保护层的结构、材料和施工要求设计与论证——以Lago Miller坝为例

保护层是保护土工膜不受自然因素和人为因素等外界因素的破坏，这些因素有：施工时的机械设备和人畜破坏，波浪冲淘、冰冻、风力和阳光的影响，以及膜下水压力的顶托而浮起等破坏。同时，膜上的保护层也有助于斜坡上膜的稳定等。保护层的结构、材料和施工要求应进行专门的合理的设计或论证。

（1）一般中小工程的保护层，常用素土、砂砾石，预制或现浇的素混凝土板和干砌石等。素土层的厚度一般采用30～50cm。混凝土板的厚度一般10cm左右，国外有的渠道工程有用20～30cm厚度的。

为了更好地保护土工膜的安全，在保护层与土工膜之间有时还设置垫层（Giroud，1996）。素土、砂、无尖角的砂砾都可选用，但针刺无纺布是较好的垫层，故带有无纺织物的复合土工布是很好的含有垫层的土工膜防渗层材料，这种无纺织物还有增大摩擦力的作用，可增强边坡的稳定性。土工膜上的垫层若是透水的，则它还有排除膜上积水的作用。

（2）对于大型重要工程，保护层可分为护面层和垫层（上垫层）。常用的护面层有：预制的和现浇的混凝土块（板），加钢（铁）筋网的混凝土板，干砌石等，也可采用浆砌石护面，但若它是不透水的，则应加排水孔以释放护面后面的积水。

垫层的形式有多种类型，它与护面的形式有关。例如，采用预制混凝土块（板）时，可直接铺设在复合土工膜的土工织物上，现浇的护面可在复合土工膜的土工织物上浇注，不需另设垫层。

对干砌块石护面层，若块石具有棱角，则不宜与土工膜或复合土工膜直接接触。可先在土工膜的土工织物上铺粒径小于40mm碎石垫层10～15cm，再在其上做干砌护面；对于浆砌块石护面，则可在土工织物上铺粒径小于20mm左右的小石垫层厚约5～8cm，再砌筑浆砌块石。在浆砌块石或现浇混凝土护面上均应设排水孔，间距1.5～2.0m。(www.xing528.com)

但是对膜上保护层的设置有不同的看法，意大利P G Sembenelli在华的一次报告中，多次提到不设保护层的意见，他认为，保护层的设置必将在一定程度上损坏土工膜本身，而不设保护层的好处是，施工方便、缺损容易发现和修复，又避免了保护层沿膜下滑的隐忧。对于渠道边坡，则可以大大降低糙度系数，增加渠道输水能力达30%左右。Lago Miller坝位于高程2500m的山地，气候寒冷，阳光强烈，PVC防渗膜自1976年使用以来运用良好，未曾维修，如图3.15所示。他还认为，若要设保护层，则可采用轻质土工网（3cm）其上再铺8cm素混凝土（其中个别混凝土块应有插筋）即可。

图3.15　Lago Miller坝（Sembenelli，2007）

（a）仅用土工膜（无覆盖）衬砌的渠道正在输水；（b）用PVC膜覆盖后渠道输水能力的增加（矩形断面）；
（c）高寒地区用土工膜防渗的水库工程（白色为冰雪）

不难想象，这种做法其优点十分突出，但对材料性能的要求必定很高。据悉，所用的PVC材料中，PVC的含量仅占50%，其余为塑化剂等添加材料。此外，膜的厚度也必定较厚。我国尚未见到类似的报道，可见在防渗材料性能和防渗层结构的研究方面，我国还有许多工作可做。