土工膜应用于工程建设中的土工合成材料, 在20世纪30年代末或40年代初,人们就将聚氯乙烯土工膜应用于游泳池和输水渠道的防渗,应用于大;t贝防渗则是在20世纪70年代以后的事情。例如, 1967年修补79m高的桓仁混凝土坝时, 采用了两层1mm厚的沥青一聚合物膜粘贴并锚固于上游坝面, 至今已运行42年,防渗效果很好(顾淦臣, 2009年)。自20世纪80年代以来,我国的土石坝防渗加固、库区防渗, 以及施工围堰和尾矿库的防渗等, 大多采用聚乙烯土工膜或复合土工膜,都取得了良好的防渗效果。20世纪90年代,在美国和德国出现了土工合成材料粘土衬垫(Geosynthetic Clay Liners,缩写为 GCLs)。 这种类型的新材料同样具有较低的渗透系数, 而且适应不均匀变形的能力强, 也逐渐在土木工程领域得到了应用。例如,在垃圾填理场、人工湖、污水处理池防渗工程中均有所应用 。目前土工合成材料主要应用于以下方面:
1)在水利水电领域,作为大坝、堤防、水层围堰等的防渗层,或对渗漏堤坝进行贴面防渗加固。
2)作为水利工程的输水渠道和农业灌溉主渠道的防滲衬里 。
3)在干旱半干旱地区,作为城市景观水体(如湖泊和河流)的防滲衬里。
4)在地下工程建设与地下空间开发中, 作为隧道、地下室、地下仓库等的防渗层。
5) 在环境工程中, 无论是垃圾填理场, 还是其他有毒有害废弃物的储存, 都需要更加严格的隔离措施。土工膜或単独或与其他防渗材料一起构成有害物质的防扩散屏障。
6) 可用于垂直防渗墙的建设, 阻断地下水的側向径流。
另外, 土工膜也可以用于一些特殊地基土的病害防治, 如防止膨服土的遇水膨胀和湿陷性土的遇水湿陷,以及用土工膜截断毛细水上升通道,借此消除冻胀土对建筑物的危害, 防止一些地区土壤的盐碱化。可见, 土工膜在工程中的应用非常广泛。
本文简单介绍土工材料在岩土工程、环境土工、水利工程和道路桥隧工程等领域的工程应用情况。
1.在水利工程中的应用
水利工程是土工材料的主要应用领域之一 , 水工结构 (大坝和渠道等) 与水相互作用, 而水是自然环境中具有破坏力的因素之一。 土工材料的使用可以减弱或调节水工结构物与水之间的相互作用, 增加水工结构物的稳定性, 延长其使用寿命 。
土工材料在水利工程中主要有以下用途:
1)大坝与渠道防渗。利用土工膜减小或阻止水的渗透。
2)河道与渠道防护。用土工膜减缓或阻止流水的侵独。
3)大坝与大堤的排水与反滤。 应用土工织物或土工网提供提坝的排水路径, 土工织物的过滤作用可阻止土颗粒的流失。
4)江河大堤的加筋 。 应使用土工格栅对大堤本身或对其基础进行加筋加固 。土工膜几乎不透水, 经常被用在大坝的迎水面上以形成水力屏障。 除了新建大坝采用土工膜防渗外, 渗漏严重的旧混凝土大坝除险加固的有效手段是外贴土工膜。土工膜可直接暴露在外,也可采用混凝土板覆盖进行保护。裸露型的土工膜会因紫外线引起的降解作用而缩短寿命,但用裸露土工膜修复要比设置覆盖型土工膜容易得多 。 被覆盖的土工膜容易损坏, 比如被坚硬材料刺穿 。 为了预防土工膜的刺穿,可在其下方(需要时包括上方)铺设一层土工织物作为缓冲衬垫。土工膜的渗漏主要发生在存在缺陷的接缝处和被刺穿的孔洞处,因此必须通过严格的施工质量控制措施以减少施工缺陷,并通过施工质量检测, 发现缺陷并及时补修。为了保护水工结构物, 经常在土工膜后设置土工网或土工织物一土工网组成的排水系统进行排水, 渗漏的水被收集储存并通过设置在大坝中或大坝后的导管排到水库中。
