施工前准备要注意什么？

3.3.4.1　焊接设备选型

根据用途不同分别选用热楔式自动爬焊机、手持挤压式焊机、手持热楔式半自动爬行热合熔焊接机和手持热风枪等4 种焊接设备。性能参数及适用情况见表3-4 及图3-20所示。

表3-4　HDPE膜焊机性能一览表

图3-20　土工膜施工焊接设备一览

瑞士LEISTER 公司产自动焊接机ASTRO 特点:机电一体化设计，设定值与实际值液晶数显示、温控精度高、双焊缝高速焊接、施工效率高，焊缝强度高、抗撕裂、无渗漏，可有效避免漏焊、虚焊、烤焦产生的渗漏现象。

德国MUNSCH 公司产热塑性塑料挤出式焊接机及手持式塑料挤出式焊机适用于塑料管道、槽罐、厚板材、土工膜的焊接，焊接强度高、密封效果好、宽焊缝出料量大、速度快;具有体积小、重量轻、便携的特点，尤其适合于野外现场施工作业。

3.3.4.2　试验及检测项目

(1)焊接试验及参数确定。

1)工艺性试验参考参数。

根据已完建其他工程同类型、同施工工艺经验，参考规范要求，可根据以下参数作为基础确定工艺性试验参数:

①在现场环境温度为10℃～30℃的条件下，现场焊接试验确定的焊机控制焊速为2m/min～2.5m/min、焊接温度调节在270℃～350℃，焊接压力采用700N～800N;

②在现场环境温度为5℃～10℃的条件下，现场焊接试验确定的焊机控制焊速为2m/min、焊接温度调节在300℃～420℃，焊接压力采用800N～900N。

2)确定基准焊接参数。

待焊机等机具进场后及时组织焊接参数工艺性试验，土工膜焊接工艺试验主要进行土工膜热熔焊接及挤压焊接两大类，其中挤压焊接包括“T”形接头补强处理，具体试验成果如下。焊件及张拉设备如图3-21所示。

图3-21　土工膜焊接试验焊件及试验设备

土工膜接缝强度要求:在强力拉伸作用下，土工膜母材断裂，而土工膜的接缝不破坏也不剥离，试验结果见表3-5～表3-7。

表3-5　热熔焊接检测成果表

表3-6　挤压焊接检测成果

表3-7　“T”形接头挤压焊接修补真空检测成果表

基于以上3 种试验结果确定本工程土工膜焊接基准参数如下:

试验环境参数为:温度20.2℃，湿度58.7%，风速2 级。

①热熔焊接参数:焊机预热温度430℃，焊接温度420℃，焊接速度1.8m/min;②挤压焊接参数:挤压焊机热风10 级，挤出量4 级，焊接速度1.5m/min。

依据设计要求，土工膜每天施工前应根据当天气候条件，随时调整焊接参数，并通过试焊试验确定当天施工参数。

3)确定当天焊接参数。确定基准参数后，每天焊接作业前，根据现场的气候条件，取1m长边角料小样条进行焊接试验，测定气温、风力，选定合适的电热楔爬焊机的行走速度、焊接温度、焊接压力等施工参数，试焊结果作为当天正式焊接的参数。

①当现场实际施工温度与焊接前试焊环境温度差别大于±5℃、风速变化超过3m/s、空气湿度变化大时，需重新确定焊接施工工艺参数。焊接过程中，随时根据施工现场的气温、风速等条件调整参数。

②当天确定的参数挂牌施工，过程中严禁调换焊机操作手及调整焊接参数。

③每个焊接试验保留3 个样品，焊缝两端各取一个，中间取一个。样品宽25.4mm，长度应满足拉力机的检测要求。其中端部两个样品进行剥离检测，中间样品进行粘接缝焊接力(剪切力)测试，检测结果应符合表3-8。

表3-8　熔及挤出焊缝强度判定标准值

(2)土工膜周边锚固验证试验。

该试验是针对土工膜周边连接结构可靠性验证试验，目的是验证按照设计参数要求下土工膜在周边连接采用螺杆固定的防渗方式的可靠性。主要方法是采用水压试验验证防渗性能。试验分为螺杆锚固的抗拔力试验、锚固螺杆间距优化试验、土工膜锚固的张拉试验。试验另外选择场地，不在原结构上进行试验，按照设计要求浇筑一块混凝土试验段(长×宽×厚)20m×5m×0.5m，混凝土内设置一层钢筋网片(Φ20mm@20cm×20cm)，在混凝土试验块强度达到28d 后开始分段组织试验。

1)螺杆拉拔试验。

①试验设备:DC38 型电锤、ML200 型拉拔仪;

②试验原理:采用螺杆接长杆，下端与埋设螺杆连接，上端采用螺帽与垫片拧紧。通过手动液压泵浆油缸滑塞顶起，实施螺杆拉拔。由压力表的读数换算抗拔力，满足≥39.20kN;

③试验过程:验证膨胀螺栓+锚固剂锚固性能。拉拔试验共埋设螺杆72 根。其中埋设砂浆锚固剂12 根(M10×100mm、M20×240mm各6 根)、HK-981 锚固剂30 根(M10×100mm、M20×240mm各15 根)、喜利得锚固剂30 根(M10×100mm、M20×240mm各15 根);

④试验结果:膨胀螺栓在与锚固剂使用时，不同程度的存在膨胀螺栓与孔壁无法锚固松动问题，保障率难以达到100%，与固化时间关系，环境温度较低的情况下，锚固剂未完全固化，拉拔时油压表指针回落，所以取消龄期12h 以内螺杆拉拔试验。在拉拔时，部分螺杆产生锚固剂崩裂现象，即锚固剂在孔内凝固，膨胀螺栓底部在螺栓收紧时底部未完全撑开，张拉时初期为锚固剂的锚固作用，达到一定限值时，锚固剂崩裂，螺杆松动。同时，螺杆外套筒与孔壁间隙大时，紧固过程中套筒下端张开部分幅度小，不能撑开至孔壁，造成锚固力不足。所以在锚杆拉拔过程中，螺杆会发出“咔嗒”声，即锚固剂破裂的现象。增加10 个M16×150mm全丝螺杆的拉拔试验，Φ20mm钻头，试验结果符合设计指标，结果见表3-9。

表3-9　增加M16×150mm全丝螺杆拉拔试验

2)螺杆间距优化试验。

①试验设备:特制密封水箱一只，尺寸为90cm×90cm×50cm。高压水泵1 台，为能达到0.4MPa 水压，选用70m扬程的高压潜水泵;

②试验原理:采用压水试验检验其周边连接结构在某个螺杆间距情况下的渗透性能。水箱做好全面封闭，只留连接结构部分，在0.4MPa 水压下，连接结构是否产生渗漏。对土工膜施5kN、10kN、20kN、30kN 的张拉力状况下，验证连接结构变形和渗漏情况。试验分别在螺杆间距25cm、35cm和45cm三种工况下进行水压试验，试验螺杆间距的合理性，从而优化螺杆间距;

③试验过程:先对周边连接结构锚固螺杆及水箱底脚锚固螺杆安装。采用M20mm×240mm内螺杆(去掉外筒)直接埋设，采用喜利得锚固剂安装。水箱底脚锚固螺杆Φ20mm直杆螺纹螺杆，采用HK-981 锚固剂锚固。螺杆安装完成48h 后再进行周边结构安装，如图3-22所示。

图3-22　完成安装的螺杆及拉拔试验

先打磨处理混凝土表面，涂刷SR 防渗材料及安装土工膜、角钢等试验件，再安装水箱，水箱安装完毕，加盖密封后，拧紧顶盖螺栓，往水箱内加水，待顶盖排水孔出水，排除箱内空气后关闭排水孔阀门，箱内增加水压，使至达到0.4MPa。屏压120min。屏压过程中，记录压力表水压变化情况，检查水箱四周及土工膜层间是否漏水。试验过程中，土工膜层间未发现有渗水现象，水压表在屏压中有压力下降的现象，经检查为密封不严引起。通过压水试验结果统计，周边连接结构是可靠的，无渗漏情况，如图3-23所示。

图3-23　螺杆孔距优化、试验过程

3)土工膜张拉试验。

①土工膜张拉在水压试验结束，无渗漏的情况下进行，在于验证其与界面的混凝土共同工作时，在外力的作用下可能发生撕裂而减弱其防渗性能;

②土工膜张拉按5kN、10kN、20kN、30kN 四级张拉，张拉过程中检查土工膜层间是否有渗水现象;

③张拉过程中，保持水箱内的水压力，检查压力表压力变化，并做记录。试验过程中未发现土工膜层间有渗水现象。水箱压力表有下降的现象;

④张拉试验完成后，拆除水箱及边连接结构，检查土工膜的螺孔变化情况，发现45cm孔距时间土工膜螺孔产生较大的变形，孔距过大对结构层中部压紧度不够;

⑤对M16×150mm膨胀螺杆周边连接进行压水试验，选用螺杆间距为35cm，试验过程中无渗漏情况，土工膜张拉时也没有渗漏情况，只是水压力有所下降。张拉后土工膜螺栓孔无明显变形，满足要求。

4)试验结论。

①螺杆:M16mm不锈钢全丝螺杆，长度190mm，锚深120mm，外露70mm;螺帽配套选用;

②锚固剂:选用华东院产HK-981 锚固剂;

③锚固剂固化时间:36h(20℃以上);

④钻孔设备:采用电锤造孔，DC38 型，钻头选用Φ20mm合金钻头;

⑤螺帽的最大紧固力:120N·m;

⑥螺杆间距:35cm。

(3)土工试验。

主要针对库底防渗土料进行的各类检测指标，包括:

1)环刀法测定黏土压实度。

压实度是填筑黏土工程的质量控制指标，一是试验前的土样送实验室测定其最佳的含水率时的干密度，为密度ρd，二是由击实试验后所得的试样的最大干密度，为ρd，则实际的压实度。干密度试验参照《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)和《土工试验规程》(SL237-1999)进行，采用环刀法。全料测定含水量。

式中:K—为测试地点的施工压实度，%;(www.xing528.com)

ρd—试样的干密度，g/cm3;

ρc—由击实试验得到的最大干密度，g/cm3。

环刀法:在试验地点，检查填土压实密度时，应将表面未压实土层清除掉，然后将环刀垂直下压，至图样伸出环刀为止。将两端余土削去修平，再把土样连环刀装进环刀盒中密封，保证水分不流失，带回试验室进行检测密度。

2)筛分试验。

颗粒分析从料源地或从试坑中取出的试样，采用四分法取样进行室内筛分，计算全试样级配组成。

3)现场渗透试验。

现场渗透试样参照《土工试验规程》(SL237-1999)的原位渗透试验方法进行。渗透环为单环，内环直径40cm，高50cm。试验时将内外环嵌入试体15cm～20cm，用湿黏土将环下口外侧密封，防止水流向环外。加水后测记渗透速度，当渗透稳定后，在1h 内测记渗入量5～6 次，计算平均渗透系数。

(4)检测频率。

表3-10　库底防渗区检测频率表

3.3.4.3　施工道路、水电布置

道路布置主要满足土工膜运输、铺设施工需要:营地仓库→土工膜铺设作业面(7#路→6#路→5#路)，运距约1km。施工用水主要是土工膜连接部位清洗少量用水，采用6m3 洒水车运输至作业面旁。施工用电为土工膜焊接用电，从就近9#分区变压器(西南副坝右坝头)引至作业面50m范围内，如图3-24所示。

图3-24　土工膜转运施工道路布置图

3.3.4.4　施工期场内排水

(1)黏土及土工膜的施工条件。

上水库库盆面积约15×104 m2，降雨汇水面积6.67km2。当地气象表明，暴雨多发生在4～9月，洪水发生时间与流域暴雨相一致，每年4月进入汛期，9月份结束，大暴雨6、7月发生次数最多。黏土及土工膜的铺设均要求在连续无雨的情况下进行施工。黏土作为土工膜下支持层材料，其渗透系数达到1.0×10-5cm/s，基本上属于隔水层，遭遇降雨天气时，雨水将全部汇集于齿槽低洼部位，且难以排出，整个施工区面积大，且均需“干地”施工条件，设置排水沟不适宜。南库底对于整个库盆来说，相当于汇水的最低处，且南库底与周边混凝土结构物连接部位较多，混凝土趾板、防渗面板养护用水、堆石坝坝基的反向渗水、混凝土结构物的灌浆用水均汇集于库底，排水布置复杂困难。根据施工计划，库盆防渗黏土填筑、土工膜施工在2014年10月15日开始至2015年4月前完工。

(2)施工期的场内排水情况。

施工期需要解决的排水主要包括:

①西南副坝前面板养护用水、坝体内部反向排水;

②混凝土齿槽底部汇水;

③降雨;

④周边库岸汇水。

参考多年枯水期暴雨频次及暴雨时24h 降雨量，3月份达到达到37.5mm，土工膜施工区为61500m2。

土工膜施工期降雨量(2014年11月～2015年3月):

Q1=每小时降雨量×汇水面积=37.5/1000/24×61500=96.09m3/h;

西南副坝中雨时测定反向排水渗流量:

Q2=173L/min=10.38m3/h;

考虑养护用水量:

Q3=5m3/h;

根据测量资料估算岸坡面积约53000m2，则汇水量:

Q4=37.5/1000/24×53000=82.8m3/h;ΣQ=96.09+10.38+5+82.8=194.29m3/h。

(3)采取的排水措施。

1)排水布置原则。

原则是“外堵内排”。先在土质防渗区侧设置黏土截渗墙，土质防渗区四周通过黏土齿墙与岸坡进行搭接，为防止渗水通过土质防渗区渗透至土工膜防渗区影响施工，先进行截渗墙的开挖，需开挖至强风化的下限，填筑4m宽黏土防渗体，槽底设置集水沟，将外部渗水通过集水沟集中至固定深泵坑，抽排至库尾。通过截渗墙的构筑，极大地减少了土质防渗区向土工膜防渗区的渗水量，截渗墙形式如图3-25所示。

图3-25　截渗墙断面形式

结合现场地形、水文气象、施工期各区主要来水等实际情况，合理拟定排水方案。主要考虑分期排水，填筑期与土工膜铺设时排水共同考虑。原则上泵坑的设置在填筑区外，考虑设置在混凝土结构物的外侧，设置主泵坑及泵站，汇水通过混凝土主坝生态放生管排出。

2)合理设置泵站及水泵选型。

水泵必需的排水能力QB=Qmax×24/20=194.29×24/20=233.2m3/h;

水泵扬程估算:满足抽排出生态放生管道底部高程8.5m;

施工期(枯水期)选用4 台22kW 浮筒式污水泵，扬程20m，每台流量150m3/h，可满足施工要求。共设置4 个泵站，沿线接长Φ150mm钢管排水，如图3-26所示:

图3-26　土工膜防渗区排水布置图

①西南副坝趾板、南库岸趾板中间浇筑0.3m×0.6m混凝土挡水坎，截止坝面库岸汇水、反向渗水、养护用水，设置为1#泵站;

②平面最低处的混凝土齿槽外侧设置2 处泵站及时抽排汇水，分别设置为2#泵站、3#泵站;

③主坝前放生管处布置1 台水泵作为4#泵站;

(4)需要把握的问题。

①混凝土齿槽设计时，在不影响其形体、整体稳定的情况下，外边缘可设置排水边沟，每隔50m～80m可设置集水坑，接长管线设置泵站抽排出施工区域;

②周边混凝土结构物养护方式在作业环境允许的情况下可适当进行调整，可采用薄膜保湿、蒸气养护方式，减少排水量;

③科学估算降雨情况，配备足量的抽排设备，合理布置排水管线，合理计算排水流量，尽量避免拆管移位、更换管道等基本问题。

3.3.4.5　周边相关施工项目准备

(1)气候及现场施工条件。

适宜在气温5℃以上、风力4 级以下无雨、无雪的干燥暖和的天气进行铺设。

现场设置了2 处土工膜临时堆放场地，每处面积为30m×20m=600m2，并划分为2 块堆放区，分为已检验区和待检验区。土工膜等材料从仓库转运至现场后，采用25t 吊机卸车堆放至临时场地待检验区，各区底部铺垫15cm×15cm方木及1.5cm厚模板，另在木板上铺设一层400g/m2 土工布，保证土工膜表面的清洁干燥，防土工膜被沙尘污染。另外在出入口处设置值班室，负责材料的进出场详细登记及人员管制。

(2)土工膜原材料检查。

复合土工膜铺设前，对采购并运抵工地的土工膜按规定的指标要求按批次进行抽样检查，经检验质量不合格或不符合设计要求的同批次土工膜，不得投入使用。

对到达现场的土工膜和土工布产品按照本工程材料性能技术要求进行内在质量抽样检验，要求同一牌号的原料、同一配方、同一规格的产品5t 以下为一检验批。检验不合格的土工膜产品，严禁在工程中使用，并且立即更换产品直至抽检合格。

(3)下支持层验收。

下支持层为黏土，压实度达到95%以上(斜坡面压实度为90%以上)，表面残余颗粒最大粒径≤20mm。

土工膜铺设施工前，首先检查土工膜下支持层表面，对超径块石及可能对土工膜产生顶破作用的其他杂物进行全面清理。然后对垫层面的施工质量进行全面验收，确保无超径块石及可疑杂物，并全面检查铺设表面是否坚实、平整。焊接时基底面的表面应尽量干燥，测定铺设基面黏土的含水率在15%以下，基底的阴阳角修圆半径≥50cm。

(4)限行要求及规章制度。

对已验收的膜下支持层部位进行封闭管理，采用1.5m高围栏进行封闭并挂牌，仅留进/出口道路通行。随着作业面的转移收拢及时调整围栏的位置并做好过程维护。

已完成焊接铺设的范围禁止所有车辆、施工机械入内，除检测人员外，其他闲杂人员一律不许入内;已完成铺设的土工膜及时采用土工沙袋压重，以防止阵风吹翻、损伤土工膜。

进入施工现场的所有人员禁止抽烟，不得将火种带入现场;所有人员进入土工膜施工现场时，必须穿软底鞋及鞋套，不得穿钉鞋、高跟鞋及硬底鞋。

(5)施工人员培训及交底。

由具有资质的专业工程师对参加土工膜铺设、焊接、检查、验收的技术人员和操作工人进行专项培训及技术交底，直接操作人员须经考核合格后方可进行现场施工。

①复合土工膜焊接人员由膜布生产厂家委派，焊接操作人员应固定使用焊机，要求其熟悉焊机的原理、操作、使用注意事项、焊机操作规范。做到定人定机，不随意更换。

②现场检测人员需专业培训，熟悉土工膜施工和检测过程、检测设备的原理、操作和注意事项，能够对各种质量问题进行准确描述和分析。

③缺陷修补人员需熟悉塑料焊枪等机具的原理、使用注意事项及操作规范，根据修补方案和修补工艺，采用与实际施工相同规格的土工膜进行缺陷修补。

④现场管理人员、专职安全员应熟悉土工膜的管理规章制度，由安全部门对材料吊装、防火安全、临边防护等进行专项安全交底。