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浅谈土工合成材料在水利工程建设中的防渗应用

发布时间:2013-11-29   |  所属分类:水力:论文发表  |  浏览:  |  加入收藏

摘 要: 本文主要阐述了土工合成防渗材料的种类及其特点,并针对土工合成材料在水利工程建设中渠道防渗工程运用中存在的一些问题进行分析论述,仅供参考。

关键词:土工合成材料,水利工程,防渗工程

1 土工合成防渗材料的种类分析

土工膜的原材料有聚合物(热塑材料) 、沥青产品和合成橡胶等几类,而以聚合物为主。聚合材料中主要的品种是聚乙烯和聚氯乙烯。两者的产量占总产量的70%以上。按土工膜的防渗作用可分为聚合物单膜和复合土工膜、沥青制品、橡胶垫。

以高分子聚合物为原料的土工膜种类很多,在水利工程中最常用的有: 聚氯乙烯(PVC) 、氯磺化聚乙烯(CSPE) 、氯化聚乙烯( CPE )、低密度聚氯乙烯(LDPE) 、高密度聚乙烯(HDPE)和弹性聚烯烃( EL-PO)等。土工膜的厚度为0.25~4 mm,最常用的是0.5~1.5 mm,土工膜的幅宽一般为2~4 m,特殊需要时可加宽到10m。为了提高土工膜的力学性能,可用土工织物加筋,用作加筋的有纺织物有绵纶丝布和绵纶帆布等,厚度较大的丙纶、涤纶无纺型织物常与土工膜组成复合土工膜,常用的品种为一布一膜和二布一膜,需要时亦可做三布两膜。复合土工膜将单膜的拉伸强度、抗刺破、抗顶破强度提高了2~3倍,具有竖向防渗、水平导水的功能,带布的一面还能增大与渠基土或过滤层、保护层之间的摩擦系数,对保护渠体稳定,以及抗冻胀均起到一定的作用。近年来,为满足实际应用场合的需求,各种高性能、功能性的原料相继出现,如: 采用断裂伸长率较小、断裂强度较高的玻璃纤维加固非织造复合土工布,制成的玻纤增强复合土工布在性能上将比由机织布或编织布加固的非织造复合土工布好得多。

土工合成材料膨润土垫(GCL)是近十年来在国外(主要是德国和美国)发展起来的一种新型的、主要用于防渗工程的土工复合材料,它是在压实性粘土衬垫(Compacted Clay Liner)的基础上发展而来的,大多数GCL在两层土工织物之间夹一层薄薄的膨润土,因此它可以兼有土工织物和膨润土的优点。它可以在城市固体废弃物垃圾填埋场中用于防止渗滤液污染地下水和防止雨水深入废弃物填埋场中,也可以用于渠道防渗。目前,GCL在发达国家用于渠道防渗的技术已经相当成熟。GCL主要生产国是美国和德国,可用的产品主要有如下几种: Bentofix,Bentomat,Claymat,Gundseal和NaBento。GCL 的厚度一般为7~10 mm,遇水膨胀后厚度可增大到原来的4~5倍。工厂制作的GCL产品一般长25~60 m,宽4~6 m,成卷堆运。

2  土工合成防渗材料的特点

2.1 土工膜的特点

土工膜是一种薄型、连续、柔软的防渗材料,具有下列优点: (1)防渗性能好。只要正确设计,精心施工,就能达到最佳的防渗效果。( 2)适应变形的能力强。土工膜具有良好的柔性,延伸性和较强的抗拉能力,所以,不仅适用于各种不同形状的渠道断面,而且适用于可能发生沉陷和位移的渠道。( 3)质轻,用量少,运输量小。土工膜薄,质轻,故单位重量的膜量,衬砌面积大,因而,用它做防渗材料,用量少。同时,运输量也小,对于交通不便,当地缺乏其他建筑材料的地区,尤为适用。(4)施简便,工期短。土工膜质轻,用量少,施工主要是挖填土方、铺膜和膜料接缝处理,不需要复杂的技术,方法简便易行,大大缩短工期。(5)耐腐蚀性强。土工膜具有较好的抵抗细菌侵害和化学作用的性能,它不受酸、碱和土壤微生物的侵蚀,耐腐蚀性能很好。因此,特别适用于有侵蚀性水文地质条件及盐碱化地区的渠道或排污渠道的防渗工程。(6)造价低。据经济分析,每平方米塑料防渗的造价为混凝土防渗的造价的1/10~1/5,为浆砌卵石防渗的1/10~1/4左右。一层塑膜的造价仅相当于1 cm厚混凝土板造价,即使采用混凝土板作保护层的塑膜防渗,由于保护层混凝土板较单层混凝土防渗板薄,其总造价仍不会高于混凝土防渗,但克服了土保护层糙率大、允许流速小、易滑塌和滋生杂草等缺点。

2.2 土工合成材料膨润土垫(GCL)的特点

土工合成材料膨润土垫(GCL )的主要优势表现在如下几个方面: (1) GCL柔性好,在张应变达20%的情况下,也不会增加其渗透率,而处在相同应变下的压实性粘土和土工膜,其水力渗透系数会急剧增加。(2) GCL用作渠道衬垫时,所需开挖量要比压实性粘土小。( 3) GCL有极强的自我愈合能力。由于膨润土的存在,它会在土工织物刺破处自我愈合,而且,上下层土工织物在针织或缝合纤维的作用下也约束了膨润土的迁移,进一步提高了其自我愈合能力。( 4)GCL抗张应变的能力强。大多数GCL 产品有着惊人的弹性和可塑性,他们能变形到抵抗5%甚至更多的张应变而不会导致其水力渗透系数大幅度提高。如果在GCL产品上覆盖60 cm 厚的土层,某些GCL 产品能承受更加严重的不均匀沉陷(张应变达30%) ,而不会增加其水力渗透系数值。(5) GCL抗干湿循环的能力强。受热后的GCL 产品会出现干缩现象,但是当脱水后的GCL产品被重新注入水后,出现的裂缝会再次闭合,其水力渗透系数又会回到原先的低值。(6) GCL抗冻融循环的能力强。有学者曾在一个大油罐内对3种GCL 产品进行多次冻融循环的水洗渗透试验,结果发现试验中的各种GCL 产品(Bentomat,Claymat,Gundseal)至少在3个冻融循环后,其水力渗透系数不会有明显的提高。(7) GCL比压实性粘土搭接方便,安装简单,施工速度快。

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