分析了土工膜生產(chǎn)、運(yùn)輸、鋪設(shè)過(guò)程中可能存在的缺陷，指出目前分階段質(zhì)量檢測(cè)方法很難保證鋪設(shè)完工后土工膜的整體質(zhì)量，即土工膜防滲體系的不透水性。提出土工膜整體質(zhì)量完整性檢測(cè)的概念，以及利用真空原理進(jìn)行土工膜整體質(zhì)量完整性現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的方法。選擇2500 m2 試驗(yàn)區(qū)，進(jìn)行了真空法檢驗(yàn)土工膜整體質(zhì)量完整性的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，得出結(jié)論：(1)對(duì)于地下水埋藏不深的土層，真空法可用于檢測(cè)土工膜整體質(zhì)量的完整性;(2) 在利用真空法檢測(cè)檢驗(yàn)土工膜整體質(zhì)量的完整性時(shí)，可根據(jù)膜下氣密空間的真空程度，判斷土工膜整體質(zhì)量的完整性;(3)單層土工膜很難保證完工后土工膜的不透水性，防滲可靠性也相對(duì)較低，而分離的雙層土工膜可有效提高土工膜防滲的可靠性。最后，分析了土工膜完整性真空檢測(cè)系統(tǒng)漏氣的影響因素，并探討了土工膜整體質(zhì)量完整性的檢測(cè)方法。

　　防滲是建設(shè)平原水庫(kù)和垃圾填埋場(chǎng)的重要問(wèn)題。對(duì)于采用土工膜防滲的平原水庫(kù)，土工膜缺陷產(chǎn)生庫(kù)水滲漏，會(huì)引起庫(kù)區(qū)周圍浸沒(méi)和土壤次生鹽堿化，并造成水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。對(duì)于采用土工膜防滲的垃圾填埋場(chǎng)，土工膜缺陷會(huì)引起濾液的滲漏^[1]，造成周圍環(huán)境的污染。因此土工膜材料的完整性(即無(wú)缺陷和漏洞)是防滲成功與否的關(guān)鍵。

　　目前，土工膜整體質(zhì)量采用分階段控制的方土工膜國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 17643- 2011)進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量控制;在土工膜鋪設(shè)過(guò)程中，依據(jù)《聚乙烯(PE)土工膜防滲工程技術(shù)規(guī)范》(SL/T231—98) 等相關(guān)規(guī)法，如在土工膜生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中，依據(jù)《聚乙烯范進(jìn)行施工質(zhì)量控制，重點(diǎn)控制接縫的質(zhì)量^[2]。一般而言，土工膜在生產(chǎn)、運(yùn)輸、鋪設(shè)過(guò)程中極易產(chǎn)生一定的損傷，并存在一定的質(zhì)量缺陷，如：生產(chǎn)過(guò)程中非均勻性和異物侵入、裝卸過(guò)程中的工具傷害、堆放與鋪設(shè)過(guò)程中尖銳物刺破和意外傷害、熱熔焊接過(guò)程中焊縫不嚴(yán)或熱灼傷等;此外，在工程運(yùn)行過(guò)程中，植物根系、嚙齒類動(dòng)物也會(huì)對(duì)土工膜造成一定的損傷。因此，真空技術(shù)網(wǎng)(http://smsksx.com/)認(rèn)為分階段質(zhì)量控制并不能保證完工后土工膜整體質(zhì)量的完整性，進(jìn)行完工后土工膜整體質(zhì)量的檢測(cè)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　目前，垃圾填埋場(chǎng)工程中存在一些土工膜滲漏檢測(cè)方法，如地下水監(jiān)測(cè)法、跟蹤劑法、電學(xué)法、地球物理探測(cè)方法等^[3~5]，其中電學(xué)法可用于土工膜整體質(zhì)量檢測(cè)，其他方法只適用于工程運(yùn)行中的滲漏檢測(cè)。電學(xué)法是利用土工膜電絕緣性和垃圾導(dǎo)電性的原理進(jìn)行土工膜滲漏檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)需要在膜下預(yù)埋一定數(shù)量的電極，并需要在膜上澆灌導(dǎo)電液體，雖說(shuō)也可完成土工膜整體質(zhì)量的檢測(cè)，但難于完成水利工程大面積土工膜整體質(zhì)量的檢測(cè)。

　　下面介紹利用真空法進(jìn)行土工膜整體質(zhì)量檢測(cè)的基本原理和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。

1、基本方法

　　土工膜的整體質(zhì)量是指土工膜鋪設(shè)完工后的土工膜整體的質(zhì)量，是土工膜生產(chǎn)、運(yùn)輸、鋪設(shè)過(guò)程后的最終質(zhì)量。土工膜的完整性是指土工膜(指土工膜鋪設(shè)焊縫后的連接體)無(wú)缺陷和漏洞，即不滲水性。土工膜整體質(zhì)量的完整性檢測(cè)是指土工膜鋪設(shè)完工后，對(duì)土工膜整體防滲性能的質(zhì)量檢測(cè)。土工膜整體質(zhì)量的完整性取決于土工膜生產(chǎn)、運(yùn)輸和鋪設(shè)每個(gè)環(huán)節(jié)過(guò)程的質(zhì)量控制，整體質(zhì)量的完整性檢測(cè)可以檢測(cè)生產(chǎn)、運(yùn)輸和鋪設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的任何質(zhì)量缺陷、損傷或不完整性，是土工膜防滲體系最終產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)。

　　檢驗(yàn)土工膜整體質(zhì)量完整性的真空法就是利用鋪設(shè)完工后的土工膜體系構(gòu)造土工膜膜下相對(duì)氣密空間，抽真空，如果膜下氣密空間內(nèi)易形成一定的真空度，說(shuō)明土工膜整體質(zhì)量是完整的，否則是不完整的。利用真空法檢測(cè)土工膜整體質(zhì)量完整性的具體方法是：

　　(1)預(yù)埋真空表。預(yù)檢土工膜鋪設(shè)前，在膜下表層土中預(yù)埋真空表，作為檢驗(yàn)土工膜整體質(zhì)量完整性的監(jiān)測(cè)設(shè)備。

　　(2)構(gòu)造膜下抽氣系統(tǒng)。對(duì)于平原水庫(kù)土工膜庫(kù)盤防滲結(jié)構(gòu)(即水庫(kù)庫(kù)底全鋪土工膜)，可利用原庫(kù)盤防滲結(jié)構(gòu)土工膜膜下的砂溝排氣系統(tǒng)作為抽氣管路系統(tǒng)，也可在土工膜膜下預(yù)埋軟式透水管作為抽氣管路系統(tǒng);對(duì)于垃圾填埋場(chǎng)土工膜防滲結(jié)構(gòu)，可在土工膜下預(yù)埋軟式透水管，作為抽氣管路系統(tǒng)。

　　(3)按工程要求鋪設(shè)土工膜。

　　(4)構(gòu)造土工膜膜下氣密空間。氣密空間的頂層為土工膜;氣密空間的底層為不透氣層，如地下水等。氣密空間的四周可采用多種方法形成氣封，如地下水埋深較淺的(2 m 以內(nèi))，可在預(yù)檢土工膜四周挖溝至不透氣層，將土工膜接長(zhǎng)并垂直向下延伸至不透氣層以下;對(duì)于地下水埋深相對(duì)略深的(2 m~10 m 以內(nèi))，可在預(yù)檢土工膜的四周溝內(nèi)充水，滲水與不透氣層相接形成水封帷幕。

　　(5)選擇抽真空機(jī)組。根據(jù)預(yù)檢土工膜的大小，選擇合適的抽真空機(jī)組，并將抽真空機(jī)組管路與膜下抽氣管路系統(tǒng)連接。對(duì)于大型土工膜防滲工程，可采取分塊檢測(cè)的方法。

　　(6)進(jìn)行膜下抽真空檢測(cè)。根據(jù)膜下真空表所示真空度，判斷土工膜整體質(zhì)量的完整性。

2、試驗(yàn)研究

2.1、試驗(yàn)區(qū)

　　試驗(yàn)區(qū)地面高程38.5 m，上部土層為壤土和砂壤土，其中壤土滲透系數(shù)5.7×10^{- 5} cm/s，砂壤土滲透系數(shù)2.8×10^{- 4} cm/s。地下水位4.5 m。

2.2、試驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　試驗(yàn)場(chǎng)地選擇50 m×50 m 的正方形平地，在場(chǎng)地四周開(kāi)挖3 m 深的溝，溝內(nèi)充水。在場(chǎng)地表層沿正方形對(duì)角線鋪設(shè)Φ100 軟式透水管作為抽氣管路系統(tǒng)，然后在其上鋪設(shè)一布一膜復(fù)合土工膜(布200 g/ 膜0.2 mm)，并將土工膜延伸至四周水溝底部，溝內(nèi)水下滲，與地下水連通后，可形成膜下氣密空間。

　　抽真空設(shè)備選用2 臺(tái)7.5 kW 射流泵，射流泵通過(guò)橡膠管接入試驗(yàn)區(qū)中心點(diǎn)處軟式透水管。抽真空時(shí)，膜下非飽和土中孔隙氣體有兩個(gè)氣流通道，一是通過(guò)復(fù)合土工膜底層的布，傳入透水管，沿透水管匯入透水管中心，再經(jīng)軟式橡膠管由射流泵抽出;二是通過(guò)非飽和土中孔隙，向射流泵橡膠管口處聚集，并被抽出。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：沿膜下兩相互垂直的中心線分別安裝9 只真空表，其中1～8 號(hào)真空表用于監(jiān)測(cè)膜下非飽和土表層的真空度;9 號(hào)真空表位于正方形中心，即射流泵橡膠管與軟式透水管結(jié)合處，用于監(jiān)測(cè)射流泵進(jìn)口處的真空值。并進(jìn)行巡視觀測(cè)，主要觀測(cè)土工膜漏氣狀況等。試驗(yàn)區(qū)布置和監(jiān)測(cè)設(shè)備埋設(shè)情況見(jiàn)圖1。

　　試驗(yàn)方案：首先選擇缺陷土工膜，進(jìn)行單層土工膜抽真空試驗(yàn)，觀測(cè)缺陷土工膜抽真空情況;如果缺陷土工膜膜下難以形成真空，再覆蓋一層沒(méi)有明顯缺陷的土工膜，進(jìn)行分離的雙層膜抽真空試驗(yàn)，觀測(cè)抽真空情況。

圖1 試驗(yàn)區(qū)布置圖

2.3、單層缺陷土工膜抽真空試驗(yàn)

　　試驗(yàn)前，在溝內(nèi)充水，并維持1.5 m~2.0 m水深1 天，溝內(nèi)下滲水與地下水連通后，以水封方式形成場(chǎng)區(qū)內(nèi)膜下氣密空間。進(jìn)行了兩次單層土工膜抽真空試驗(yàn)。第一次采用1 臺(tái)射流泵，真空表及液位觀測(cè)儀均無(wú)變化，原因在于土工膜缺陷漏洞較多，難以形成膜下真空。第二次修補(bǔ)了部分較為明顯的缺陷，采用2 臺(tái)射流泵，進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果僅真空表9(連接射流泵接口處)讀數(shù)為12 kPa 左右，其它真空表均無(wú)變化。表明：缺陷土工膜難以形成膜下真空。

2.4、分離的雙層土工膜抽真空試驗(yàn)

　　在單層缺陷土工膜抽真空試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又鋪設(shè)一層厚0.08 mm 沒(méi)有明顯缺陷的薄膜，進(jìn)行分離的雙層土工膜抽真空試驗(yàn)。采用2 臺(tái)射流泵進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)開(kāi)始，即出現(xiàn)土工膜逐漸貼緊地面的現(xiàn)象，真空表讀數(shù)開(kāi)始上升，可以形成膜下真空。試驗(yàn)持續(xù)4 h，膜下即形成20 kPa 左右的真空度，達(dá)到預(yù)期目的，遂停止試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中真空表讀數(shù)隨時(shí)間變化曲線見(jiàn)圖2～4。

圖2 第1~4 號(hào)真空表讀數(shù)隨時(shí)間變化曲線

圖3 第5~8 號(hào)真空表讀數(shù)隨時(shí)間變化曲線

圖4 第9 號(hào)真空表讀數(shù)隨時(shí)間變化曲線

　　從圖2～4 中，可以看出：

　　(1) 真空泵啟動(dòng)，土工膜下真空表讀數(shù)上升，說(shuō)明易形成真空。抽真空1 h，射流泵進(jìn)口真空表9 讀數(shù)為13 kPa，相應(yīng)其它位置真空表處形

　　成4 kPa~6 kPa 的真空;抽真空4 h，射流泵進(jìn)口真空表9 讀數(shù)為26 kPa，除表1 處形成11 kPa 的真空外，其他位置形成18 kPa~21 kPa 的真空。經(jīng)查表1 位于邊界處，該處延伸至水溝底部的土工膜局部漂浮在水溝水面，造成局部氣密條件較差。但這足以說(shuō)明在相對(duì)氣密條件下，膜下可形成真空。

　　(2)在抽真空試驗(yàn)中，場(chǎng)區(qū)內(nèi)一直存在氣流鳴響聲，證明存在土工膜漏氣點(diǎn)。在射流泵停止抽真空后，泵口真空表9 迅速回零，而膜下其他位置真空表讀數(shù)隨時(shí)間逐漸降低，并在55 min 后回零，說(shuō)明膜下真空系統(tǒng)不能保持真空度，存在漏氣點(diǎn)。

　　(3)鋪設(shè)分離的雙層膜后，可形成膜下相對(duì)氣密空間，說(shuō)明分離的雙層膜可使膜體漏洞互補(bǔ)，能有效地增強(qiáng)土工膜的防滲效果。

3、討論

3.1、真空檢測(cè)系統(tǒng)及漏氣因素分析

　　土工膜整體質(zhì)量完整性檢測(cè)真空系統(tǒng)是：真空系統(tǒng)的頂層為理想的不漏氣的土工膜，底層為地下水(或不透氣土層)，四周為閉氣防滲體或帷幕。真空檢測(cè)系統(tǒng)漏氣的主要影響因素有：

　　①土工膜整體質(zhì)量缺陷，包括膜體缺陷、施工連接縫漏氣，以及運(yùn)輸、鋪設(shè)過(guò)程中的局部損傷等;

　　②系統(tǒng)四周閉氣不嚴(yán)，存在漏氣點(diǎn);③監(jiān)測(cè)設(shè)備、抽真空設(shè)備與系統(tǒng)密封不嚴(yán)，引起局部漏氣。

3.2、真空檢測(cè)完整性判據(jù)探討

　　(1)可利用土工膜膜下觀測(cè)點(diǎn)處真空度與真空泵進(jìn)口處真空度的相對(duì)比值判斷土工膜整體質(zhì)量，比值接近于1，土工膜整體質(zhì)量最好;比值越小，整體質(zhì)量越差。

　　(2)利用停止抽真空后土工膜膜下觀測(cè)點(diǎn)處真空表讀數(shù)隨時(shí)間的變化曲線判斷土工膜整體質(zhì)量。觀測(cè)點(diǎn)處真空表讀數(shù)不隨時(shí)間變化，為一水平線，說(shuō)明土工膜整體質(zhì)量好;觀測(cè)點(diǎn)處真空表讀數(shù)隨時(shí)間變化，為一下降的斜線，并伴隨著漏氣汽笛聲，說(shuō)明土工膜整體質(zhì)量存在缺陷，斜線斜率越陡，整體質(zhì)量越差。

　　(3)根據(jù)本次試驗(yàn)情況，可以利用10 kPa~20 kPa的低真空度作為真空法檢測(cè)的氣壓標(biāo)準(zhǔn)，即如果土工膜膜下能形成10 kPa 左右的低真空度，可以認(rèn)為土工膜整體質(zhì)量基本滿足防滲的要求。

3.3、土工膜防滲可靠性探討

　　理想、完整的土工膜是不滲水的，但由于土工膜厚度較薄、強(qiáng)度較低，在土工膜生產(chǎn)、運(yùn)輸、鋪設(shè)和運(yùn)行過(guò)程中又極易受損、不易發(fā)現(xiàn)，目前土工膜分階段質(zhì)量檢測(cè)的控制方法，很難保證完工后土工膜整體的不透水性;因此，對(duì)于大中型防滲工程而言，單層土工膜防滲的可靠性相對(duì)較差;但雙層土工膜能夠相互彌補(bǔ)彼此的缺陷，有效提高土工膜防滲的可靠性。

4、結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)上述分析和試驗(yàn)研究，可以得出以下結(jié)論：

　　(1)對(duì)于采用土工膜防滲的大中型工程，目前分階段質(zhì)量控制的方法很難保證鋪設(shè)完工后土工膜整體的不透水性。

　　(2)對(duì)于地下水埋藏不深的土層，真空法可用于檢測(cè)土工膜整體質(zhì)量的完整性。

　　(3)在應(yīng)用真空法檢測(cè)土工膜整體質(zhì)量的完整性時(shí)，應(yīng)首先結(jié)合土工膜的防滲結(jié)構(gòu)，構(gòu)造相對(duì)氣密空間，再根據(jù)膜下觀測(cè)點(diǎn)處形成真空度的程度判斷土工膜整體的完整性，或根據(jù)膜下觀測(cè)點(diǎn)處真空度與真空泵進(jìn)口處真空度的相對(duì)比值判斷土工膜整體的完整性，或根據(jù)停止抽真空后的觀測(cè)點(diǎn)處真空表讀數(shù)隨時(shí)間的變化曲線判斷土工膜整體質(zhì)量。

　　(4) 對(duì)于大中型防滲工程，單層土工膜防滲的可靠性相對(duì)較低;但分離的雙層土工膜，能相互彌補(bǔ)彼此的缺陷，有效提高防滲系統(tǒng)的可靠性。

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