渠道工程复合土工膜施工工法.docx
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渠道工程复合土工膜施工工法
渠道工程复合土工膜施工工法
1.前言
复合土工膜（复合防渗膜）分为一布一膜和两布一膜，土工布作为土工膜的保护层，使保护防渗层不受损坏。
一般幅宽4-6m，膜厚0.2-0.8mm，重量为200—1500g/m2，抗拉、抗撕裂、顶破等物理力学性能指标高，具有强度高，延伸性能较好，变形模量大，耐酸碱、抗腐蚀，耐老化，防渗性能好等特点。
其选用高分子材料且生产工艺中添加了防老化剂，可在非常规温度环境中使用。
南水北调中线一期工程总干渠渠道衬砌防渗层设计为复合土工膜，河南段采用600g/m2（150g/m2-0.3mm-150g/m2）的长丝两布一膜复合土工膜，幅宽6米，表面加糙。
该工序为关键工序，《南水北调中线一期工程渠道工程施工质量评定验收标准》（NSBD8-2010）将其划为重要隐蔽单元工程。
2.工法特点
2.1焊接设备结构简单，操作方便、灵活，易掌握。
2.2连续作业，施工快速、效率高效，且需用人员较少。
2.3作业条件要求较高，晴天常温作业，基面平整，膜面清洁、干燥。
3.适用范围
主要适用于渠道工程、水库大坝、养殖池、隧道等防水防渗的工程施工中。
可满足水利、市政、建筑、交通、地铁、隧道、工程建设中的防渗，隔离，补强，防裂加固等土木工程需要，也可用于废料场的防污处理。
4.工艺原理
复合土工膜是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，防渗性能好，使用期长。
人工将预定的复合土工膜铺在渠基床上，再利用焊接或胶粘专用设备，将各幅土工膜连接在一起，形成完整的防渗层，土工膜上衬砌混凝土面板，形成一个整体完全封闭的防渗体系。
5.工艺流程及操作要点
5.1工艺流程
图5-1渠道工程复合土工膜施工工法工艺流程图
5.2储存及运输
5.2.1复合土工膜选用专用场地，将该场地加高，复合土工膜上部用彩条布包裹，以防太阳暴晒和雨水进入。
5.2.2在从仓库运到施工现场时要一次到位，尽量减少不必要的装卸和移动次数。
5.2.3场内运输采用自制跑车，长9米，宽1.5米，使用方便。
根据施工进度来确定运输的数量，每天运输的复合土工膜在当天用完。
在运输复合土工膜时，防止运输途中受损，注意防止损害卷材表层。
5.2.4在施工中发现复合土工膜有裂口、空穴等问题时，应采取补救措施或挑除不用。
5.3复合土工膜铺设
5.3.1渠坡采用人工铺设。
铺设时先将钢管插入土工膜卷装轴牛皮纸管中，并在钢管两端布设牵引绳，人工牵引绳缓慢将复合土工膜由坡顶放至渠底。
两幅相邻的复合土工膜铺设时搭接宽度为10-12cm，以利于复合土工膜的焊接。
左右幅铺设完成后，要求土工膜与基床面贴实，平整无突起褶皱，并避免人为和施工机械的损伤。
5.3.2衬砌施工中，为防止混凝土施工时复合土工膜顺坡向下滑移。
在一级马道渠肩处须将土工膜压紧固定，可用普通脚手架钢管将土工膜卷起，用竖向钢钎将钢管固定。
齿槽部位的复合土工膜铺设时，应适度松弛，且与齿槽紧贴。
5.3.3铺设后应对铺设的质量进行检测，以目测为主，对铺设不平、不正、有可能影响焊接的需进行调整。
5.4复合土工布缝合
5.4.1为便于接缝，复合土工膜两侧预留10-20cm宽光面膜，垂直于水流方向铺设，搭接宽度不小于10cm，上游一幅边压下游一幅边。
在复合土工膜焊接前先将底层布用手持式缝包机用高强维涤纶丝线缝合，缝合时针距控制在6mm左右，连接面松紧适度，自然平顺，确保土工膜与土工布联合受力；再将防渗膜焊接完成后，缝合上层布，搭接处上下层布翻折方向相反，以减少接头处复合土工膜的叠合厚度。
图5.4-1复合土工膜双缝焊接及土工布缝合示意图
5.5复合土工布焊接
中层土工膜采用热熔焊接爬行机焊接法拼接，搭接宽度不小于10cm，双缝焊宽度为2*10mm,双焊缝间空腔宽度为10mm。
5.5.1土工膜焊接工艺试验
复合土工膜焊接首先进行焊接工艺试验，工艺试验内容包括土工布的缝合试验、土工膜的焊接试验。
在热熔焊接爬行机预热调节好的工作状态下，做小样焊接试验：
试焊接1m长的复合土工膜样品，通过试焊确定合适的焊接温度和行走速度，以便达到最佳焊接效果。
焊接工艺试验一般可通过以下检验方法确定合适的试验参数：
（1）焊缝外观质量检查：
试焊时如果焊痕平整透明，表明焊接温度与行走速度合适；如果焊痕出现严重破损，则表明焊接温度过高或行走速度偏慢；如果焊痕不透明或呈白色，表明焊接温度偏低或行走速度偏快。
（2）焊缝人工撕拉检验：
试焊样膜采用手撕测试。
测试标准为：
手撕检查接缝坚固，母材被撕裂而焊缝不被撕裂，可以判定焊缝处焊接强度大于母材强度，判为合格。
（3）焊缝焊接强度检验：
在试焊的土工膜样品上裁剪下宽约10-12cm、长40cm的焊接接头两个，进行室内土工膜焊缝焊接强度破坏性张拉试验，检查焊缝张拉强度是否满足不小于母材抗拉强度的80％的规范要求。
（4）焊缝焊接质量检验：
用热熔风枪封堵小样焊缝两端，进行充气试验，满足充气气压达到0.2Mpa,持续5min无明显下降后，采用该速度和温度对现场土工膜进行焊接。
图5.5-1手持式缝包机图5.5-2热熔焊接爬行机图5.5-3热熔风枪
5.5.2现场生产性试验
在实施现场铺设施工过程中，用施工工艺试验得到的试验参数对首先铺设的几副土工膜再进行现场生产性试验，获得更为实际的施工参数和施工工艺，并提交工艺试验报告，明确具体人，实名签字，定专人焊接操作，进行大面积施工。
以TH-515型热熔焊接爬行机特性：
焊接时额定搭接宽度为10cm，温度档位分为0、100、200、300、400五个整百摄氏度档位，速度档位分为0、1、2、3、4、5六个整数档位，温度和行走速度调整档位均为螺旋，可进行灵敏的调整。
经施工工艺试验和现场生产性试验总结，该热熔焊接爬行机（以TH-515为例）土工膜焊接温度一般为300-350℃，行走速度一般在3-4档之间，水平面行走速度为2.5m/min。
5.6焊缝外观检查、补焊
每道焊缝焊接完成后，需对焊缝进行外观检查：
搭接宽度、焊缝宽度和两焊缝间空腔宽度，焊缝应平整美观、顺直平顺，焊缝轮廓明显，成透明玻璃态，无烫伤、气泡、虚焊漏点。
如发现问题，用记号笔做好记号，并立即用热熔风枪进行补焊。
5.7焊接质量检验
5.7.1土工膜充气检验前，将土工膜焊接区域起始端、终止端各不小于5cm范围内，用热熔风枪烤至软化后粘贴密实，使焊接区域土工膜空腔成为一个封闭的充气区，以以便于充气检验。
5.7.2复合土工膜焊缝充气检验应选择合适的检验工具，打压设备出气管连接气压表、逆止阀、针头外，不应有其他接头。
逆止阀能够防止土工膜空腔内气体不外泄，提高充气检验效果，可借鉴自行车内胎气门嘴闭气原理，在充气打压装置的三通与打气筒连接管内安装自行车内胎气门嘴，可以起到充气打压时闭气，保证土工膜空腔内气压不回流。
根据土工膜厚度选择大小合适的针头，穿刺土工膜的针头为锥形，检验过程中配备合格的秒表。
气压表经过质量技术监督部门检定合格。
5.7.3待焊缝封堵起始端、终止端温度完全冷却后在双焊缝间空腔处缓慢插入针头，针头应保持平行于土工膜，并不得晃动针头，以免扩大针眼。
充气检验时，不要人为摁住或扰动针头，当发现针头处漏气时，可用502胶或AB胶封堵针眼部位。
5.7.4当土工膜空腔内气压达到0.2Mpa后，开始记录时间，保持5min，压力无明显下降即为合格。
当充气检验不合格时，及时检查和补焊。
5.7.5充气检验合格后，人工裁剪直径为3-5cm的合格母材用热熔风枪修补针眼，粘贴补丁密实。
5.7.6每道焊缝焊接质量均须进行充气检验。
均应绘图、列表详细记录焊缝桩号、位置、长度接头位置、型状、焊接时间、人员与设备、检验时间、外观与充气检验结果、天气情况等。
图5.7-1充气测压置和现场检验过程
6.材料与设备
6.1材料
渠道防渗设计采用600g/m2（150g/m2-0.3mm-150g/m2）的长丝两布一膜复合土工膜，幅宽不小于5米，表面加糙。
复合土工膜采用吹膜加热复合法，复合土工膜不得添加再生料。
聚乙烯膜应为无色透明，无毒，对水质无污染。
表6.1复合土工膜性能指标
检验项目
单位
技术要求
聚乙烯膜
膜厚
mm
≥0.3
密度
kg/m3
＞920
破坏拉应力
Mpa
＞17
断裂伸长率
%
＞450
弹性模量在5℃
MPa
＞70
抗冻性能（脆性温度）
不应低于-70℃
撕裂强度
N/mm
＞60
抗渗强度
1.05MPa水压力48小时不渗水
渗透系数
cm/s
＜10-11
复合体
厚度
mm
≥2.7
断裂伸长率
%
＞50
断裂强度
KN/m
≥14
CBR顶破强力
KN
≥2.8
撕破强力
KN/m
≥0.4
剥离强度
N/cm
≥6.0
耐静水压
Mpa
≥0.6
垂直渗透系数
cm/s
＜10-11
备注：
上述质量标准摘自《南水北调中线一期工程总干渠黄河北～羑河北段招标文件-技术条款》。
6.2设备
表6.2主要机具设备和检验仪器
设备名称
型号或规格
单位
数量
说明
热熔焊接爬行机
TH-515
台
2
一台备用
手持缝包机
HF-90528
台
2
一台备用
热熔风枪
手持式
台
2
一台备用
充气测压装置
打气筒+压力表
套
2
一套备用
秒表
块
1
2
1
7.作业条件
复合土工膜允许施工的条件：
复合土工膜进场物理性检验已经合格；基床面施工完毕，各项指标验收合格后，计算好数量将复合土工膜用运输车运至施工现场内。
8.劳动组织
序号
工种
主要工作内容
人数
1
技术员
技术指导和施工过程控制
1
2
测量工
复合土工膜的定位测量
2
3
质检员
现场质量检验与控制
1
4
焊工
复合土工膜的缝合、焊接
2
5
普工
复合土工膜的运输储存、铺设
7
表8.1劳动力组织
9.质量控制
9.1质量标准
表9.1土工膜铺设质量检查项目和质量标准
项次
项目名称
质量标准
检查（测）方法
检查（测）数量
主
控
项
目
1
搭接宽度
设计值0～+20mm
尺量
现场实测：
每个单元检测5个搭接断面
2
焊接质量
充气实验，气压0.2MPa,5min后无明显压降
充气测压装置
现场实测：
每条焊缝均须充气测压
一
般
项
目
1
土工膜铺设
铺膜时应自然松弛与支持面贴实，不得褶皱、悬空，铺设后上端牢固定位
现场观察
现场目测：
每个单元检查不少于5个断面
备注：
上述质量标准摘自《南水北调中线一期工程渠道工程施工质量评定验收标准》（NSBD8-2010）。
9.2质量控制措施
9.2.1严把质量关，材料进场先进行检验，不合格的复合土工膜严禁使用，清除出现场。
9.2.2裁剪复合土工膜时，裁剪人员应认真检查复合土工膜有无破损、孔洞、撕裂等缺陷，若有，应及时用合格的母材修补，其范围应超出破洞周边10～20cm。
对难于修补的不合格部分应裁剪剔除掉。
9.3.3复合土工膜按照规定方式进行铺设，应到达平顺、整齐、无褶皱、无绷紧、无破损；与基础面之间应压平紧贴、避免架空。
9.3.4复合土工膜采用专用焊接设备焊接。
焊接人员须经生产厂的专业技术人员培训合格后方可上岗作业。
生产厂的专业技术人员必须在施工现场演示和指导复合土工膜焊接作业。
9.3.5每次焊接前，均应随机取样膜上试焊，进行充气试验。
测试标准为：
气压0.2MPa,5min内无明显压降方为合格。
9.3.6用钢尺控制复合土工膜搭接宽度不小于10cm，偏差在0～+2cm之间。
在施工中每条接缝应记录搭接宽度不少于5点。
9.3.7复合土工膜进行焊接时，应遵循高处膜压低处膜，上游膜压下游膜的方式进行焊接。
应保证两幅膜的搭接边沿平行，可减少热熔焊接爬行机行走时遇到的阻隔，以免烫伤光面膜。
9.3.8焊接前要把光面膜清理干净，各种杂物、灰尘、水渍用干净的麻布擦净，保持光面膜的干燥。
一幅焊接完毕后再对下一幅进行焊接，可以减少复合土工膜上的褶皱。
9.3.9应根据焊接时的天气、温度、季节等，适时调节热熔焊接爬行机的焊接温度和行走速度，以保证焊接质量。
当外界空气湿度过大、大风天气、气温过低时应停止施工。
9.3.10加强成品保护，严禁现场吸烟或使用打火机、火柴、化学溶剂或类似的东西；作业现场不得穿硬底鞋作业，鞋上不得有铁钉、铁掌之类能损害土工膜的东西。
10.安全措施
10.1施工人员进入施工现场前必须进行上岗培训和安全技术交底后才能上岗，要严格按照操作规程作业。
10.2渠坡施工中坡度较陡，人工上下坡面可在坡面上搭设上下梯板，且在马道上部设置缆绳牵引，以防滑落。
10.3做好日常安全管理工作，施工班组每天召开班前安全会，安全员每天巡检，项目部实行周检。
10.4复合土工膜在储存、运输保管过程中，需严禁烟火，应存放在远离火种，通风干燥处，并设专人保管。
10.5复合土工膜焊接人员要经过专业技术人员培训合格后上岗作业。
在使用过程中如果热熔焊接爬行机出现问题不得用手触摸内部零件，应在热熔焊接爬行机停止使用后10分钟后在进行维修，以防触电和烫伤。
10.6专职电工负责施工现场临时用电管理。
配电箱、开关箱的配置实行“三级配电、两级保护”，按照“一机、一闸、一漏、一箱”配置配电箱。
11.环保与文明施工
11.1现场材料、机具一定按指定的地点摆放，保证安全通道畅通。
11.2现场施工人员佩戴胶皮手套，以防烫伤。
11.3搞好宣传教育工作，争创文明施工、文明队伍的良好形象。
11.4施工完毕要对现场进行清理，做到“工完料净场地清”。
12.效益分析
12.1人工铺设复合土工膜防渗效果好，保证施工质量和设计使用年限，提高效益。
12.2设备结构简单，铺设及焊接操作易掌握。
12.3施工组织安排合理，工序间衔接紧凑，劳动强度低，人工投入少，节省劳力资源。
13.工程实例
实例1
我公司承建的南水北调中线一期工程总干渠安阳段第三施工标，渠道采用梯形断面，设计渠底宽度为13～18.5m，渠底内一级边坡1:
2～1:
3，渠道纵比降为1/28000,一级马道（堤顶）宽5.0m，堤顶至渠底深8.90米，设计水深7.0m，加大水深7.399m。
渠道衬砌主要采用混凝土衬砌，复合土工膜防渗。
渠坡衬砌结构自下而上为：
基面渠床、5cm厚粗砂滤层与强渗软式透水管及逆止式单向排水阀等渠道自排水结构、2cm厚聚苯乙烯保温板、复合土工膜、10cm厚混凝土面板。
实例2
我公司承建的南水北调中线一期工程总干渠辉县段第六施工标段，土质渠段衬砌采用梯形断面，设计宽度为14.5-15.5m，渠道一级边坡为1:
2-1:
2.25,二级以上边坡采用1:
1.5，渠道纵坡降比为1/20000，一级马道（堤顶）宽5.0m，堤顶至渠底深9.05m，设计水深7.0m，加大水深7.399m。
渠道衬砌主要采用混凝土衬砌，复合土工膜防渗。
渠坡衬砌结构自下而上为：
基面渠床、5cm厚粗砂滤层与强渗软式透水管及逆止式单向排水阀等渠道自排水结构、2cm、2.5cm、3cm厚聚苯乙烯保温板、复合土工膜、10cm厚混凝土面板。
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