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(duì)位移的可能性甚小。對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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。
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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(zhǎng)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(guò)渡層,確保薄膜的整體安全,提高其抗?jié)B性。對(duì)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。
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土工膜是一種由高聚合物制成的透水性極小的土工合成材料。根據(jù)原材料不同,可分為聚合物和瀝青兩大類。為滿足不同強(qiáng)度和變形需要,又有不加筋和加筋的區(qū)別。聚合物膜在工廠制造,瀝青膜則大多在現(xiàn)場(chǎng)制造。
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國(guó)內(nèi)外制造土工膜的基本材料大致可分為如下幾種:
(1)熱塑性材料:如聚氯乙烯(PVC)、耐油聚氯乙烯(PVC-OR)等;
(2)結(jié)晶熱塑性材料:如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)等;
(3)彈性材料:如二烯一異丁烯橡膠(IIR)、氯丁橡膠(CR)、環(huán)氧丙烷橡膠(CV)等;
(4)熱塑性彈性材料:如氯化聚乙烯(CPE)、氯磺聚乙烯(CSPE)、氯化聚乙烯熔合物(CPE-A)等;
(5)瀝青和樹(shù)脂:如瀝青、煤焦油瀝青、改性瀝青、環(huán)氧樹(shù)脂和丙烯樹(shù)脂等。
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二、臨水坡土工膜的結(jié)構(gòu)性:
在結(jié)構(gòu)上,土工膜不宜直接與粒徑較大的土石料接觸,應(yīng)根據(jù)需要在兩面設(shè)置細(xì)粒墊層或一面設(shè)置墊層一面設(shè)置保護(hù)層。當(dāng)采用土工膜斜墻防滲時(shí),如果壩體為土石混合料或砂卵石,土工膜兩面應(yīng)鋪設(shè)一定厚度的墊層。墊層可用中粗砂,也可用粒徑1cm或2cm以下的碎石。墊層以外,有時(shí)還需設(shè)置過(guò)渡層,以與壩殼土石料銜接。土工膜的墊層之上可直接砌筑塊石或混凝土護(hù)坡。
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當(dāng)渠道中應(yīng)用土工膜防滲時(shí),斷面開(kāi)挖好后,如果地基為壤土或砂土,清除樹(shù)根、碎石等尖硬雜物后,平整夯實(shí),即可鋪設(shè)土工膜。如果地基條件不利,需先鋪設(shè)墊層。墊層材料有素土、細(xì)砂、水泥土、三合土等,厚度20cm以下即可,平整夯實(shí)后,在其上鋪設(shè)土工膜。
土工膜上面的保護(hù)層,可用一般土料、干砌石(或漿砌石)、預(yù)制(或現(xiàn)澆)素混凝土等。一般土料厚度為50cm左右,干砌石(或漿砌石)為20~30cm,混凝土板為5~15cm即可。干砌石(或漿砌石)、混凝土板保護(hù)層與土工膜之間,還宜設(shè)墊層,以保護(hù)土工膜不被刺破或頂破。
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