复合土工膜力学特性及施工工艺试验

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1、复合土工膜力学特性及施工工艺试验复合土工膜力学特性及施工工艺试验一宝珠寺水电站二期上游围堰应用复合土工膜 防渗研究报告之二 1概述根据宝珠寺水电站二期上游围堰应用土工膜防渗研究报告之一的结论，宝珠寺水 电站二期上游围堰拟选用保护型复合土工膜.PVC主膜厚0.5mm,上层为200g/m2 土工织物，下层为300g/m2 土工织物共三层组成，土工膜铺在堰体上游面。但由 于复合土工膜不是定型产品，购这种规格的复合土工膜有困难。从1990年6月到 10月联系多处厂家均不生产上述规格的复合土工膜，只好对能购到的甲、乙、丙 三种复合土工膜进行比较选择，其中甲型膜为PVC主膜厚0.8mm两制土工织物均 为3

2、00g/m2。根据三种复合土工膜的强度试验结果并考虑到华源水利水电工程咨 询公司的咨询意见p决定采用无锡塑料制品厂生产的甲型复合土工膜进行力学 特性试验及现场工艺试验研究。根据我们提出的复合土工膜力学特性试验要求，委托成都科技大学水利系进行试 验，全部试验工作于九一年二月中旬结束,三月提交了试验报告。由于界面摩擦 试验系采用中型直剪仪进行直剪试验，尺寸较小，为验证试验成果，我们又在施工 现场补作了自然休止角试验。为进行复合土工腹施工工艺试验F将一期上游渡汛围堰的剖面设计成与二期上 游渡汛围堰剖面相似，也采用覆面复合土工膜防渗结构，其施工工艺基本上模拟 二期上游围堰，以便复合土工膜工艺试验成果能

3、直接应用于二期上游围堰。2复 合土工膜力学特性试验研究复合土工膜强度及延伸率试验2.1.对选定的甲型复合土工膜进行了母材及粘结接缝两种情况的抗拉、顶破、撕裂强 度试验，并测定破坏时的极限延伸率。试验分原状复合膜（即母材）和粘结接缝两种。接缝粘接长度5cm，土工织物面用LDJ-246胶粘接，PVC膜用PVC软胶粘结。原 拟用湖北大学生生产的HB-PVC软胶粘结，但粘接效果不好,后又改用广州东风化 工厂生产的施能牌PVC软胶粘结。粘接接头如图1所示：所有强度试验均在SHIMADZU万能材料机上进行，自制夹具。夹具尺寸以及拉、 顶、撕速度均参照“土工织物测试方法参考标准”。2.1.1抗拉强度及延伸试

4、验2.1.1.1试验尺寸、拉伸速度采取值方法进行了纵向（卷材长度方向）及横向（垂直卷材长度方向）取样，试验分宽条（宽 20cm ）及窄条（宽5cm）两种,夹具问试样长度均为10cm其中5cm为粘结接头，其 余5cm为原状复合土工膜。纵向、横向拉伸速度均为50mm/min。每种试验情况（纵 向、横向、母材、站结接头共四种组合）均采用几个试样抗拉强度峰值的平均值 及其巾对应的延伸率平均值。2.1.1.2拉伸试验中试件性状描述在复合膜母材拉伸过程中,织物和主膜侧向收缩量不同，织物侧向收缩量比主膜 大，宽条试样达峰值时，主膜侧向收缩4cm,织物侧向收缩达7cm。由于主膜与织物 的侧向收缩及延伸率相差太

5、大，达峰值强度时，织物与主膜分离，两侧织物很快拉 断，峰值强度约6000N，延伸率约35%-1900%,继续拉伸时，主膜强度约1600N-。 180-220%，主膜断裂时远伸率达1900N.粘结接头宽条试样拉伸性状有以下特点：粘结接头的抗拉强度取决于接头处织物粘结牢固程度，这与粘结方法、粘胶性质、 刷胶方法及粘结长度等因素有关。采用5cm粘结长度，LDJ-246胶粘结织物时 纵横向接头试件的抗拉强度平均值，基本能达到母材强度。由于粘结接头影响，接头处为双层受拉，伸长变形及侧向收缩均较小，峰值强度 时，纵向伸长率平均值为38%，不到母材纵向伸长率85%一半，横向伸长率平均值 为50%,为母材横向

6、伸长率的58%。织物与主膜侧向收缩差值减少，织物侧收缩量仅比主膜大16mm。2.1.2顶破强度试验2.1.2.1圆球顶破试验环形夹具内径45mm,磨光小球直径25mm，顶杆速率30mm/min,采用10个试样顶破 峰值的平均值作为顶破强度值。母材最小顶破峰值为3320N,最大峰值为3760N,平均值为3500N,顶杆位移量（复 合膜顶破变形量）25mm左右，两层织物顶破;顶杆位移28mm左右，然后主膜顶破， 主膜顶破强度800N。粘结接头处最小顶破峰值6120N,最大峰值6680N,平均值为6485N。因为圆球顶 破夹具内径仅45mm全为粘结接头，实际厚度相当于两倍母材，所以顶破强度也 接近母

7、材顶破强度的两倍。2.1.2.2平头顶破试验环形夹具内径150mm,平头顶杆直径50mm，顶破速率60mm/min,采用10个试样顶 破峰值强度平均值作为顶破强度。母材顶破强度最大峰值强度6400N,最小峰值强度4500N,平均值5500N。顶杆位 移量59mm左右时（相应于峰值强度）两层织物顶破;顶杆位移量67mm左右时，主膜 顶。3000N主膜顶破强度约，破.粘结接头处平头顶破最大峰值强度10600N,最小峰值强度8700N。峰值强度时， 顶杆位移量70mm左右，织物与主膜很快同时顶破。由于粘结接头处的厚度较母材 厚，所以其顶破强度也较母材高。2.1.3梯形撕裂强度试验试样为等腰梯形，上底

8、25mm,下底100mm,高75mm,在上底中部沿高度方向开15mm 剪口如图2所示。夹具夹在梯形不平行的两边，拉伸速率50mm/min,使试件沿剪口方向撕裂。纵横 向均采用5个试样撕裂强度平均值作为撕裂强度母材纵向撕裂强度最大值900N,最小值800N,平均值868N。母材横向撕裂强度最大值1000N,最小值620N,平均值828N。粘结接头处纵向撕裂强度最大值1500N,最小值138ON.平均值1460N。横向撕裂 强度最大值1560N,最小值1460N。平均值1510N。因为粘结接头处的厚度为母材的两倍,因而其撕裂强度也接近母材的两倍。复合土工膜的抗拉、顶破、撕裂强度试验成果汇总于表1复

9、合土工膜强度试验汇总表1表.3复合土工膜施工工艺试验利用导流明渠进口渡汛围堰（即一期上游渡汛围堰）作复合土工膜施工工艺试验， 因此，采用覆盖式复合土工膜将此围堰的防渗结构设计与二期上游围堰完全相同, 其剖面如图7所示。3.1 一期上游渡汛围堰堰体施工91年4月15日开始填筑堰体，填料为页岩弃渣，汽车来料、推土机平料,不洒水 填料层厚0.8m,重型振动碾有振碾压4遍，堰体压实较密实。4月底填筑至498 设计高程（堰高l3m）用推土机削上游坡。原计划在上游面设置厚0.6m的粒径?40mm砂砾料以保证上游玻面平整。但由于明渠底板砼浇筑，不允许从下游来 料，被迫从上游进料，然后挖除施工道路再削坡。由于

10、这种施工方法工期紧迫只得取消这细垫层料。修改设计通知要求填筑时用人工拣.出粒径,80mm的石料，但实际上未能做到这一要求，推土机削坡 后,上游坡面局部地方有大石露头或是凹陷。尽管如此，从宏观上看，坡面还是比较平顺的。对削坡后的上游坡面喷一层厚3cm的水泥砂浆垫层，其作用有二：增加复合膜与堰体上游坡面的摩擦力，也就是增加复合土工膜的稳定安全度。由室内试验资料知，复合膜与砼之间的摩擦系 数为0.54,而复合膜与砂砾料之间的摩擦系数仅0.39,由此可见， 在1:2的坡面上只有喷一层水泥砂浆才能使复合膜不滑动。防止在铺设复合膜的过程中，将坡面踩成坑洼不平。如在削坡 后铺设复合膜前下暴雨，也可防止雨水冲

11、刷坡面。总之，喷水泥 砂浆垫层后可使坡面较平整,不变形，从而使复合膜有一个较完 整平顺的支承面。喷水泥砂浆的配合比为1:1（水泥:砂），也可使 用50%的粉煤灰代替部分水泥。喷射作业从上到下，从左到右依 次进行，由拌合楼按配合比拌成干料，汽车运至一期渡讯围堰前 沿。人工装入喷浆机加风水后由喷咀喷射。每台班约可喷射 350m2。喷水泥砂浆后在复合土工膜现场预计粘结接头处，用水 泥砂浆抹一条宽30cm的光滑平整带以便复合土工膜粘结接头牢固.喷浆 垫层终凝后要求洒水养护三天后方能在其上铺设复合土工膜。 3.2复合土工膜的施工准备及加工制作 3.2.1复合土工膜的施工准备工作从无锡塑料厂购买的1500

12、m2复合土工膜，其PVC主膜厚0.8mm,两层土工织物各为300g/m2幅宽1.15m左右，卷长45-50m到货后试验成，三个试样取平均值,立即取样送成科大作强度复查试验 果列于表5.表5 一期渡汛围堰复合土工膜强度试验成果表宽条抗拉强度及延伸率顶破强度撕裂强度纵向横向圆头N平头N纵向N横向N 项目强度N延伸率强度N延伸率 试样复查样 5655 68 5570 89 2842 5250 890 951原样品 6160 85 62692 101 3506 5500 868 825复查样为原样品的 92.5 80 87.5 88 81 95.5 102.5 114.8设计值 6000 90 600

13、0 90 5500 850 850复查为设计值的 94.2 75.6 91.8 98.8 95.5 104.7 111.8 试验结果表明：除撕裂强度外，抗拉强度、延伸率、顶破强度 等重要指标均较原送样品差，也不满足设计要求，这说明该厂生产的复合膜质量 不稳定，且缺少检测控制质量的手段。但由于到货时间很迟（3月底），为不影响一 期渡汛围堰施工，只能采取这种复合膜。将四幅复合土工膜（宽度1.15）粘结成宽幅土工膜，粘结宽度5cm,分三层粘结,上、 下两层织物用LDJ-246胶粘结，PVC主膜用湖北大学生产的HB-软聚乙烯粘结剂 粘结。为培训工人的粘结技巧和试验粘胶性能，先在室内用小块复合膜进行粘结

14、 试验，试验表明，只要按要求操作LDJ-246胶可将织物粘结牢固，但PVC主膜用 HB-软聚乙烯胶效果很差，按照说明书，该粘剂是单组份溶剂型，剥离强度,0.1MPa, 剪切强度,0.481MPa（20?,固化24小时），但试件粘结24小时后，用手轻撕就撕开 了，目测粘接面也未溶解PVC主膜，由于该胶液挥发性很强,在粘接过程中挥发变 稠时间延长粘度增加，粘结质量稍好。据称该胶液只对特定的PVC膜效果好，因为 各种PVC的增主膜后要送梓品到厂家去作试验据此PVC购买p因而粘剂的配方也 不同，塑剂不同确定配方。在成都科技大学试验时用湖北大学生产的这种粘剂粘结PVC膜效果也 差，原来认为是粘剂过期失效

15、，成科大在市场购买的PVC软胶（广州东风化工厂生 产），粘结效果较好。3.2.2 宽幅复合土工膜加工制作宽幅复合土工膜拼宽结缝长度5cm,粘结形式见图1。其粘结顺序及工艺如下：3.2.2. 1使粘结面的织物与主膜分离：复合膜出厂时己在一侧幅边预留5cm粘结长度，但往往预留长度不够标准需要将 织物与主膜分开，试用了四氢呋喃与丙胴的混合液（1:1）及只用丙胴两种清洗液， 这两种液体浸透织物后均能使织物与主膜分离，因为四氢呋喃的价格为丙胴的4 倍,后来全部采用丙胴浸透织物，使织物与主膜分离。由于丙胴挥发性强，浸透织 物后要立即撕开织物。3.2.2.2对两层织物予涂底胶并随后粘结接缝因织物的吸胶量很大

16、，要刷两次胶，第一次刷胶在粘结前进行，称为予涂底胶，先 涂底层织物底胶，再涂上层织物底胶，要求粘胶涂满浸透织物并每隔80cm左右用 长3cm的木棍支撑使织物与主膜隔开,待胶凉干或用碘钨灯烤干后才能取下木棍 备用。要求用30cm宽5cm厚的光滑平整木板兰是在接缝处的下侧，如为砼地面，且地面 平整也可不用木板。垫板铺好后，在下层织物结缝面均匀涂一层胶，凉干或烤干后 将下层织物粘结好。随后用于棉纱头清擦PVC主膜粘结面,在主膜结缝面上均匀 涂刷一层PVC软胶、并立即粘合。紧接着上层织物粘绘画上均匀涂胶、迅速烤干后将上层织物接缝面粘结好。压缝及堆存3.2.2.3接缝粘结后，用装砂料编织袋迅速压在接头上静置4小时后方 能撤去编织袋。随后将宽幅复合膜幅边的一侧（异向）土工织物 撕开10cm并在