方案，采用循环钻灌法施工，无岩芯钻进，泥浆固壁，灌注水泥粘土浆。

1.3堤防垂直防渗

在我国的历史上也修建了不少的堤坝来进行防水，如比较著名的都江堰，但是这些堤坝由于建造的时间较久，而且当时也没有技术性较强的防渗措施，因此它们的实用性也降低了不少，提防垂直防渗的成本比较高，技术要求也较为严格，所以无法大面积的进行，但是在现在经济发展比较快的今天，国家可以实现这一工程，从而确保实现防水灾，利百姓的作用。

1.3.1深层搅拌水泥土防渗墙，它与一般建筑中的搅拌法是大同小异的，这种方法的实施，可以在很大程度上提高堤坝的防渗性能，它的施工成本较为低廉，且工期较短，因此被广泛的应用到水利工程的施工中。

1.3.2置换式塑性混凝土防渗墙。在深层搅拌法不适宜的堤段，如透水层深度较大、有紧密砂层或卵砾石层等，通常采用置换式塑性混凝土防渗墙。置换式混凝土防渗墙是通过采用不同的钻掘机械在堤身或堤基中挖掘槽孔（或连续的沟槽），然后浇筑塑性混凝土或塑性砂浆而成。

1.4土工合成材料应用

土木合成材料是一种可塑性强、造价低廉、防腐性能好、工艺简单的新型材质。但是在我国应用的历史比较短，发展的也比较缓慢。继1998年的水患之后，国家开始大力的宣传、鼓励土木合成材料的使用和推广，它可以应用在防止渗漏、排水和养护等方面。

1.4.1防渗。用于堤防、围堰和大坝防渗的土工合成材料有土工膜或复合土工膜，使用方法有垂直铺膜和斜墙铺膜两种。垂直铺膜是在堤（坝、堰）顶或堤脚用锯槽法、链斗挖槽法或射水法等方式挖掘沟槽，在槽内铺设土工膜，以达到阻截渗流的目的。当铺膜位置是在堤脚时，堤坡就要用斜墙铺膜防渗。汉江王甫州水利枢纽是使用土工合成材料数量最大的工程之一，在长达12.63km的围堤上采用了107.8万m2的复合土工模进行防渗，与采用黏土防渗相比，节省投资约15000万元，而且不用征地。

1.4.2保护堤坡、堤基、河岸。使用土工织物代替天然砂砾料做反滤材料，然后在其上面抛石、铺设预制混凝土块或铰链混凝土板等；或者制成模袋混凝土、土工布沙袋等，用于河岸及堤防护坡、护岸、护底。我国大江大河中下游堤防线路很长，需要护堤、护岸的总工程量很大。大量采用块石护岸的传统方式越来越受到石料资源的制约，成本越来越高，因此推广应用土工合成材料有着很大的技术和经济意义。

2综上所述

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【关键词】：水利渠道；防渗；设计

中图分类号：TV 文献标识码：A

一、渠道防渗重要性

渠道防渗是现阶段应用最为广泛的节水灌溉工程，其能够有效地减少农业灌溉用水的浪费。进行渠道防渗处理能有效地提高灌溉水利用率，缓解农业用水供需矛盾，扩大灌溉面积，促进农业的可持续发展。同时，做好渠道防渗也可以有效地降低渠道占地面积，避免渠道冲刷淤积及可能出现的坍塌，节约了运行管理费用。再者，其可以降低地下水位，避免土壤的过分沼泽化及盐碱化，有利于农业现代化和生态环境建设。渠道防渗作为节约用水，实现节水型农业的重要组成部分，我们需要在多数情况下优先考虑低压管道输水，此种灌溉方式具有节地、节水、输水快、投资不算高等有点，如果精心设计，工程投资就会低于防渗渠。

二、渠道防渗工程存在问题

因为之前对渠道防渗重视不够，投入也相对比较少，都极大地影响到防渗工程的研究，所以一直到现在也有很多问题仍然亟待解决。我国水利渠道防渗中应用最广的是混凝土等防渗材料，这些材料具有防水效果好且承受水流速大等优点，但其不抗冻，在我国北方有待提高，解决不好将会限制到渠道防渗工程的发展。在防渗工程中，各防渗材料的复合使用将会是未来发展的一个方向，将各材料优缺点结合起来，做到取长补短，实现经济效益最大化。

三、渠道防渗技术

渠道水利工程改造主要内容和目标就是渠道的衬砌，而此类的工程方案相对也比较集中，主要是衬砌方式的设计与比较，包括渠道衬砌厚度、形式、超高等。衬砌设计与施工在农田防渗水渠建造中扮演者重要角色，梯形渠道设计和施工是农田水利建设中最主要一环。

1、砂砾垫层施工

填筑完渠道粘性土斜墙后，用挖掘机粗削坡，人工作精修处理，在进行处理时，按设计高程挂线、整平。坡面修整完验收合格后，作砂砾垫层施工。砂砾料运到现场后，堆放在堤顶，在坡面上从下到上均匀摊铺。砂砾料摊铺完，用反铲粗削坡，然后人工精修坡。人工修坡时，在坡脚、坡肩、及坡面分别布设控制桩，顺渠道方向布置一排桩，桩与桩之间线绳连结，把渠坡分成若干小块，线绳间挂滑动线绳，人工移动，控制削坡厚，严控坡面平整度。坡面修整完，采用平板振动夯对坡面压实。压实中人工对出现坑洼及时找平。人工进行坡面修整，人工修坡只需根据测量放样单进行加密控制坡顶高程、坡面高程、平整度和渠底的开挖高程。

2、复合土工膜铺设

3.2.1施工程序

土工合成材料的施工程序为：平整坡（底）面复合土工膜铺设混凝土浇筑。

3.2.2土工合成材料铺设

进出口渠道采用复合土工膜作为加强防渗材料，其中膜选用聚乙烯土工膜；选用宽幅聚酯长丝针刺土工布。复合土工膜物理力学的设计应该满足设计的实际要求。土工合成材料铺设前应对基础面验收，清除铺设面上的一切树根、杂草和尖石，并使表面平整，不出现凸凹部位，并碾压密实。土工合成材料铺设应力求平顺，松紧适度，不得绷拉太紧，土工合成材料与基础及支持层之间应压平紧贴，避免架空，清除气泡，以保证安全。

3.2.3机械衬砌

机械衬砌是渠道施工的重要环节，它是保证渠道的使用寿命，混凝土浇筑前先调整衬砌机机架的坡比和高程，校核无误后进行浇筑。混凝土拌和物由混凝土搅拌运输车运送至布料机进料口，布料机再将砼熟料均匀地摊铺在衬砌面上。摊铺完成后，开动布料机配备的插板式振捣器将砼振捣密实，然后用振动成型机进行提浆、整平及进一步压实。浇筑过程中由专人进行现场指挥，观察铺料情况、向机械操作人员传递信息，掌握好振捣时间和机械行走速度。混凝土布料振捣完成后及时机械找平压光。在靠近模板及边角处是机械振捣的薄弱之处，要用人工采用插入式振捣器和平板振捣器进行补振。人工压光要掌握好时间，使表面平整光滑。

3、平整度和厚度控制

平整度一般先从人工修坡工艺进行控制，再就是保温板铺设时用砂土或细砂找平进行控制，最难控制也是最容易出现问题的就是混凝土衬砌时的平整度控制，混凝土衬砌完成 20分钟后要进行抹光工作，抹光的工作要放慢，尽量保持坡面的光滑，对不平的地方要进行找平，如果用抹光机完成的抹面，完成后要进行人工抹面。混凝土厚度直接关系到施工质量和项目成本，由于农田水利渠道水的流速不是太大，设计的施工要满足实际的要求，主要取决于坡面开挖时是否存在欠挖现象和衬砌机工作时的工况在混凝土施工过程中安排一个专人在混凝土趟铺时用对混凝土的厚度量测，若发现超浇部分及时在要求误差范围之内进行衬砌机高度的调整。

4、止水缝施工处理

在对梯形混凝土衬砌进行设计施工时，对于渠道止水缝的设计是一个至关重要的环节，止水缝是在对渠道进行衬砌设计施工时，根据具体的设计施工要求，通过专业技术处理而预留的隔离缝。隔离缝能够有效的释放造成渠道受力变形的能量，防止由于大气中的气体温度变化或者由于地基本身的缺点从而在渠道上产生随意性的裂缝。除此之外．止水缝还能够起到减少渠道漏水，增强水渠防渗功能的作用。

四、水利渠道防渗工程质量控制

1、做好混凝土强度测定

混凝土有一定离散性，纵然符合标准在施工中也可能质变，因此强度测定很重要。混凝土离散性主要与原材料有关，原材料变异将会直接造成混凝土强度的下降。所以，管理好原材料，杜绝不合格原料或原材料长期存放的发生。购进与存储原料及时汇报，做好管理方案，保证原料质量，保证混凝土强度。

减少混凝土中有害物质

原料含一定有害物质，如果这些物质超标，则会极大地降低原材料的水化，后期配制成的混凝土强度也会出现大幅度的下降。减少原料中有害物质，降低混凝土原料在水化中非正常变化，避免出现混凝土的结块、软硬不均等现象。如果混凝土出现松散颗粒，则可以适当的加大水量，严禁使用有机水搅拌，以免造成混凝土表面成盐霜。很可能会因为配合比例而出现混凝土强度降低的情况，主要是因为含水量与沙石比重变化所致。

加强混凝土质量

混凝土质量与离散性对施工影响很大。混凝土离散性差值往往会造成混凝土强度和稳定性的下降。混泥土质量影响不容小觑，混凝土质量下降会导致混凝土级配变化，新配制混凝土粘黏性不好，吸水性较差，混凝土强度得不到保证。为确保混凝土质量，在施工前一定要做好原料管理工作，对原料质量严格把关，必须符合技术指标。

五、结论

水利渠道防渗工程在我国已有了较大的发展，积极做好防渗工程，减少渠道渗水量，可有效节约用水，控制地下水，同时还可以减少清除淤泥工程量，节省劳动力，达到提高灌溉效益，增产、增收的目的。

参考文献：

[1] 褚凤臣,孙向东.复合土工膜在兴和灌区渠系改造工程中的应用[J].黑龙江水利科技.2009(03).

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土工合成材料分为四类：土工织物、土工膜、土工复合材料和土工特种材料，其原材料主要是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等各种高分子聚合物。近几年，在水利工程中使用较广泛的是土工织物、土工膜、土工复合材料。土工织物分为有纺土工织物和无纺土工织物两种类型，其中，针刺无纺土工织物，具有孔隙率高、渗透性大、排水性能较好的特点，在大坝工程中常作为排水反滤设施广泛使用。土工膜防渗性能较好，垂直渗透系数小于1×10-11cm/s，价格便宜，但其CBR顶破强度较低，对于防渗要求较高的工程部位不宜使用，一般常用于坝基垂直防渗。土工复合材料是将两种或两种以上的土工合成材料组合在一起的产品，品种繁多，功能各异，其中复合土工膜具有防渗和排水双重作用，在大坝工程中应用较广泛。

近几年，土工合成材料的生产厂家越来越多，生产规模愈来愈大、品种繁多，质量基本上都可以达到国家标准；其次，对土工合成材料的研究也日益深入，制定的许多国家标准或规范，为该材料的推广提供了技术依据，土工合成材料的研究、生产、设计逐步走向了成熟。下面简要阐述土工合成材料在新建堆石坝及病险库加固中所取得的成功经验，以飨读者。

1.复合土工膜在堆石坝的应用

博斯塘水库位于新疆木垒县境内。该水库为山区拦河水库，属小（Ⅰ）型水库，坝型为复合土工膜防渗堆石坝，坝轴线长186m，最大坝高37m，坝顶宽5m，前坝坡1：1.65，后坝坡1：1.45、1：1.55两级。坝址两岸基岩，岩性为安山岩，较坚硬，抗风化能力强，部分阶地上有数米厚的坡积物。河床砾卵石层厚12～14m，下部为安山岩。溢洪道位于右坝肩山脊垭口处，为正槽开敞式，均在岩体内开挖。筑坝材料大部分采用溢洪道爆破开挖出的安山岩岩渣，不够部分采用河床砂砾石料。坝基采用人工浇筑混凝土防渗墙防渗，施工方式为大开挖。

坝体前坝坡的复合土工膜与坝基混凝土防渗墙及两坝肩混凝土趾板锚固在一起，共同形成前坝面的防渗系统。坝体为透水性很强的爆破料组成，渗透系数一般大于在1×10-3cm/s，可以迅速降低坝体内的浸润线高度，利于坝体的抗滑稳定安全。

前坝坡面由下而上主要由无砂混凝土（下垫层）、复合土工膜、苯板（上垫层）、混凝土板护坡构成。下垫层采用透水性较强的无砂混凝土，最小厚度8cm；上垫层采用保温性能及平整度较好的苯板，厚度2cm；苯板上部为边长0.60m、厚10cm的六边形钢筋混凝土模框，框内现浇C20素混凝土，

模框之间干靠，有利于坝面排水。（见图1）

因此，该坝体防渗效果的好坏关键是复合土工膜自身的防渗效果及其与周边连接的可靠性。

复合土工膜自身的防渗效果主要取决于土工膜的物理力学指标及接缝的质量。根据承受的水压力和下垫层，经计算，复合土工膜采用两布一膜（300g/m2/PE0.5/250g/m2），其物理力学指标为：抗拉强度19KN／m，延伸率53.6％，CBR顶破强度3.41KN，垂直渗透系数4.76×10-13cm/s，幅宽4.0m。施工中，一般都要对工厂内生产的土工膜进行拼接，接缝的质量好坏直接影响土工膜的防渗性能和抗拉强度，因此，必须严格按照技术规程进行施工。

土工膜铺设前先进行下垫层无砂混凝土的施工，然后将卷成捆的土工膜沿坝坡由下而上纵向铺放，铺设应平顺，松紧适度，予留大约1.5%的余幅，以免受拉破坏。土工膜展开平整后即可进行拼接。拼接一般采用热熔焊法，该方法焊缝的抗拉强度较高，质量较好。焊接采用自走式热熔双缝焊机，根据膜材种类、厚度和室外气温选择合适的焊接温度及行走速度，先在现场采用小块土工膜进行试拼接，待焊接质量稳定后再进行实际焊接操作。热熔焊法焊缝形式为直缝双道，每道宽度1cm，间隔1cm，焊缝处土工膜搭接宽度约10cm。

土工膜焊接完成后，必须进行接缝检测。一般先进行目测，观察有无漏接，接缝是否有烫损、褶皱，是否拼接均匀等，目测合格后采用真空法或充气法进行最终质量检测及评定。（1）真空法：主要设备有吸盘、真空泵和真空计。检测时将待测部位刷净，涂肥皂水，放上吸盘，压紧，抽真空至负压0.02Mpa～0.03Mpa，关闭气泵。静观约30s，观察吸盘顶部透明罩内有无肥皂水泡产生和真空度有无下降，如有，表示漏气，应予补救。（2）充气法：将焊缝之间的空腔两端封死，插入气针，充气至0.05Mpa～0.20Mpa（视膜厚选择），静观0.5min，观察压力表，如气压不下降，表明不漏，接缝合格，否则应进行修补。其次，还需进行土工膜的抽样测试。约1000m2取一试样，作拉伸强度试验，要求焊缝强度不低于母材的80%，且试样断裂不得在接缝处，否则接缝质量不合格。土工膜表面的无纺布可采用手提缝纫机缝合，以保护土工膜。对于质量不合格的焊缝可采用塑料焊枪或电烙铁重新补焊。

复合土工膜周边连接的可靠性，主要是指复合土工膜与坝基混凝土防渗墙、坝肩混凝土趾板及防浪墙的连接。混凝土防渗墙底部及两坝肩趾板与基岩面接合面均需进行水泥灌浆，防止防渗墙底部或趾板与基岩面接合面处渗水，灌浆完毕后，进行压水试验，合格后才能进行下一道工序。复合土工膜与防渗墙、趾板及防浪墙联结采用扁铁和膨胀螺拴锚固连接，为了保证复合土工膜具有一定伸缩能力，周边均设伸缩节（图2、图3）。

施工时由于土工膜在坝面上易于滑动，因此，在无砂混凝土表面每隔5m，刷热沥青两道，面积约0.5m2，将复合土工膜粘结在上面，这样，既不妨碍膜后无纺布的透水性又增大了膜的抗滑能力，收到了很好的效果。

该工程1998竣工开始蓄水，经过近6年的运行，坝顶最大沉降变形6cm，坝后地面干燥，无渗流溢出，坝后坡测压管内浸润线低于河床砂砾石层表面3m左右，达到了设计预期效果，复合土工膜防渗效果明显，工程取得了成功。

2.土工合成材料在病险库加固中的应用

近几年，全国各地的病险水库由于年久失修，管涌或者溃坝的事故时有发生，造成了巨大的经济损失。病险库数量多，施工条件复杂，工期短，将质量轻、运输方便、施工简易的土工合成材料正确推广应用到病险库加固当中，具有深远意义。

白土坑水库位于新疆玛纳斯县境内，为中型平原水库，始建于1962年。坝轴线长7.0km，坝型为均质土坝，最大坝高7.00m，上游坝坡1：2，采用小型砼板护坡，下游坝坡1:1.5～1：2.0不等，坝顶宽度2～4m，坝后无滤水坝脚。坝体填筑质量较差，干密度值平均仅为1.43g/cm3，渗透系数6.4×10-4cm/s，长期处于软塑状态，坝体内浸润线高，坝体渗水严重，坝后形成大片沼泽湿地，后坝坡脚有发生管涌或流土的渗透破坏危险，大坝上下游坝坡抗滑稳定计算均不满足规范要求。大坝坝基未做任何处理，坝基2～4m以上为粉砂与粉土层，渗透系数较大0.79×10-4cm/s，以下土体结构性较好，渗透系数在1.27×10-5～6.48×10-6cm/s，为较好的隔水层。该水库多年来，一直低水位运行，达不到原设计标准。2001年大坝安全鉴定为三类坝，属病险库，需进行除险加固。

鉴于该水库坝型为均质土坝，且为老坝体加固，因此在前坝坡上铺设复合土工膜进行防渗，该方法简单易行、施工速度快、可以有效降低坝体内的浸润线高度，增大坝体内的干燥区，提高土体内摩擦角，从而提高坝体的抗滑稳定安全性。坝基进行垂直铺塑，塑膜与坝面复合土工膜连为整体。后坝坡按1：2.25培厚，新老坝体间设褥垫式排水体。

根据承受的水压力和下垫层，经计算，前坝面的复合土工膜采用两布一膜（200g/m2/PE0.5/200g/m2），其物理力学指标为：抗拉强度18KN／m，延伸率56.4％，CBR顶破强度2.8KN，垂直渗透系数1.0×10-12cm/s，幅宽6.0m。先将已损坏或脱落的原砼护坡板用细石混凝土填补平整，再铺7.5cm厚细砂垫层，然后铺复合土工膜，膜上铺75cm厚的砂砾石防冻层，再浇筑20cm的混凝土护坡板。复合土工膜上部折埋在坝顶附近，下部与垂直铺塑膜焊接在一起。（图4）复合土工膜的拼接方法同前述。

坝基垂直铺塑是一种新的浅基础防渗技术，铺塑深度可达8m左右，开沟宽度只有20多厘米，是解决水库浅层透水地基渗漏严重及延长渗径减小坝后坡脚渗透比降的有效方法。垂直铺塑适用于粉土地基；对于粉砂地基施工中必须做好泥浆固壁，施工速度要快，否则易塌壁。铺塑塑膜采用厚0.3mmPE膜，设计深度应深入粘土层内1.0m，铺完塑的沟槽采用粘土浆充填。铺塑机先将基土破开，然后将事先卷绕在钢管上的塑膜垂直放入槽内，由铺塑机牵引向前移动。钢管上的塑膜用尽前应予留1.5倍的槽深长度，将塑膜拿出沟槽，洗净擦干后用自走式热熔双缝焊机焊接。局部破损的塑膜补漏，可采用PVC胶合剂粘接，粘接宽度不小于15cm，春秋季固化时间不少于12h，要求粘贴牢固、均匀、可靠。塑膜槽口外漏段，应敷土加以保护，避免阳光直接照射。坝基铺塑塑膜上部要与前坝坡的防渗复合土工膜焊接，形成完整的防渗体，降低坝体内浸润线，增加坝体稳定，达到除险目的。

该水库原下游坝坡脚未设滤水坝脚，鉴于后坝坡培厚，因此，在新老坝体间设坝体内褥垫式排水体。采用重量轻、铺设方便、造价低的无纺布代替反滤料，无纺布上部压天然级配的砂砾石料（含泥量<8％）。无纺布的选择对反滤效果有很大的影响，应按照保土性、透水性、防堵性三个原则进行设计选型，详见《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》，根据计算结果，选择400g／m2的针刺无纺布。无纺布的接缝采用搭接形式，搭接宽度不小于10cm。

白土坑水库2001年底除险加固全部完工，经过两年的运行观察，防渗效果较明显，坝后积水或沼泽消失，地下水位降低至1.5m以下，水库达到了设计要求，取得了巨大的经济效益和社会效益。

3.土工合成材料在施工中应注意的问题

（1）运输、贮存中不得沾污、雨淋、破损，远离火源，周围不得有酸、碱等腐蚀性介质，不得长期曝晒和直立。

（2）材料进场时，应进行抽检。施工时应有专人随时检查清基、材料铺放方向、材料的接缝或搭接、材料与结构物的连接，每完成一道工序应按设计要求及时验收，合格后，方可进行下道工序。

（3）施工场地应平整干净，防止损坏土工膜；铺设应平顺，松紧适度。不平地、软土上和水下铺设搭接宽度应适当增大。

（4）铺设人员不得穿硬底鞋操作。

（5）尽量采用宽幅，使膜在施工时接缝最少；每卷材料的重量不宜超过1t；膜与膜相连时，应采用同种土工膜。高坝应垂直于坝轴线铺膜，低坝应平行于坝轴线铺膜，以减少拼接量；接缝应尽量与最大拉力方向平行。

（6）垂直铺塑应严格按照工艺要求进行施工，PE塑膜施放速度应迅速，防止槽孔坍塌，影响铺塑效果。

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关键词：加筋土 设计研究

中图分类号：TU2文献标识码： A

Reinforced embankment design research

Zhi-bo wang

(Administration of south-to-north water transfer project construction in hebei province, shijiazhuang 050021)

Abstract: the reinforced soil is a kind of composite soil reinforced materials are added into the soil and the formation, can improve the strength of the soil, enhance soil stability, common reinforced material with geotextile, geogrid, high strength fiber geogrid, geocell, strip reinforcement. Reinforced embankment design method is divided into the finite element method and the conventional design method. Geosynthetics engineering application prospects, with good engineering and economic benefits and environmental benefits.

Keywords: Study on the design of reinforced soil

加筋土是一种在土中加入加筋材料而形成的复合土，由一层或多层水平的加筋材料构件与填料交替铺设所组成。加筋材料主要承受土体产生的侧向拉力，可以提高土的强度，增强土的稳定性。加筋土工程有各种类型和型式，按其作用性质和设计计算理论可分为加筋土挡墙、加筋土边坡、加筋土地基等[1]。加筋土结构作为一种新颖的完整结构，在工程中应用得越来越广泛，但加筋的机理和设计理论方面的研究却落后于工程实际，从而影响加筋技术的发展。筋材与土的复合加筋体的加固机理可大致分为直接加筋作用和加筋体对周围土体的刚度、应力和应变分布，破坏形式等影响的间接加固作用两方面。

1.加筋土概况

在工程实践中，松散的砂土可堆成具有天然休止角的砂堆，粘土体可开挖出一定高度的垂直坡面。如果在砂土中分层埋设水平向的加筋材料，则这种由砂土和加筋材料形成的复合体就可以保持一定的高度和直立状态而不塌成斜坡，与粘土体类似，标明砂土加筋后所形成的复合体的力学性能和稳定性比比未加筋前有所改善和提高。为了弄清砂土加筋后复合体强度的稳定性提高的原因，维达尔等人分别进行了三轴试验和现场试验测试，提出了各种假说来解释和阐述筋土之间的互相作用机理。根据前人的研究成果，筋－土之间相互作用的基本原理大致可归纳为三大类：一是摩擦加筋原理；二是准粘聚力原理或似粘聚力粘聚力原理；三为其他理论假设。

加筋的主要效果体现在使复合体获得侧压力增量，限制它的侧向位移[2]。为此，在选用加筋材时，特别应注意以下的一些材料性状：筋材的应力应变关系和它们的抗拉强度；它在长期荷载下的变形性状；筋材与周围土的相互作用特征，即二者界面摩擦特性和抗拔特性；筋材受环境的影响，包括材料的抗老化性和耐久性等问题；以提供设计要求的主要资料。此外，筋材还必须要满足现场施工的各项要求，考虑它们能经受施工中遇到的种种荷载的影响。

2.加筋材料的选择

土工格栅、无纺布以及编织布均可用作加筋材料。由聚丙烯材料合成的编织布抗拉强度较高，由于聚丙烯材料分子结构中存在着叔碳原子，叔碳原子的碳氢键能较小，因而不稳定，所以聚丙烯材料对光氧化降解反应有较大的敏感性，其耐久性较差，因此，编织布不宜用作水坝加筋材料。无纺布极限强度低，延抻率最大（一般为75％～120％）[3]，同样拉力的无纺布，其造价远高于土工格栅。80年代多用无纺布作为加筋材料，而90年代，抗拉强度高、变形小（延伸率一般11.5％～13％）的土工格栅已经代替了无纺布作为加筋材料。土工格栅具有柔韧性好、高强度、高模量、低蠕变、抗生化腐蚀和老化、抗施工损伤等性能。实践证明使用土工格栅加筋土坡具有耐久、可靠、造价低、抗地震和动荷载等特点[5]。

3.加筋土筑堤设计方法分析

土工合成材料可以建成具直立坡的加筋挡墙，也可以修建坡度较直立墙缓的陡坡，加筋土堤边坡较不加筋土堤陡，可减小堤防设计断面，减少筑堤土料，减少堤防占地。加筋土堤设计方法分为有限单元法和常规设计方法。

有限元法可直观反映土堤的变形状况[4]，但是要使有限单元法成为常规的分析手段，还需进一步研究解决以下问题：（1）合理的本构关系；（2）加筋在侧限条件下的应力一应变关系的测定和筋材容许强度的取值；（3）如何按算得的应力场和位移场定量评价加筋堤坝的安全度。有限元法计算尚不能替代常规计算方法应用与设计之中，但可作为设计参考。

目前设计中应用较多的加筋土堤的设计方法，是在传统的土坡稳定分析方法中考虑筋材作用。土坡加筋通常是在土坡内水平铺设。认为土坡的失稳型式与传统考虑的一样；或是沿某个圆弧产生转动式滑动，或是以楔体形式沿折面滑动[5]。要发生滑动时，筋材的抗拉力或由抗拉力产生的力矩将增大抗滑作用。评价土坡稳定性常先求出促使产生滑动的滑动力矩MS和抵抗滑动的抗滑力矩MR，后者与前者之比，即是安全系数Fs。当安全系数Fs大于某一规定的数值时，则认为土坡是稳定的。对于加筋土坡，各层筋材中的拉力对滑动圆心产生的力矩均起抗滑作用，它们的总和即为抗滑力矩增量MR。只要以(MR+MR)代替上述的MR，按同法即可求得加筋土堤的安全系数。土坡内铺设的筋材应有一定的长度，使其超出滑动圆弧外的被动段Lp与土之间的握裹力不小于抗拔力，且有一定安全系数。为此，要对每层加筋材作内部稳定性校核，保证其不会被拔出。

4.加筋土前景展望

加筋土在土工合成材料的应用领域占有较为重要的地位[6]，在水利、公路、铁路、水运、港口等行业应用越来越广。用土工合成材料加筋的土木工程、水利工程和环境工程等遍布世界，在中国也有飞跃式的发展。实践已经表明，土工合成材料加筋工程具有良好的工程效益、经济效益和环境效益，并且展现出广阔的应用前景。

参考文献：

[1] 欧阳仲春，现代土工加筋技术[m]，人民交通出版社，1991.35-46.

[2] 周志刚，张起森，郑建龙；土工加筋材料性能研究综述[j]；长沙交通学院学报；2001年02期

[3]《土工合成材料应用技术规范》，GB 50290-98

[4] 张苇.土工带加筋碎石垫层的试验研究与有限元分析[D].太原理工大学,2003.5.

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关键词：土石坝 新型 效果

中图分类号：TU592 文献标识码：A

0前言

在分析我国许许多多的土石坝及水库病险问题时, 遇到的水的渗漏问题最为严重。据 1981 年的统计资料,我国241座大型水库发生的每1000次事故统计中,由于坝体发生渗流破坏而造成的安全事故占总事故数的32%；对2391座水库失事的原因进行分析,由于坝体渗流而产生渗透破坏造成土坝垮塌的占到29%。因此,为确保水库大坝安全, 必须深入研究渗流问题,从而设计有效的能控制渗流的方法是十分必要的。早在1910年, 英国科学家布莱就已经提出了可通过延长渗径长度来达到控制渗流的目的, 1922 年太沙基又提出采用反滤层的方法保护渗流出口,在渗流可能的出口处设置反滤层来控制渗流,采用防渗和导渗相结合的方法, 使防渗理论进一步完善, 随着近年来大量病险水库的除险加固,我国 已在土石坝防渗这一领域积累了比较丰富的经验，发展了一批新的技术，采用了一些新的防渗材料。目前, 伴随着新技术、新工艺、新材料的不断涌现,土石坝防渗技术也在不断地改进, 这些新技术的发展与应用使得土石坝工程能够更好地发挥其防洪与兴利的双重功效,更好地服务于国民经济建设。

1新型防渗技术

1.1混凝土防渗墙防渗技术

混凝土防渗墙是采用在松散透水的地基中或土石坝坝体中采用连续造孔成槽的方式,再用泥浆固壁, 并在泥浆下浇筑混凝土而筑成的地下连续墙,是保证坝基稳定和坝体稳定性的重要工程措施。由于防渗墙具有施工速度快、施工工艺简单、防渗效果好等特点,已成为我国水利水电工程中防渗处理的首选方案。

近年来, 处理病险土石坝的措施中采用混凝土防渗墙是作为最佳手段采用。根据混凝土防渗墙体材料的不同又可分为普通混凝土防渗墙以及塑性混凝土防渗墙, 当防渗墙的弹性模量为2~3 GPa时, 界于塑性和弹性之间时, 故命名为低弹性模量混凝土防渗墙。低弹性模量混凝土防渗墙比一般普通的混凝土防渗墙具有更小的弹性模量,因此不均匀受力及不均匀变形的承受能力更强,使防渗墙体的应力状态得到极大的优化,同时具有较高的抗剪强度和防渗能力,耐久性和抗溶性也更好, 同时又经济实惠, 因为具有较高的应用价值。

1.2土工合成材料防渗技术

按水力特性土工合成材料可分为不透水的土工膜或复合土工膜和透水的土工防渗膜, 前者可以起到代替防渗体的作用, 即有截渗隔水的效果； 透水土工防渗膜则可代替反滤料, 有排水反滤效果。

土工膜是由高分子聚合物或由沥青制作的相对不透水薄膜材料。聚合物薄膜所用的高分子聚合物分为合成橡胶以及塑料两类。合成橡胶薄膜可用尼龙丝布加筋，其抗老化性及其他各种力学性能都比较好，但价格比塑料薄膜昂贵。土石坝工程中主要采用的塑料薄膜主要由聚氯乙稀和聚乙烯制品组成 ，另外 ，还有其他各种复合型高分子聚合物土工膜 ，例如将土工薄膜与土工织物复合成一体，土工织物就能起受力缓冲作用，一定程度弥补土工膜强度较低的影响，又能改善接触面的抗磨性能。土工膜的渗流系数一般都在 1×10-8cm/s以下。

由于土工织物与塑膜复合, 极大提高了抗拉撕裂、 顶破及穿刺的较好的力学性能；使防渗材料趋于各向同性, 因此就能避免在物理条件和外界温度变化时,产生某个方向的过量收缩以及移动；尤其是在粒状材料针片状含量高时,承受均布压力；因此可以避免防渗膜局部应力过于集中；并可极大改善防渗膜与土体界面的摩擦性能，因此铺设复合土工膜后, 可以改善坝体的渗流状态, 提高库的蓄水能力；改善下游坝体长期处于饱和状态的工作条件, 提高下游坝体的稳定性和安全度。土工织物运输量小，重量轻, 铺设方便,粘土防渗和砂砾石料排渗节省成本, 缩短工期,容易确保工程质量。土工合成材料已经在许多中小型水利工程中得到推广应用, 且大有取代传统的粘土心墙、粘土斜墙等防渗措施的趋势。

柴达木盆地格尔木河支流雪水河上的泉水库, 是格尔木河梯级电站开发的重点工程, 主要起调节水源作用, 兼顾防洪功能。该区地处海拔4000 m高寒山区, 处于8度高烈度地震多发地带, 极端最低气温时达零下40 度。温泉水库由大坝、导流放水洞、溢洪道一共三部分组成。大坝总长880m,坝高最高175 m,坝顶宽度8 m, 坝体上游坝坡比1：3, 下游坝坡比1：2.5, 采用土工织物布防渗砂砾石坝。 该工程是迄今世界上海拔最高, 也是中国首次将复合土工膜应用于高寒区、高地震烈度、高海拔的大型水库坝体防渗的工程。

由两种或两种以上土工合成材料复合而成的土工复合材料 ，包括复合土工织物、复合土工膜、复合防排水材料（排水带、排水管）等 ，可用于防渗、反滤、加筋、排水及防护等方面。土工特种材料为根据特殊需要加工而成的制品 ，包括土工格栅、土工格室、土工带、土工网、土工网垫、土工模袋、土工织物膨润土垫（GCL）、聚苯乙烯（EPS）等 ，主要用于防护、加筋等多方面。土工合成材料是一种很有发展前景的新型坝工材料 ，随着其产品品种的不断增加 ，具有隔离、防渗、过滤、排水、防护等多种作用 ，越来越在水利工程中广泛的采用 ，值得其在土石坝工程中大面积推广。

1.3刚柔性相结合的防渗技术

刚柔性相结合的防渗技术, 就是采用单管高压旋喷(或射水法)使防渗墙和铺土工膜相结合的一种新型防渗技术,与传统的防渗措施相比具有以下技术优势：

( 1) 适用于多种类型的土石坝。

采用刚性和柔性相结合的新型防渗技术,施工时不用放空水库, 受坝体材料和坝基地质情况因素影响较小,因此 适用于不同类型的碾压土石坝。通常情况下, 采用柔性防渗即铺土工膜防渗在水库蓄水位以上, 采用刚性防渗在蓄水位以下,单管高压旋喷防渗墙防渗, 不用放空水库即可施工,可适合不同功能的水库,如竹坝水库大坝施工时还能保证同安城区的供水需要。

( 2) 适应土石坝沉陷变形的特点。

从国内已鉴定的土石坝看,土石坝坝体沉陷都较大, 一般沉陷量为坝高的1%~ 2%,个别大坝> 2%。采用新型防渗技术柔性材料施工的同时时,即铺土工膜时, 都预留一定的可控形变量, 能适应土石坝坝体沉陷变形量较大的特点；具有刚性防渗的防渗膜多数使用在坝基, 一般不受变形的影响。

( 3) 防渗效果好。

新型防渗技术应用新材料、新工艺、新技术、防渗效果好。例如新安水库大坝刚性防渗体, 经基桩钻芯取样,砂质层抗渗系数

( 4) 造价低。

采用刚性和柔性材料相结合的新型防渗技术,集刚性和柔性优点于一身, 因此造价成本较低, 例如新安水库大坝采用新型防渗技术加固处理与常规灌浆方法相比, 大概节约成本38%, 且工效高,防渗效果好。

( 4)工艺可靠,施工速度快。

新型防渗技术的刚性材料施工, 由于采用、新设备、 施工造孔时比较稳定, 喷射的混凝土防渗墙质量也都满足要求。近几年已经积累了较多经验, 施工工艺比较成熟, 施工时可根据大坝的特点分区分块施工,施工方便迅速。

2工程应用

2.1工程概况

某土石坝为扩大黏土心墙砂壳坝。坝顶高程37．6m．，最大坝高26．6 m，坝顶宽度10 m．坝底最大宽度119.29m，坝体填土为含砾黏士和砂砾料。坝基从上到下依次为砂壤土层、砂砾石层、砂质黏土层、凝灰质粉砂岩。大坝现已建40多年,有不少安全隐患，坝体填筑的施工质量较差。坝基渗透变形和大坝下游面抗滑稳定不符合要求等。故采用了低弹性模量混凝土防渗墙对该土石坝进行了除险加同处理。防渗墙厚80 cm．布置在坝轴线上游3.55 m处．底部深入弱风化层即凝灰质粉砂岩层0．5 m．弹性模量为2 100 MPa。大坝加固后的断面见图。

图1大坝加固后的断面图

2.2墙体材料物理力学指标的选择

众所周知，防渗墙体的弹性模量与其承受的应力和应变存在对应关系，弹性模量越小，周围土体与防渗墙的变形协调越好，墙体承受的被动土压力也就越小，弹性模量越大，被动土压力越大。因此，需要采取措施提高混凝土防渗墙的安全性，一种方法是尽量使混凝土的弹性模量(或变形模量)更小，另一种方法是使混凝土的强度尽可能大，即降低弹性模量与混凝土抗压强度的比值(模强比)。因此在确定混凝土墙体材料时应使其模强比小于计算值。考虑抗压强度的安全系数K=3.5后，其模强比计算容许值见表1。

表1凝土防渗墙计算模强比容许值表

混凝土的模强比与水泥用量有直接的关系，当水泥用量减少时，混凝土的模强比变小，对墙体受力有利。但随着水泥用量的减少，其渗透系数变大、渗透比降变小，从而影响了防渗墙的抗溶蚀性和耐久性，因此防渗墙的模强比也不是越小越好。近年来，人们对混凝土耐久性问题越来越重视，在该工程混凝土防渗墙设计中，要求在满足混凝土模强比的前提下，尽量提高混凝土的强度。

该工程混凝土防渗墙的计算结果表明，当混凝土墙体弹性模量大于5000 MPa时，防渗墙体将出现拉应力破坏。由于低弹性模量混凝土抗拉强度很低，也不宜配钢筋，因此要求混凝土防渗墙的弹模须小于5000MPa。

3结语

（1）土石坝工程中不断探索和推广应用新型的防渗材料、防渗技术、新的防渗工艺,可以提高工程质量、提高土石坝工程建设管理和施工水平,通过在工程建设过程中应型材料效果非常显著,取得了较好的效果。

（2）通过对低弹性模量混凝土防渗墙的工程应用实例，取得良好效果，对防渗材料的参数选取积累了一定的经验。

参考文献

[1] 耿志斌.浅谈流水作业法在水利施工中的应用[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2011(6).

[2] 王艳瑜.浅谈中顺大围横栏堤段施工项目的现场管理[J].中国城市经济,2011(12).

[3] 邵桦,孙丽华.浅谈水利施工中钻孔灌注桩技术的应用[J].经营管理者,2011(14).

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土工合成材料自广泛用于岩土工程建设以来，在水利水电工程建设中引起不小的变革，这不仅反映在水利水电工程的材料使用上，而且反映在设计原理、计算方法、施工工艺和工程管理上。防渗土工合成材料主要用于垂直铺膜防渗和坡面铺膜防渗，因铺设结构形式的不同，其施工工艺和铺设技术也不尽相同。

2、渗土工合成材料在工程施工中常出现的问题

经常遭受石块或其它尖棱物的穿刺破坏；由于土工薄膜缺少约束支持，在承受水压力和土压力时易于被鼓破；薄膜受到下层气体或液体的顶托产生应力集中导致破坏；铺设在支撑土与混凝土面板之间的土工薄膜由于受到温度、重力、土移、浪击和水位变化等因素的影响，可能引起界面滑动，使土工薄膜产生过度拉伸，撕裂或擦伤；在斜面上用土或混凝土面板保护土工薄膜，当水位骤降时，土体中的孔隙水压力和库水位失去平衡而造成失稳滑动。只要按照施工规范和施工组织设计施工，确保施工质量，就可避免或减少类似问题的出现。

3、防渗

防渗结构设置上、下垫层的目的是保护土工膜不受破坏；下垫层尚有排水、排气作用。

铺设土工膜后，膜下仍可能因缺陷引起渗漏而积水，也可能有土中排出的气体或产生的沼气等，水、气可能顶托土工膜，危及膜的安全，尤其是在大面积的膜下，必须考虑排水、排气措施。

4、工程防渗设计与施工

对含毒矿场的尾矿坝等，有毒物质混入水体将造成环境污染，危及人、畜生命安全，必须严格防止。条文中所述措施是为了确保安全。建议渠道防渗土工膜厚度不小于0.25mm是根据多年的实践经验。土工膜太薄可能产生气孔，也易于在施工中受损，使防渗效果减小。一般生活垃圾和工业垃圾不含毒质或毒质较小，故可采用单层防渗结构。如果这类垃圾也含有毒物质，则应选用双层防渗结构。如含剧毒，甚至要求多层结构。隧道、洞室防渗应采用复合土工膜或合适的防排水材料，是因为围岩（土）中皆有渗水，必须将其通过土工织物或防排水材料流入下方纵（横）向排水沟排走，以确保防渗衬砌安全工作。

5、加筋土挡墙设计

加筋土挡墙采用的筋材有两种。因筋材的抗拉模量不同，墙内填土中的潜在破坏面相异。

目前加筋土挡墙设计有极限平衡法和有限元法两大类。由于筋材、填土以及两者相互作用的本构关系难以准确和协调建立，加之缺乏破坏准则，工程中几乎均采用极限平衡法，后者可作为一种辅助和对比方法。排水设备对保证加筋土挡墙的稳定十分重要。

6、加筋土垫层设计与施工

实践可知，加筋垫层抗深层滑动计算采用圆弧法，得到的稳定安全系数往往提高较少，表明加筋效果很不显著，实际效果却很明显。这说明现有的稳定分析方法未能反映筋材所起的全部作用。分析认为，加筋所以发挥明显作用可能与下列因素有关，例如加筋后潜在滑动面可能往深处发展，地基土的侧向位移受到部分限制以及地基中应力分布发生了变化等，而这些有利因素在计算中却未能计入，可见现有分析方法有待改进。我国铁路、公路系统目前在作圆弧滑动分析时，认为首先所加底筋应该是稳定的，即滑动圆弧不应该切断底筋，应将筋材及其上填土视为一整体，为此，潜在圆弧必然下移，稳定安全系数自然有所提高。此项考虑是否符合实际，应通过实践和积累资料来加以验证。由于筋材承受拉力才能发挥其加筋作用。所以建议回填顺序，目的是使筋材始终处于受拉状态。

7、软土地基处理中排水带设计与施工

利用排水带加固地基的目的，即是要求在预定工期内消除地基的规定预期沉降和提高地基土强度。排水带地基设计方法与传统的砂井地基设计相同。利用砂井计算方法时应将排水带断面转化为当量砂井直径。砂垫层所用应为洁净砂料，以保证排水通畅。存放排水带需加封盖，是为保护其不变坏。

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关键词|：水利工程土工膜 应用

土工膜是一种新型的工程材料，具有质轻、强度高、伸长率大、防渗性能好、适应变形能力强、施工简便、易于保证质量、造价低廉等优点，因而广泛地应用于水利工程上。绥中地处辽西走廊，水资源短缺，年平均降水量仅为620毫米，寻求提高利用有限的水利资源，减少输水、蓄水工程的渗漏损失，采用土工膜解决防渗问题不失为一良策。在水利工程建设中防渗的传统做法是利用塑料沥青处理渗漏，进入九十年代，随着土工合成材料技术的发展，土工膜逐渐得以研究开发和广泛地应用于各种防渗工程。目前我县已在渠道、水库、河道、拦蓄、防洪渡汛等工程上，普遍应用土工膜防渗，并收到了良好的经济效益及技术效果。

土工膜有关性能

土工膜的选择主要考虑其抗拉强度，伸长率和防水性能。此外还有抗顶破强度和刺穿能力、抗撕裂度，以及土工膜与土的摩擦性能和接触界面的渗透性等。土工膜是一种柔性较好的材料，如无外力扰动，不暴露于大气中，特别在有岩石保护下使用，使用年限会更长。经过试验分析，取得了土工膜的有关性能，见表1、表2。

土工膜在水利工程中应用

1.渠道防渗

辽宁绥中县王石灌区始建于七十年代，灌区引大风口水库水灌溉前卫镇、网户乡、王宝镇部分稻田，设计灌溉面积3.5万亩，该地区土质多为砂壤土，灌区渠道渗透严重，渠系水利用系数只有0.5，采用聚丙烯编织布做防渗体后，渠系水利用系数提高到0.96。该渠道设计引水流量9.2m3/s,正常水位0.85m,土工膜采用埋入全铺式，堤坡比1:1.35，其上设置不小于0.35m的土料保护层，以增强土工膜的抗滑稳定能力，在二分之一水深处增设一锯型齿墙。王石灌区利用涂膜编织布进行防渗，渠道长达20余公里，工程竣工后经过运行，收到了良好的防渗节水效果。

2.水库防治

绥中县利用土工膜代替粘土心墙防渗建成多座土坝，取得了明显的经济效益。具体施工方法，采用土工膜代替粘土心墙，土工膜的上、下采用30cm厚的保护层，土工膜之间及其与周边建筑物的连接必须严密不渗水，施工应和坝体同步进行。在土坝的施工建设中，采用传统的粘土墙防渗与改用土工膜防渗通过经济造价对比，后者不但降低了工程造价，而且防渗效果更加理想。

3.地下防渗

绥中县九江河流域面积180平方千米，河长33千米，为山区季节性河流，其特点河流比降大，流速急，汛期洪水暴涨暴露。九江河河床为大小不等的砂卵石，地下埋藏深度4～5米，非汛期河段干涸一片，为结合“九门口长城”旅游开发，一九九六年我县对九门口河段进行了综合治理，修建了翻板式拦河坝工程，坝长80m，采用聚丙烯涂膜编织布进行地下截潜，修筑拦河坝时，当沟槽开挖至不透水层后交涂膜布呈U形铺设在槽中，浇筑砼止水塞，铕沿坝坡自下而上铺至坝顶，每隔2.0m留一重叠褶皱部分，以适应回填土沉降变形。该工程竣工后，筑坝回水至九门口长城城址，出现了“水上长城”为九门口长城的旅游增添了靓点，同时拦河坝蓄水直到了防洪及周边农田灌溉的综合效益。

4.防洪渡汛工程

土工膜土袋压截，河道护底坎体排压载一般为抛石，砼块等材料，但对于缺少砂石的平原地区，利用土工膜制成土袋子装土做为河底压载具有安全经济效果。该方法便于就地取材，造价低，易于施工和保证工程质量，同时土工膜在水下不存在老化问题。土枕材质为涂膜编织布，枕袋及土枕施工要素见表3。

土枕水下每延长米重0.138t，如每延长米抛一条压载土枕，则有效压载1.39Kpa,在边载与布排连接情况下，通过大动干戈试验，河底流速不大于1.10m/s时，可满足冲刷稳定要求。

5.围堰工程

在河道内修建工程，施工时受水影响，需修建施工围堰，采用0.2mm厚塑料薄膜做迎水面的防水层。土工膜固定在打入土中的板桩上，板后用填土筑坝抵抗水压力，该临时围堰结构简单，施工方便，质量易于保证，防水效果理想。

结束语