土工薄膜作用機(jī)理:由于薄膜的極弱透水性,可將其應(yīng)用于堤壩中起隔水作用。當(dāng)薄膜置于壩體中心作防滲心墻時(shí),其兩側(cè)的筑壩材料特性基本相同。因而,在施工和蓄水期,薄膜兩側(cè)壩體豎向沉降同時(shí)發(fā)生且基本一致。由于薄膜心墻相當(dāng)柔軟,可隨壩體同時(shí)下降而蜷曲在堤壩體內(nèi),故薄膜與堤壩體材料兩者的變形基本協(xié)調(diào),產(chǎn)生相對位移的可能性甚小。對于水平位移而言,施工期堤壩體內(nèi)的上、下游兩部分壩殼各自朝上、下游方向發(fā)生變形,因而對薄膜心墻的影響甚微。但在蓄水期,受上游水壓作用,壩體的水平位移均朝向下游。心墻上游壩體的水平位移將抵消施工期其向上游的變形,而心墻下游壩體位移量將增加。這時(shí),薄膜隨壩體的水平位移將產(chǎn)生拉伸應(yīng)變。鑒于薄膜具有較高的抗拉強(qiáng)度,能對壩體的水平位移產(chǎn)生抑制作用。抑制作用的大小取決于薄膜的抗拉性能。當(dāng)采用薄膜連同心墻土料作組合防滲體時(shí),薄膜置于上游壩殼與心墻土料之間,其兩側(cè)的材料特性截然不同,且壩體內(nèi)各部位的豎向沉降或水平位移均相差甚大。柔軟的薄膜可隨壩體的變形而位移,但因其兩側(cè)變形量不同,且薄膜與心墻土料、薄膜與上游壩殼材料間的摩擦力也不一致。薄膜將隨著摩擦力較大的一側(cè)同時(shí)變形,而對具有一定摩擦力的另一側(cè)產(chǎn)生抑制作用。薄膜的抗拉強(qiáng)度將抵抗因壩體各部位位移的不同而產(chǎn)生拉伸應(yīng)變,同時(shí),又抑制著壩體的應(yīng)變,兩者相輔相成。
此外,防滲薄膜置于支撐材料之間,必然遭受支撐材料的擠壓,尤其在蓄水后又受到水壓的作用,則薄膜可能在支撐材料的孔隙中產(chǎn)生頂破;同時(shí),還可能被支撐材料尖銳棱角所刺破,最終喪失其抗?jié)B性。薄膜的頂破和穿刺程度取決于法向應(yīng)力的大小、支撐材料的形狀和大小、薄膜自身的強(qiáng)度和伸長率。因此,在設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)根據(jù)土工膜的受力情況,確定其抗拉強(qiáng)度,選擇合理的材料,做好土工膜上下過渡層,確保薄膜的整體安全,提高其抗?jié)B性。對于重要堤防工程的防滲加固,目前普遍采用垂直防滲或臨水坡鋪設(shè)土工膜以及兩者聯(lián)合防滲等形式,可大大縮短施工工期。許多工程實(shí)錄都表明它的防滲效果良好、經(jīng)濟(jì)、施工方便,有推廣使用的價(jià)值。
土工膜在水利防滲工程中應(yīng)用情況及優(yōu)缺點(diǎn):土工膜在壩工中的應(yīng)用,從地域上看已很廣泛,國內(nèi)已經(jīng)普遍接受了這種新型的防滲材料和技術(shù)。許多工程實(shí)錄都表明它的防滲效果良好、經(jīng)濟(jì)、施工方便,有推廣使用價(jià)值。國內(nèi)在壩工中使用土工膜防滲雖然較晚,但從土工膜承受20m以上水頭的實(shí)例所占的百分?jǐn)?shù)來看,接近了國外的水平,且國內(nèi)也有土工膜承受超過50m水頭的實(shí)例。這些都說明國內(nèi)在壩工使用土工膜的技術(shù)水平已逐漸接近國際先進(jìn)水平。關(guān)于土工膜的厚度目前有兩種觀點(diǎn):一種是主張用厚膜(膜厚>1.0mm),以歐洲國家為多;另一種觀點(diǎn)是使用薄膜(膜厚<1.0mm),以美洲國家和我國的實(shí)例較多,這些壩的使用情況至今仍然很好,因而值得很好地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)上述情況以及目前SL/T225-98《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)技術(shù)規(guī)范》和GB50290-98《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中所列入的土工膜在堤壩中的防滲使用規(guī)定,都表明土工膜防滲技術(shù)在我國堤壩中的應(yīng)用已經(jīng)逐漸成熟。這將為這項(xiàng)新技術(shù)和新材料在堤壩中的推廣應(yīng)用提供良好的范例。
復(fù)合土工膜與斜墻間排氣:
為了適應(yīng)壩體不均勻沉陷,避免薄膜破裂,鋪膜時(shí)膜要松弛,由于混凝土面板或?yàn)r青混凝土斜墻密封不透氣,所以膜下空間被空氣占據(jù)。當(dāng)水庫蓄水后,水從膜施工缺陷的地方滲入膜下面,一部分空氣可能從復(fù)合土工膜的缺陷中跑出,另一部分仍存在膜下并被壓縮,完好部分膜下面的空氣亦被壓縮。水庫水位降落時(shí),如果復(fù)合土工膜背后排水管排水不暢,則膜后水位將高出庫水位,水壓力有可能將膜頂起或頂破,解決此問題一方面要加強(qiáng)排水,另一方面要排氣。
一般在壩坡上沿壩軸線方向每隔20m留一排1m寬排氣道,排氣道處復(fù)合土工膜與斜墻不用粘接劑粘貼,并將復(fù)合土工膜有意拱起,以形成通道。當(dāng)水庫蓄水時(shí),庫水位抬高,水壓力作用在復(fù)合土工膜上,壓縮復(fù)合土工膜下的空氣,空氣向上跑,通過排氣通道,經(jīng)“煙窗”排到大氣中?!盁煷啊本o貼防浪墻內(nèi)邊布置,高出洪水位,為防雨水倒灌,煙窗頂端裝設(shè)向下的彎頭,“煙窗正對排氣道”,沿壩軸線間距亦為20m。