真空法檢驗土工膜整體質(zhì)量的試驗研究
分析了土工膜生產(chǎn)、運輸、鋪設(shè)過程中可能存在的缺陷，指出目前分階段質(zhì)量檢測方法很難保證鋪設(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)量完整性檢測的概念，以及利用真空原理進行土工膜整體質(zhì)量完整性現(xiàn)場檢測的方法。選擇2500 m2 試驗區(qū)，進行了真空法檢驗土工膜整體質(zhì)量完整性的現(xiàn)場試驗，得出結(jié)論：(1)對于地下水埋藏不深的土層，真空法可用于檢測土工膜整體質(zhì)量的完整性;(2) 在利用真空法檢測檢驗土工膜整體質(zhì)量的完整性時，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)量完整性的檢測方法。
防滲是建設(shè)平原水庫和垃圾填埋場的重要問題。對于采用土工膜防滲的平原水庫，土工膜缺陷產(chǎn)生庫水滲漏，會引起庫區(qū)周圍浸沒和土壤次生鹽堿化，并造成水資源的嚴(yán)重浪費。對于采用土工膜防滲的垃圾填埋場，土工膜缺陷會引起濾液的滲漏[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家標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 17643- 2011)進行產(chǎn)品質(zhì)量控制;在土工膜鋪設(shè)過程中，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)和運輸過程中，依據(jù)《聚乙烯范進行施工質(zhì)量控制，重點控制接縫的質(zhì)量[2]。一般而言，土工膜在生產(chǎn)、運輸、鋪設(shè)過程中極易產(chǎn)生一定的損傷，并存在一定的質(zhì)量缺陷，如：生產(chǎn)過程中非均勻性和異物侵入、裝卸過程中的工具傷害、堆放與鋪設(shè)過程中尖銳物刺破和意外傷害、熱熔焊接過程中焊縫不嚴(yán)或熱灼傷等;此外，在工程運行過程中，植物根系、嚙齒類動物也會對土工膜造成一定的損傷。因此，真空技術(shù)網(wǎng)(http://m.genius-power.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，進行完工后土工膜整體質(zhì)量的檢測，具有重要的現(xiàn)實意義。
目前，垃圾填埋場工程中存在一些土工膜滲漏檢測方法，如地下水監(jiān)測法、跟蹤劑法、電學(xué)法、地球物理探測方法等[3~5]，其中電學(xué)法可用于土工膜整體質(zhì)量檢測，其他方法只適用于工程運行中的滲漏檢測。電學(xué)法是利用土工膜電絕緣性和垃圾導(dǎo)電性的原理進行土工膜滲漏檢測，檢測時需要在膜下預(yù)埋一定數(shù)量的電極，并需要在膜上澆灌導(dǎo)電液體，雖說也可完成土工膜整體質(zhì)量的檢測，但難于完成水利工程大面積土工膜整體質(zhì)量的檢測。
下面介紹利用真空法進行土工膜整體質(zhì)量檢測的基本原理和現(xiàn)場試驗研究。
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)、運輸、鋪設(shè)過程后的最終質(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)無缺陷和漏洞，即不滲水性。土工膜整體質(zhì)量的完整性檢測是指土工膜鋪設(shè)完工后，對土工膜整體防滲性能的質(zhì)量檢測。土工膜整體質(zhì)量的完整性取決于土工膜生產(chǎn)、運輸和鋪設(shè)每個環(huán)節(jié)過程的質(zhì)量控制，整體質(zhì)量的完整性檢測可以檢測生產(chǎn)、運輸和鋪設(shè)過程中產(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。
檢驗土工膜整體質(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，作為檢驗土工膜整體質(zhì)量完整性的監(jiān)測設(shè)備。
(2)構(gòu)造膜下抽氣系統(tǒng)。對于平原水庫土工膜庫盤防滲結(jié)構(gòu)(即水庫庫底全鋪土工膜)，可利用原庫盤防滲結(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);對于垃圾填埋場土工膜防滲結(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，將土工膜接長并垂直向下延伸至不透氣層以下;對于地下水埋深相對略深的(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)選擇抽真空機組。根據(jù)預(yù)檢土工膜的大小，選擇合適的抽真空機組，并將抽真空機組管路與膜下抽氣管路系統(tǒng)連接。對于大型土工膜防滲工程，可采取分塊檢測的方法。
(6)進行膜下抽真空檢測。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、試驗研究
2.1、試驗區(qū)
試驗區(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、試驗設(shè)計
試驗場地選擇50 m×50 m 的正方形平地，在場地四周開挖3 m 深的溝，溝內(nèi)充水。在場地表層沿正方形對角線鋪設(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7.5 kW 射流泵，射流泵通過橡膠管接入試驗區(qū)中心點處軟式透水管。抽真空時，膜下非飽和土中孔隙氣體有兩個氣流通道，一是通過復(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 號真空表用于監(jiān)測膜下非飽和土表層的真空度;9 號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)測射流泵進口處的真空值。并進行巡視觀測，主要觀測土工膜漏氣狀況等。試驗區(qū)布置和監(jiān)測設(shè)備埋設(shè)情況見圖1。
試驗方案：首先選擇缺陷土工膜，進行單層土工膜抽真空試驗，觀測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，再覆蓋一層沒有明顯缺陷的土工膜，進行分離的雙層膜抽真空試驗，觀測抽真空情況。
圖1 試驗區(qū)布置圖
