2.复合土工膜的选择
(1) 选材试验研究。生产土工膜的厂家很多，产品性能各异，对大型工程在大量使用土工膜前很有必要对产品进行调研和检验工作。为此专门立项进行了试验研究，共检测了
(2) 土工膜的指标。斜墙用二布一膜的复合土工膜，规格为
图3-3 | 主要控制指标表 |
项目 | 单位 | 一布一膜 | 二布一膜 | 备注 | |
单位面积质量（布） | g/m2 | 200 | 200 |
| |
厚度（膜）（2kPa压力下） | mm | 0.5 | 0.5 |
| |
抗拉强度 | 纵向 | kN/m | ≥10 | ≥16 | 5cm试样折算 |
横向 | kN/m | ≥8 | ≥12.8 |
| |
极限延伸度 | 纵向 | % | ≥60 | ≥60 |
|
横向 | % | ≥60 | ≥60 |
| |
撕裂强度 | kN | ≥0.3 | ≥0.5 |
| |
CBR顶破强度 | kN | ≥2.0 | ≥3.0 |
| |
(3) 施工前的准备工作。为了把工作做好，施工前进行了三项工作。
1)土工膜施工人员上岗前培训。土工膜施工是一项新工艺，为了确保质量、监理单位举办了上岗前培训班。由厂家派出工程师和有经验的操作手作为老师。培训班从理论到实践学习了“复合土工膜的特性”、“土工膜的施工工艺和操作规程”等，进行了实际操作训练，通过了笔试和现场实际操作考试，施工中持证上岗。
2)制定质量管理办法。复合土工膜质量管理包括工厂制作、运输、仓储、工地临时存放、现场铺设、连接以及保护等较多环节。工程根据国家有关规程，遵照设计要求和施工条件认真制定了《汉江王甫洲水利枢纽老河道两岸围堤防渗与护坡工程施工质量管理办法》，监理工程师据此进行质量控制和单元工程质量评定。管理办法要求施工单位必须建立健全质量保证体系，要从单元工程施工各工序着手，严格推行“三检制”，上道工序不合格不得进行下道工序施工。
3)土工膜质量检测和检查。包括抽样检测和现场检查，约
现场检查是第二道关口。土工膜在现场焊接前均对外观质量进行检查，主要看膜面有无熔点、漏点，厂家接头是否牢固；布是否均匀；留边处是否平整无褶皱等，发现质量问题应经处理后方可使用。对严重质量问题，如留边褶皱较多，厂家膜接缝焊接不牢，留边布比膜短不易缝合等，由监理工程师认证后进行了退货处理，以保证所有用于工程的土工膜全部为合格产品。
3.土工膜的施工
(1) 清基处理与垫层施工。地基表面应按设计要求清理干净，除去树木、草根和腐殖土以及乱石堆、坟墓、其他杂物，并回填井、塘、洞穴。达到平整度要求后，对砂基进行碾压密实，经监理工程师验收合格方可铺膜。围堤砂砾石斜墙先按设计断面削坡，清理坡面杂草，除去石块、树枝、铁丝等尖锐物，然后铺垫厚度不小于
(2) 土工膜铺设工艺。土工膜在厂家生产时按设计要求的长度裁断，这样在铺设时没有水平接缝，只有幅边的接缝。斜墙土工膜从上到下铺设，水平铺盖自坡脚向外铺设。铺膜时注意张弛适度，要求土工膜与垫层结合面务必吻合平整，避免人为和施工机械的损伤。
(3) 焊接工艺。第一幅土工膜铺好后，将需焊接的边翻叠，
PE膜采用ZPR一
织物的缝合采用GH9—2手提封包机，用高强维涤纶丝线。缝合施工时也需
土工膜连接完成，将第二幅翻回铺设好。再依次循环施工。二布一膜连接施工程序为：铺膜一焊膜一缝底层布一翻面铺好一缝上层布。二布一膜与一布一膜在斜墙坡脚处进行横向连接。
(4) 工膜端部固定。水平铺盖首端土工膜
(5) 土工膜应变观测。为了监测土工膜在施工过程中及此后的受力情况，在老河道左、右围堤段各选定了一个观测断面
图3-9 应变计在防水土工膜上的平面布设图(单位：cm) |
图3-10 防水土工膜应变测试曲线(1999．5) |
(1) 该工程在大量使用土工膜前进行了专门的选材试验，保证了质量。
(2) 严格控制了施工过程的每一个环节，如清基，铺膜、焊接、固定等，保证工程的施工质量是成功的关键所在。
(3) 使用的土工合成材料品种包括了两种规格复合膜和一种土工织物，膜
(4) 土工膜防渗比用传统的粘土防渗节省了很大投资（经计算约
[实例3-2]太湖大堤
太湖大堤的淤湖段过去是用块石与砂石堆筑起来的，防渗能力很差，渗漏问题较为严重，多年来一直未能解决。为了解决长期存在的渗漏问题，增强其抗洪能力，当地的水利部门于
土工膜也常用在混凝土坝的防渗上。河北省的温泉堡水库为一新建的碾压混凝土拱坝，坝高
土工膜不但在永久性坝工中应用有着满意的效果，更可以广泛地应用于临时性建筑物上，如挡水围堰。水口水电站的上下游围堰中用土工膜作为部分防渗心墙
桩膜围堰是一种简易的能装卸重复使用的围堰，既经济又方便。图3-13中给出河北省新安镇闸维修过程中建立的简易轻便桩模围堰，最大挡水深度为
二、堤防排渗
(一) 反滤层
土工合成材料中的非织造型土工织物是一种很好的反滤材料，既可挡土又能排水。它可布置在堤防中所有需要设置过滤层的部位，亦即渗流逸出部位和相邻土层土粒级配大小相差较大的界面。关于土工织物作为反滤层的机理和设计原则，第二章中已有叙述。总的说来，土工织物作为反滤层有三个基本要求，即保土性、透水性、防堵性，可以利用第二章中所提供的准则来进行判断和评价。但使用时要根据具体工程情况综合考虑，如双向水流条件下计算公式中的系数应取小值，等等。
由于堤防建设中采用土工织物作反滤层的实例不是很多，因此，本节内举一个小型均质土坝的实例。它的反滤层设计方法，对堤防将有参考价值。
[实例3-4]吉林杨大城水库
杨大城水库大坝为均质土坝。水库蓄水后由于坝后排渗沟施工质量差、没有发挥正常功用、导致坝体浸润线抬高、坝后地下水位上升，
表3-4 | 不同压力(P)下织物的渗透系数测值(单位：m/s) |
压力（kPa） | 0 | 4.9 | 9.8 | 29.4 |
沿织物平面 | 2.2×10-3 | 4.29×10-4 | 3.18×10-4 | 1.56×10-4 |
垂直织物平面 | 4.96×10-5 | 4.26×10-5 | 3.9×10-5 | 3.08×10-5 |
压力（kPa） | 49 | 98 | 147 |
沿织物平面 | 1.18×10-4 | 2.58×10-5 | 1.09×10-5 |
垂直织物平面 | 2.58×10-5 | 2.10×10-5 | 1.76×10-5 |
从表中数值的变化可以看出：织物的渗透系数K随着压力的增加而减小，其厚度随压力的增加而明显地减少，所以沿着土工织物平面的渗透系数降低得更多一些。对织物和被保护士料一起进行了
表3-5 | 织物淤堵试验前后质量及渗透性能比较表 |
土样 | 织物 | 试验前织 | 试验后织 | 试验前、 | 试验前织 | 试验后织物渗透系数（m/s） |
1-1 | 30 | 1.24 | 1.35 | 0.11 | 6.59×10-5 | 4.53×10-5 |
1-2 | 30 | 1.31 | 1.58 | 0.27 | 6.59×10-5 | 4.46×10-5 |
1-3 | 30 |
| 1.23 |
| 6.59×10-5 | 4.91×10-5 |
2-1 | 30 | 1.49 | 1.49 | 0 | 6.50×10-5 | 5.88×10-5 |
2-2 | 30 | 1.32 | 1.32 | 0 | 6.59×10-5 | 6.15×10-5 |
3-1 | 30 | 1.37 | 1.37 | 0 | 6.59×10-5 | 6.40×10-5 |
3-2 | 30 | 1.35 | 1.37 | 0.02 | 6.59×10-5 | 6.16×10-5 |
3-3 | 30 | 1.37 | 1.39 | 0.02 | 6.59×10-5 | 5.78×10-5 |
(1) 针对该工程进行的不同压力下土工织物渗透试验以及土工织物和被保护士料的淤堵试验获得了很有价值的资料。
(2) 类似于杨大城水库，在坝外坡坡面下部或坡脚处有散浸、管涌等现象的工程是很多，目前有一些工程用土工织物贴坡的办法加以过滤处理也是很成功的。例如湖南金鸡山水库蓄水后坝外坡下部有散浸、管涌，库外坝脚成为沼泽，危及坝体安全，1988年采用土工织物贴坡的办法进行处理(图3-14)。处理后从测压管中观测到下游浸润线下降很快，无壅水现象，说明收到了预期的效果。 [实例3-5] 水渠边坡反滤层 |
图3-14 贴坡式反滤 |
某抽水蓄能电站的上、下库进出口渠道两侧边坡为风化砾质砂土，坡高约60m，坡度为
边坡土质为一种含大量砾的砾质砂，不均匀系数达40～
表3-6 | 淤堵试验成果汇总表 |
组合条件 | 渗透 | 土料 | 渗透 | 试验 | 渗透系数 | 渗透系数倍比Ko/Kc | 土料 | Kc/Ks | ||
土工织 | 土料 | 土工织物 | 土工织物与土料组合 | |||||||
512 | 击实 | 从 | 15.2 | 16.5 | 19 | 3.37×10-2 | 7.60×10-2 | 1.2 | 从安全考虑取最大值3.34×10-3 | 22.8 |
15.8 | 17.3 | 19 | 11.40×10-2 | 3.80×10-2 | 3.0 | 11.4 | ||||
462 | 松散 | 14.9 | 8.8 | 16 | 4.48×10-2 | 3.93×10-2 | 1.2 | 11.3 | ||
15.1 | 9.0 | 16 | 3.18×10-2 | 4.15×10-2 | 未减少 | 12.4 | ||||
500 | 松散 | 0～17 | 14.9～15.1 |
| 反 | 11.6×10-2 | 2.75×10-2 | 4.2 | 3.2 | |
11.1×10-2 | 2.95×10-2 | 3.3 | 3.3 | |||||||
8.65×10-2 | 3.70×10-2 | 2.3 | 11.1 | |||||||
通过淤堵试验测出了土工织物与土料组合的渗透系数Kc，将无纺土工织物的初始渗透系数
(1) 双向水流条件下，土工织物渗透系数与被保护土料的渗透系数应满足一定关系，才不会发生淤堵。
(2) 根据土工织物等效孔径的大小和
(二) 排水沟
当堤防背水坡出现渗透水时，就要求尽快将其导引出来并排走。对于这种场合，土工织物也有用武之地。有的土工织物由于其渗透系数大，故也可以用作排水材料，例如堤坡混凝土面板间垂直缝处夹的土工织物。就可起排水作用。复合土工膜下的土工织物也常起排水作用。但在很大的垂直压力下土工织物沿平面的渗透系数减小很大
江西瑞昌市乌鱼爪堤段的地基为透水性强的土层。1983年汛期高水位时堤基出现了大量的泡泉群，曾用填土压载的办法来处理但效果不理想，泡泉仍屡屡出现，后改用纵横排水的办法来处理。即在堤脚挖沟，沟表面铺非织造土工织物起反滤作用，然后在沟中填碎石料，排水沟中的水由横向排水管导出，直接排入田间。沟顶用回填土作盖重，见图3-15。 该工程于1988年上半年竣工，经历多年汛期洪水考验，尤其是1995年洪水位为历史最高记录，土工织物过滤 |
图3-15 土工织物过滤排水结构形式(单位：cm) |
排水沟效果明显，排出的渗透水清澈，堤身浸润线和堤后地下水位都较低，堤身和地基无险情发生；未用土工织物处理的类似堤基，泡泉群的出现有增无减，险情不断。这两种情况表明，这种排水沟的有效性。
陕西西王水库土坝为一均质土坝，坝高为19.7m。原设计在坝趾处设一堆石棱柱排水体，长
1.
排水层的长度经计算确定为15m。褥垫系统包括一层
2.
褥垫排水体施工时，首先必须将铺设范围内的地基清理好，分层回填至铺设高程并按1％的比降把坝面整平，清掉土中的石块等杂质，然后才能进行铺设工序。铺设前先把幅宽
3.应用效果
在坝体上埋没了3个断面的测压管以监测坝内浸润线的位置。在库水位
表3-7 | 经济效益比较表 |
土工织物排水体 | 砂砾石排水体 | ||||||||
工 | 名称 | 单价 | 用量 | 复价 | 工 | 名称 | 单价 | 用量 | 复价 |
无纺织物 | 6.20元/m2 | 2320 | 14384.0 | 填砂料 | 38.1 | 898 | 34213.8 | ||
排水带 | 3.72元/m2 | 710 | 2607.0 | 填石料 | 51.4 | 877 | 45077.8 | ||
挖基土 | 1.75元/m2 | 1450 | 2537.5 | 干砌石 | 52.9 | 2583 | 136640.7 | ||
回填土 | 4.50元/m2 | 1392 | 6264.0 | 挖基土 | 1.75 | 1408 | 2464.0 | ||
干砌石 | 52.9元/m2 | 90 | 4761.0 |
|
|
|
| ||
造价 | 3.553.5 | 造价 | 218396.3 | ||||||
劳力 | 326 | 劳力 | 3931 | ||||||
(三) 减压沟和减压井
对于堤基为双层或多层结构的情况，采用减压沟或减压井是一种十分有效的消减堤后剩余水头、控制管涌发生的措施。
前已叙及，双层结构地层表面有一层不厚的不透水(或弱透水
对于多层结构的地层，强透水层中的承压水头更大。要减小这层强透水层的水头不可能采用上述的挖减压沟的办法
排水减压井的布置和设计：对复杂的情况，应当根据渗流试验或数值分析的成果来进行；对简单的情况可按式
hm=1.46H/D(nf/nd)r2log(r2/r1) | （3-1） |
式中： hm为由减压井降低的水头；
在图3-16中给出了上述各符号的代表意义。在图3-16(a)中，为了简化以及安全考虑，对上游流入的流量Ql认为是全部流入减压井，因而排水井两侧的绕流Q2＝0。图3-16(d)中 hω为流经井壁的水头损失。 计算的目的是求r2，即减压井的间距，但利用式3-1计算r2时，虽然其他参数都已知，直接求r2仍是有困难的。可以假定不同r2值求得相应的hm，然后再由给定的hm求得r2值。 工程技术人员对减压井是否能长期有效地工作是最为关心的。因为减压井短期有效、时久失效的情况相当普遍。但也有长期不失效的事例。湖北黄岗县长孙堤段历年来设置了大量的减压井。在末使用土工合成材料做减压井材料时常有失效的情况发生，在失效减压井附近就有管涌出现。1985年后改用带孔PVC管以及非织造土工织物过滤后，失效率大为降低，在90年代设置的减压井有效率达100％。长孙堤李家寨段于1986年完成16口减压井，一直运行良好，并在1995、1996、1998年三年大汛中发挥了良好的工程效益。而对失效的减压井，检查其原因往往与管理不善有关。减压井确是一种颇为有效的渗控措施，而且造价低廉，但不是一种一劳永逸的工程措施。它需要维护、保养、检查和维修，而且有一定的使用年限。对于运用期短的问题，可以从经济分析得出一个“最少使用年限”。当减压井的使用年限达到和超过“最少使用年限”时，这种渗控措施仍是合算的，不应当要求它无限期地使用。当然，科技人员还应研究延长减压井使用年限的措施。 |
图3-16 减压井的计算图形 |
(四) 堤防渗控措施的综合考虑
上面分别叙述了土工织物在堤防排渗中通常使用的几个方面。然而，在实际工程中，它们往往不是单独应用的，因为单独应用有时会有局限性，而若加以综合考虑联合作用则效果更好。例如前面提到的土工膜铺盖防渗措施，施工简便，造价低廉，而且借助于江河的天然淤积作用，防渗效果会越来越好。但是在许多河道中，堤防往往毗邻江河主流，没有足够的水平铺盖的位置。为此工程中常采取堤后背水侧压重铺盖，以延长渗径。这种方法行之有效，但占地较大，而且往往是做一段压重铺盖，就将管涌发生的部位向远处推移。目前堤后有压重的已长达
我国有很长的海岸线，总长超过1万多
土工织物在这方面起到了神奇的作用，由于它的特点和隔离、加筋、排水等功能的综合发挥，使极软淤泥上的海堤建造要容易得多了。这样的实例极为丰富，其中最著名也是最早的是荷兰三角洲工程使用土工织物的情况。
我国在海堤工程中使用土工织物始于1983年的深圳赤湾防波堤，以后在宁波北仓港、青岛前湾港、厦门东渡港、泰山核电厂、浙江象山大目涂工程等海堤的基底都采用土工织物加固，保证了海堤的稳定。
国内许多工程和研究单位在使用软基加固技术的同时，也作了许多试验段和其他研究分析工作，并得出了一些很有价值的共识。
(1) 土工织物的加固效果既与其自身的模量有关，也与地基土的土性有关。当土性相同时，织物的模量越高，加筋效果越好。同时，也与土工合成材料与土之间的摩阻力有关，摩阻力越大，加固效果越好。
(2) 土工合成材料的加固效果与软基的厚度、特性和几何尺寸有关。软土的性质愈差，厚度愈小，加筋效果愈好。
(3) 加筋软基的失稳形式主要有三种
在有些加筋堤设计的稳定核算中，采用圆弧滑动法常常算不出加固后抗滑安全系数的显著增加
(4) 施工方法和施工程序对加固效果也有显著影响。土工合成材料的加固作用有赖于其应变的发挥，因此施工中应尽量采用能使其产生较大拉应变的施工方法，如填土时应从两侧向中部推进等。有时为了实现增大拉应变的目的，特意在施工中对土工合成材料进行预拉的措施，据研究，可增加预拉力达
[实例3-8] 秦山核电厂海堤
该海堤全长1787m，高9m，斜坡式土石混合结构。堤基为淤泥质粘土和亚粘土，含水率为
初步看来，在堤防软基下采用土工合成材料加固具有下列的效能：①隔离作用。它把堤身材料与地基淤泥层隔离开来，防止填筑材料混入或沉入淤泥中。②排水作用。土工织物的存在有助于淤泥中水分的排出，加速堤基因结。③加筋和约束作用。土工织物的存在使填筑材料与淤泥层相邻部位垫层的整体性和刚度增大，其结果是限制了淤泥层的侧向位移，从而也减少了海堤的沉降量；通过垫层向堤基传递的应力扩散到更大的范围，使应力分布均匀，有助于调整不均匀沉降；提高了海堤的抗滑稳定性。上述作用的大小主要取决于垫层的厚度，也与土工织物加筋层的复合模量有关。
[实例3-9] 浙江舟山东港海堤
东港海堤全长2235m，堤高
图3-18 秦山核电厂海堤断面图 ┷沉降板 |
图3-19 浙江舟山东港海堤断面 |
