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人工铺设防渗复合土工膜施工工法

发布时间:2019-01-11 阅读:34

       复合土工膜产品结构分为一布一膜、二布一膜、二膜一布等,幅宽可达6米;膜材厚度0.2mm—0.8mm,防护层土工布100g/m2—800g/m2;基布种类分针刺短纤维土工布、聚酯长丝针刺土工布、机织土工布、非织造土工布、玻纤网等;膜材(高分子合成材料)采用高密度聚乙烯(HDPE)、低压聚乙烯(LDPE)、氯化聚乙烯(CPE)、EVA(乙烯共聚物)、PVC等。目前广泛应用于水利堤坝、渠道、筑路、机场、房屋、环保等领域,具有良好的密闭防渗性能。在渠道工程上,一般均使用两布一膜的复合土工膜,其中间的膜材为黑色(含碳黑)。

一、工法特点

      渠道人工铺设复合土工膜操作简便、效率较高,部分工程也有类似成功经验,但大面积、集中铺设时,需要较多人员。

二、适用范围

     适用渠道防渗措施中各种复合土工膜的人工铺设作业。《土工合成材料应用技术规范》(GB50290-98)对土工膜的使用有明确的要求。

三、工艺原理

      人工铺设复合土工膜,就是利用人工将定尺的复合土工膜摊铺于渠道基面上,利用粘胶或专用焊接设备,将各幅土工膜连接在一起形成完整的防渗层。

四、施工工艺流程及操作要点

   (一)工艺流程

    场内运输→铺设→拼接→焊缝充气检测→土工布缝合

   (二)操作要点

      1.场内运输

      场内运输采用自制平板车。平板车宽1.2m,长4.0m,一次可以运输3~4卷土工膜。装车后由人工运至施工现场。

      2.铺设

      采用人工铺设。在铺设前,在与土工膜幅宽等宽的砂砾料面(或开挖基面)上搭设两排木板,铺设时,由4人在坡顶上拉住土工膜,在坡面上左右两侧木板上各站1人,扶住土工膜卷,缓慢的在坡面上展开土工膜。两幅土工膜在进行铺设时,必须考虑拼接的重合叠加,一般控制在15~20cm,以利于拼接。

     3.拼接、检测、缝合

     a.复合土工膜的接头施工前应先进行工艺试验。在复合土工膜生产时,幅边预留16cm土工布与土工膜的非粘接宽度。根据防渗要求的不同,复合土工膜接头可采取热熔焊接或专用粘胶粘结。采用热熔焊接方式,则应进行焊接设备的比较,取得焊接温度、焊接速度以及施工工艺要求等试验参数;若采用粘结方式,则应进行粘结剂比较、粘结后的抗拉强度、延伸率以及施工工艺等试验。

      b.在两幅土工膜接头处底部搭设木板,用做拼接操作平台。木板必须光滑,无毛刺等瑕疵,防止刺破土工膜。

      c.将相邻两块复合土工膜接头处的土工布揭开,对膜材粘结面进行清扫,将油污、灰尘、水渍、丝毛等清除干净。

      d.焊接。现在市场上用于复合土工膜焊接的机械设备较多,可以适用各种土工膜的焊接要求。一般情况下,焊接机械形成的焊缝宽度为12.5mm,共2条,中间形成的空腔宽12mm,用于检查焊缝质量。

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土工膜焊接机

      先将下层土工布进行缝合,现场调整两幅膜焊接边缘走向,使之搭接15cm,设置焊缝两条,每条宽12.5mm,两条焊缝间留有12mm的空腔。焊接前用电吹风吹去膜面上的砂子、泥土等脏物,保证膜面干净,在焊接部分的底下垫一条长木板,以便焊机在平整的基面上行走,保证焊接质量。正式焊接前,根据施工气温进行试焊,确定土工膜焊接机的行走速度和施焊温度,一般掌握行走速度1.5~2.5m/s,施焊温度视膜的厚度而定。一般0.3-0.5mm厚度的土工膜,焊接温度建议在300-350°之间;0.5-1.0mm厚度的土工膜,焊接温度建议330-380℃之间;1.0-1.5mm厚度的土工膜,焊接温度建议在360-420℃之间。

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      e. 粘接法是采用化学粘剂人工粘接。化学粘剂一般为KS热熔胶粘剂,使用前需进行质量检测,包括软化点、抗渗压力、180℃剥离强度、T型剥离强度、粘接抗剪强度、耐水性等指标。此种粘剂呈固态黑色或棕色,以乙烯和醋酸乙烯共聚物为基材,添加适量的增粘剂(松香)、胶液粘度及凝固速度调节剂(石蜡)和少量抗氧化剂(二叔了基对甲基苯酿之类的物质)以减缓热熔胶的老化速度。施工程序为:KS胶成品→加热至180-220℃→熔化成液体状→金属辊子涂胶→粘合 --> 检查有无翘曲、突起、脱胶、孔洞、疏松、缺胶、错位等 --> 质量认定。 

     粘剂必须均匀布满粘结面,不过厚、不漏涂。在粘结过程中和粘结后2h内,粘结面不得承受任何拉力,严禁粘结面发生错动。按规范要求,土工膜接缝粘结强度不低于母材的80%,土工织物接缝粘结强度不低于母材的70%。

     f. 检测、缝合。采用充气法逐段进行焊缝检测。充气设备包括气针、压力表(显示5 Mpa以内)、充气筒、热焊枪。双缝充气长度为30m-60m,双焊缝间充气压力达到 0.15MPa-0.2MPa,静观5min,压力无明显下降即为合格。检测完毕后立即对检测时所做的充气针孔全部用挤压焊接法补堵,采用缝包机将表层的土工布缝合。

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五、材料与设备

1.复合土工膜材料

      根据《土工合成材料应用技术规范》(GB50290-98)的规定和《聚乙烯(PE)土工膜防渗工程技术规范》(SL/T231-98)要求,PE土工膜物理力学性能指标应符合下列要求:

     1)密度(ρ)不应低于900kg/m3。

     2)破坏拉应力(σ)不应低于12MPa。

     3)断裂伸长率(ε)不应低于300%。

     4)弹性模量(E)在5℃ 不应低于70MPa。

     5)抗冻性(脆性温度)不应低于-60℃。

     6)联接强度应大于母材强度。

     7)撕裂强度应大于或等于40KN/m2。

     8)抗渗强度应在l.05MPa水压力48h不渗水。

     9) 渗透系数应小于10-11cm/s。

     10) 符合《食品包装用聚乙烯成型品卫生标准》(GB9687-88), 土工膜无毒性,对水质无污染。

      11)土工膜不允许有砂眼、疵点、杂质;土工织物不允许厚薄不均。

2.设备

     a.焊接设备为专用的复合土工膜焊接机;

     b.焊缝检测设备(仪器)包括活塞压气筒、压力表、电热风机。

六、质量控制要点

      ⑴严把质量关,进场后取样进行检测,不合格的土工膜严禁使用,必须清出施工现场。

      ⑵复合土工膜的接头施工前应先进行工艺试验,取得焊接机械的行走速度、控制温度等参数后才能进行施工;

      ⑶搭接时,应遵循高处的膜压在低处的膜面、按水流方向上游膜压在下游膜面上的原则。土工膜顶部应锚固于封顶板的混凝土中,并压在路缘石下土层中,以形成整体防渗层,其锚固长度应符合施工图纸的要求。

      ⑷土工膜应剪裁整齐,保证足够的拼结宽度。当施工中出现脱空、收缩起皱及扭曲鼓包等现象时,应将其剔除后重新进行拼结。土工膜与基础面应压平贴紧,避免架空,清除气泡,以保证安全。

      ⑸空气湿度超过60%、气温低于5℃时,会严重影响焊接或粘接质量,严禁进行施工。

      ⑹焊接时,严禁施工人员直接踩踏在土工膜上。用木板或梯子放在斜坡上,施工时人员站在木板上施焊;要采取有效措施防止机械损伤己铺设完成的土工膜。

      ⑺土工膜拼结好后,必须妥善保护,避免阳光直晒,以防受损。对施工过程中遭受损坏的复合土工膜,应及时进行修补。土工膜下部基层不符合要求的料物要进行清除,填入合格料物并予整平。对受损部位,应外铺一层合格的复合土工膜在破损部位之上,其各边长度应至少大于破损部位lm以上。

      ⑻焊接过程中,要保持膜面的清洁,各种杂物、灰尘等必须清除干净,水渍要用干净抹布擦净,保持膜面干燥。

      ⑼土工膜焊接过程中,两幅土工膜搭接的宽度要保持一致且要保持平顺,两侧的膜面土工布要卷至焊机行走轨迹之外,防止焊机在行走过程中因出现折卷、缠绕现象而造成膜面烫伤。

      ⑽土工膜粘接时,粘剂必须均匀布满粘结面,不过厚、不漏涂。在粘结过程中和粘结后2h内,粘结面不得承受任何拉力,严禁粘结面发生错动。

      ⑾膜面上下层土工布的缝合。在进行土工布缝合时,要保证上下面缝合面错开。具体见下图。

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七、安全措施

     ⑴操作人员在铺设作业时,应穿软底防滑鞋,站在搭设于坡面的木板上,防止跌落。

     ⑵土工膜焊接时,机器预热后要先开动行走装置,再下压焊接板,一条焊缝到末尾后,要先提起焊接板再关机。

    ⑶如遇到焊接过程中出现卡阻现象,要立即切断电源,不得用手触摸焊接机底部的焊接板,防止烫伤。

    ⑷对于焊接行走机构转轴上缠绕的土工布丝絮,不得在转动状态下用手取出,应在停机状态下采用专用的工具取出。

    ⑸土工布的缝合由操作熟练的工人进行。缝合时,要先捋顺布口,严禁由一个人操作一手牵布、一手进行缝合,避免缝包机刺穿手指。

八、环保措施

     ⑴采用专用粘胶粘接土工膜时,现场加热胶应处在下风口。

     ⑵现场裁剪的多余的土工膜废料不得采用焚烧的方式处理,由专人收集后集中掩埋或溶解销毁。

     ⑶焊接时,操作人员要佩戴手套、口罩,以防烫伤或吸入有害气体。

九、效益分析

     ⑴现在市场上生产土工合成材料的厂家较多,质量参差不齐,价格也差别很大。在计算造价前,必须进行严谨的市场调查,在保证质量的前提下,选择适当价格的土工膜。

     ⑵因技术原因,土工膜机械铺设的技术尚不成熟,因此土工膜的铺设主要以人工为主,人工费较高。

十、工程应用实例

      南水北调中线一期工程总干渠膨胀土试验段工程(南阳段)位于南阳市卧龙区靳岗乡,全长2.05km,分为填方试验区、弱膨胀土试验区和中膨胀土试验区等三个试验区、共13个亚区,每个试验亚区布置了不同的试验方案,其中有10个试验亚区采用了复合土工膜。这10个亚区渠道边坡均为1:2,坡顶为路缘石,坡脚为齿槽,底板宽度15.89m~22m,混凝土面板下全断面铺设复合土工膜。渠道断面的复合土工膜均铺设在砂砾料垫层上,顶部埋入混凝土路缘石下,与马道路面下的土工膜相接,端头埋入马道下排水沟。复合土工膜铺设施工采用的技术参数如下:

a.原材料

      采用576g/m2的两布一膜复合土工膜。其中膜选用厚0.3mm的聚乙烯土工膜;布选用宽幅(宽大于5m,150g/m2)聚酯长丝针刺土工布。技术指标如下:

     序号项目单位测试方法要求指标

    1单位面积重量g/m2SL/T235-1999≥576(膜厚0.3mm)

    2厚度(与法向压力关系)mmSL/T235-1999≥2.7

    3断裂伸长率%SL/T235一1999>50

    4断裂强度KN/m2SL/T235一1999≥14

    5CBR顶破强力KNSL/T235-1999≥2.8

    6撕破强力KNSL/T235-1999≥0.4

    7耐静水压MPaSL/T235一1999≥0.6

    8垂直渗透系数cm/s<1×10-11

    9碳黑含量膜为黑色%≥2

    10产品幅度m≥5

b.焊接机械

      采用福州杰因特塑料焊接设备有限公司与科研院所联合研制的新一代土工膜自动爬行Jointer系列土工膜焊接机。该机的参数为:输入电压220V、频率50Hz、功率800W、焊接速度0-4m/min、加热温度0-450℃、焊接材料厚度0.3mm-1.5mm、焊接宽度12.5mm(共2条)、中间空腔12mm、焊缝强度≥85%母材(剪切方向抗拉)、整机重量5Kg、绝缘等级II类。该机器采用热楔式结构,采用自动恒温PID控制,温度波动小,速度控制部分采用脉宽调制(PWM)自动稳压稳速电路,直流伺服电机驱动,速度恒定。

c.焊接参数

     焊机行走速度2.0m/min,施焊温度为300℃。

d.成本估算

     人工费3.5元/m2,材料费15.0元/m2,机械使用费0.8元/m2,其他费用1.0元/m2,合计20.3元/m2。

e.效果评价

     人工铺设复合土工膜防渗效果较好,铺设及焊接操作易掌握,但人工消耗较大。