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摘要：土工膜在坝工中的应用，从地域上看已很广泛，国内已经普遍接受了这种新型的防渗材料和技术。许多工程实录都表明它的防渗效果良好、经济、施工方便，有推广使用价值。
关键词： 土工膜水利防渗工程利弊
中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：
前言
我国的堤防建设心墙式垂直防渗结构大多采用单膜或多层单膜,迎水面斜墙式防渗结构大多采用复合土工膜。从已采用单膜的堤防防渗效果来看,单膜对低水头的堤防防渗效果良好,仍然是一种有竞争力的膜材。由于复合土工膜能够改善土工膜的工程性能,简化施工程序,保证施工质量,在经济允许的条件下,可优先考虑复合土工膜作防渗材料。
一、防渗结构形式
土工膜防渗在坝体结构中的形式, 根据其在坝体中的部位可分为心墙式和斜墙式( 或称面板式) ,目前在我国水利水电工程建设中, 这两种形式均有工程实践。心墙式防渗结构如水口水电站上游围堰和三峡工程一期围堰等; 斜墙式防渗结构如清子水库和青海黑石山水库等。一般来说, 心墙式土工膜置于坝体中部, 下接基础垂直防渗, 土工膜用量较省, 其施工随坝体填筑上升铺设连接, 土工膜施工受坝体填筑影响, 存在相互干扰问题。斜墙式土工膜是在坝体填筑完成后在上游坡面铺设土工膜, 土工膜施工与坝体填筑互不干扰, 土工膜施工速度快, 而且在永久工程运用中这种形式具备检修条件, 但其土工膜用量较大, 上游面需专门设置土工膜保护层及相应护坡结构, 工程量较心墙式为大。
关于土工膜的厚度目前有两种观点：
一种是主张用厚膜（膜厚大于1.0mm），以欧洲国家为多；另一种观点是使用薄膜（膜厚小于1.0mm），以美洲国家和我国的实例较多，这些坝的使用情况至今仍然很好，因而值得很好地总结经验。根据上述情况以及目前SL/T225—98和GB50290—98《土工合成材料应用技术规范》中所列入的土工膜在堤坝中的防渗使用规定，都表明土工膜防渗技术在我国堤坝中的应用已经逐渐成熟。这将为这项新技术和新材料在堤坝中的推广应用提供良好的范例。
三、土工膜与混凝土、粘土、钢板衬砌等几种防水材料相比，有以下几个弱点：
1容易破裂。土工膜是一种高分子化合物的柔性材料，强度低，厚度也比较薄，因此容易破裂。造成破裂的原因有：
（1）在施工过程中受损破裂；
（2）被土石料中的石块等尖硬物刺破或顶破；
（3）由于设计选择不当或没有局部约束被过大的水压力击穿；
（4）铺设在支承土与混凝土面板之间的土工薄膜由于温度胀缩、重力、土体位移、浪击和水位变化的因素，可能引起界面滑动，土工薄膜将承受过度伸长、撕裂或擦伤；
（5）斜面上用土和混凝土板保护土工薄膜的情况下，当水位骤降，土中孔隙水应力与库水位失去平衡，土体失稳而滑动；
（6）建筑物过大的变形或不均匀沉降而导致破裂；
（7）由于保护层薄或埋深浅，特别是用于渠道防渗时，被人畜或植物根系弄破。这些问题很容易发生，但又是可以避免的。
2容易脆裂。土工膜在低温环境下，性能恶化，容易脆裂。这方面可通过选择耐低温的品种或增加保護层厚度解决，一般也不成问题。
3老化问题。土工膜在接触阳光、冷热气候、臭氧的条件下，将较快老化而失去性能。但埋在水中或处于水下的土工膜，由于不接触以上因素，其老化还是相当慢的。目前对土工膜的使用寿命，还没有一个确切的规定，试验研究和实测资料都表明，在正常的保护条件下，其寿命可达50～100年。
4化学腐蚀。土工膜遇上某些化学物质，如酸性、碱性液体，或矿物油，可能会被腐蚀破坏。不过在一般的工程应用中，不接触这些物质因而不必担心。但在用于封闭废弃的固体或液体时，则应考虑这方面的问题。
由于土工薄膜在工程中可能遇到以上几个问题，因此，要正确设计，精心施工，保证土工膜良好地工作。同时也可根据不同情况在土工薄膜上面或下面，或者上、下两面加以保护，将土工薄膜与针刺土工织物通过挤压、滚压或喷涂等工艺制成整体结构的复合土工薄膜，其土工织物能起到排水排气以及缓冲受力的作用，并能弥补薄膜自身强度之不足，又能改善接触界面的摩擦特性。它与单一土工薄膜相比具有以下优点：
（1）提高了土工薄膜的抗拉、抗撕裂、抗顶破及抗穿刺等力学强度；
（2）在相同应力作用下，伸长率有所减小，模量增大；
（3）趋于各向同性，能避免在物理条件和温度变化时所产生某个方向上的过量收缩和移动；
（4）易于避免下层土体冻融时土工薄膜的损坏；
（5）易于压力均布，避免应力局部集中；
（6）易于消散土工薄膜与土体接触面上的孔隙水应力及浮托力；
（7）改善土工薄膜的摩擦性能，增加其稳定性。因此，复合土工膜改善了薄膜的工程性能，简化施工程序，保证施工质量。目前工程中大多采用复合土工膜作防渗材料。
四、土工膜在水利防渗工程中应用的优点
土工膜是一种柔性防渗材料，具有可靠的防渗功能。土工膜可用于水库库盘防渗、土石坝的直立防渗墙或倾斜防渗层、闸坝的上游防渗铺盖、混凝土坝的挡水面防渗层、沥青混凝土面板或混凝土面板堆石坝的防渗层、尾矿坝的初期坝防渗层、渠道防渗、污水防渗和危险性废物料场的封闭等等。土工膜用于水利防渗工程，具有结构简单，施工方便，防渗效果好，节省工程造价，加快工期等显著优点。只要正确设计，精心施工，就可保证安全可靠地运行，宜于在我国大力推广。土工膜或复合土工膜用于堤坝防渗工程，除上述一般优点外，在力学上它还能够改善堤坝本身的结构性能。
1复合土工膜对堤坝应力的影响。在土体压缩变形时，复合土工膜由于是柔性材料蜷曲在堤坝内，当坝体承受拉应力时，由于它有较高的抗拉强度，故可承担土体的部分拉应力，从而抑制土体的应变。
2复合土工膜对堤坝竖向沉降的影响。当考虑复合土工膜与心墙间相对滑移时，坝体竖向沉降类同于未铺设复合土工膜的沉降等值线分布，其最大沉降量略小些，在复合土工膜处的等值线不连续。
3复合土工膜对堤坝水平位移的影响。复合土工膜采用接触单元模式，由于考虑相对滑移则上游坝壳向上游位移，比不设复合土工膜时位移要大。当复合土工膜采用线单元模式时，其上游坝壳的位移明显减小，增加了复合土工膜处的水平位移量，说明复合土工膜抗拉强度起着一定的抑制作用。
4渗流场的改变对应力的影响。对于具有渗流条件的堤坝，存在着体积渗透力，铺设复合土工膜后堤坝内渗流场发生了变化，坝体内应力应变随之发生变化，引起应力的重新调整，使小主应力有较大改变，而大主应力变化较小。
我国的堤坝建设心墙式垂直防渗大多采用单膜或多层单膜，斜墙式临水面铺设的土工膜大多采用复合土工膜。从已采用单膜的堤坝防渗效果以及SL／T225—98《水利水电工程土工合成材料应用技术技术规范》中对土工膜类型的规定看，单膜对低水头的小型水库防渗效果良好，仍然是一种具有竞争力的膜材。但在经济允许的条件下，复合土工膜有着更为优越的工程特性。
结束语
复合土工膜是利用聚乙烯或聚氯乙烯的增强改性， 压延成膜与涤纶针刺土工布热合而成，具有抗拉、抗顶破、抗撕强度高，延伸性能好，变形模量大，耐老化，防渗性能好，使用期长等特点。因其具有上述特点，在防渗工程中得到广泛推广，取得了良好经济效益和社会效益， 现已广泛运用于水利水电工程等建设工程中。
参考文献
[1] 马春生,焦守永.浅析坝基与坝体土工膜防渗施工技术[J]. 中国新技术新产品. 2009(05)
[2] 杜晓宁.浅谈复合土工膜防渗技术[J]. 科技信息. 2009(09)
[3] 黄月兰.复合土工膜在水库除险加固工程中的应用[J]. 陕西水利. 2009(03)
[4] 吴华.水利工程防渗处理施工技术应用的探讨[J]. 经营管理者. 2009(15)
关键词： 土工膜水利防渗工程利弊
中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：
前言
我国的堤防建设心墙式垂直防渗结构大多采用单膜或多层单膜,迎水面斜墙式防渗结构大多采用复合土工膜。从已采用单膜的堤防防渗效果来看,单膜对低水头的堤防防渗效果良好,仍然是一种有竞争力的膜材。由于复合土工膜能够改善土工膜的工程性能,简化施工程序,保证施工质量,在经济允许的条件下,可优先考虑复合土工膜作防渗材料。
一、防渗结构形式
土工膜防渗在坝体结构中的形式, 根据其在坝体中的部位可分为心墙式和斜墙式( 或称面板式) ,目前在我国水利水电工程建设中, 这两种形式均有工程实践。心墙式防渗结构如水口水电站上游围堰和三峡工程一期围堰等; 斜墙式防渗结构如清子水库和青海黑石山水库等。一般来说, 心墙式土工膜置于坝体中部, 下接基础垂直防渗, 土工膜用量较省, 其施工随坝体填筑上升铺设连接, 土工膜施工受坝体填筑影响, 存在相互干扰问题。斜墙式土工膜是在坝体填筑完成后在上游坡面铺设土工膜, 土工膜施工与坝体填筑互不干扰, 土工膜施工速度快, 而且在永久工程运用中这种形式具备检修条件, 但其土工膜用量较大, 上游面需专门设置土工膜保护层及相应护坡结构, 工程量较心墙式为大。
关于土工膜的厚度目前有两种观点：
一种是主张用厚膜（膜厚大于1.0mm），以欧洲国家为多；另一种观点是使用薄膜（膜厚小于1.0mm），以美洲国家和我国的实例较多，这些坝的使用情况至今仍然很好，因而值得很好地总结经验。根据上述情况以及目前SL/T225—98和GB50290—98《土工合成材料应用技术规范》中所列入的土工膜在堤坝中的防渗使用规定，都表明土工膜防渗技术在我国堤坝中的应用已经逐渐成熟。这将为这项新技术和新材料在堤坝中的推广应用提供良好的范例。
三、土工膜与混凝土、粘土、钢板衬砌等几种防水材料相比，有以下几个弱点：
1容易破裂。土工膜是一种高分子化合物的柔性材料，强度低，厚度也比较薄，因此容易破裂。造成破裂的原因有：
（1）在施工过程中受损破裂；
（2）被土石料中的石块等尖硬物刺破或顶破；
（3）由于设计选择不当或没有局部约束被过大的水压力击穿；
（4）铺设在支承土与混凝土面板之间的土工薄膜由于温度胀缩、重力、土体位移、浪击和水位变化的因素，可能引起界面滑动，土工薄膜将承受过度伸长、撕裂或擦伤；
（5）斜面上用土和混凝土板保护土工薄膜的情况下，当水位骤降，土中孔隙水应力与库水位失去平衡，土体失稳而滑动；
（6）建筑物过大的变形或不均匀沉降而导致破裂；
（7）由于保护层薄或埋深浅，特别是用于渠道防渗时，被人畜或植物根系弄破。这些问题很容易发生，但又是可以避免的。
2容易脆裂。土工膜在低温环境下，性能恶化，容易脆裂。这方面可通过选择耐低温的品种或增加保護层厚度解决，一般也不成问题。
3老化问题。土工膜在接触阳光、冷热气候、臭氧的条件下，将较快老化而失去性能。但埋在水中或处于水下的土工膜，由于不接触以上因素，其老化还是相当慢的。目前对土工膜的使用寿命，还没有一个确切的规定，试验研究和实测资料都表明，在正常的保护条件下，其寿命可达50～100年。
4化学腐蚀。土工膜遇上某些化学物质，如酸性、碱性液体，或矿物油，可能会被腐蚀破坏。不过在一般的工程应用中，不接触这些物质因而不必担心。但在用于封闭废弃的固体或液体时，则应考虑这方面的问题。
由于土工薄膜在工程中可能遇到以上几个问题，因此，要正确设计，精心施工，保证土工膜良好地工作。同时也可根据不同情况在土工薄膜上面或下面，或者上、下两面加以保护，将土工薄膜与针刺土工织物通过挤压、滚压或喷涂等工艺制成整体结构的复合土工薄膜，其土工织物能起到排水排气以及缓冲受力的作用，并能弥补薄膜自身强度之不足，又能改善接触界面的摩擦特性。它与单一土工薄膜相比具有以下优点：
（1）提高了土工薄膜的抗拉、抗撕裂、抗顶破及抗穿刺等力学强度；
（2）在相同应力作用下，伸长率有所减小，模量增大；
（3）趋于各向同性，能避免在物理条件和温度变化时所产生某个方向上的过量收缩和移动；
（4）易于避免下层土体冻融时土工薄膜的损坏；
（5）易于压力均布，避免应力局部集中；
（6）易于消散土工薄膜与土体接触面上的孔隙水应力及浮托力；
（7）改善土工薄膜的摩擦性能，增加其稳定性。因此，复合土工膜改善了薄膜的工程性能，简化施工程序，保证施工质量。目前工程中大多采用复合土工膜作防渗材料。
四、土工膜在水利防渗工程中应用的优点
土工膜是一种柔性防渗材料，具有可靠的防渗功能。土工膜可用于水库库盘防渗、土石坝的直立防渗墙或倾斜防渗层、闸坝的上游防渗铺盖、混凝土坝的挡水面防渗层、沥青混凝土面板或混凝土面板堆石坝的防渗层、尾矿坝的初期坝防渗层、渠道防渗、污水防渗和危险性废物料场的封闭等等。土工膜用于水利防渗工程，具有结构简单，施工方便，防渗效果好，节省工程造价，加快工期等显著优点。只要正确设计，精心施工，就可保证安全可靠地运行，宜于在我国大力推广。土工膜或复合土工膜用于堤坝防渗工程，除上述一般优点外，在力学上它还能够改善堤坝本身的结构性能。
1复合土工膜对堤坝应力的影响。在土体压缩变形时，复合土工膜由于是柔性材料蜷曲在堤坝内，当坝体承受拉应力时，由于它有较高的抗拉强度，故可承担土体的部分拉应力，从而抑制土体的应变。
2复合土工膜对堤坝竖向沉降的影响。当考虑复合土工膜与心墙间相对滑移时，坝体竖向沉降类同于未铺设复合土工膜的沉降等值线分布，其最大沉降量略小些，在复合土工膜处的等值线不连续。
3复合土工膜对堤坝水平位移的影响。复合土工膜采用接触单元模式，由于考虑相对滑移则上游坝壳向上游位移，比不设复合土工膜时位移要大。当复合土工膜采用线单元模式时，其上游坝壳的位移明显减小，增加了复合土工膜处的水平位移量，说明复合土工膜抗拉强度起着一定的抑制作用。
4渗流场的改变对应力的影响。对于具有渗流条件的堤坝，存在着体积渗透力，铺设复合土工膜后堤坝内渗流场发生了变化，坝体内应力应变随之发生变化，引起应力的重新调整，使小主应力有较大改变，而大主应力变化较小。
我国的堤坝建设心墙式垂直防渗大多采用单膜或多层单膜，斜墙式临水面铺设的土工膜大多采用复合土工膜。从已采用单膜的堤坝防渗效果以及SL／T225—98《水利水电工程土工合成材料应用技术技术规范》中对土工膜类型的规定看，单膜对低水头的小型水库防渗效果良好，仍然是一种具有竞争力的膜材。但在经济允许的条件下，复合土工膜有着更为优越的工程特性。
结束语
复合土工膜是利用聚乙烯或聚氯乙烯的增强改性， 压延成膜与涤纶针刺土工布热合而成，具有抗拉、抗顶破、抗撕强度高，延伸性能好，变形模量大，耐老化，防渗性能好，使用期长等特点。因其具有上述特点，在防渗工程中得到广泛推广，取得了良好经济效益和社会效益， 现已广泛运用于水利水电工程等建设工程中。
参考文献
[1] 马春生,焦守永.浅析坝基与坝体土工膜防渗施工技术[J]. 中国新技术新产品. 2009(05)
[2] 杜晓宁.浅谈复合土工膜防渗技术[J]. 科技信息. 2009(09)
[3] 黄月兰.复合土工膜在水库除险加固工程中的应用[J]. 陕西水利. 2009(03)
[4] 吴华.水利工程防渗处理施工技术应用的探讨[J]. 经营管理者. 2009(15)