1、HDPE 土工膜施工技术 1 前言 HDPE 土工膜作为一种新型结构的防渗型土工合成材料，由于其抗拉强度高、防渗性能好、变形能力强、质量轻、施工方便、造价低等优点，被广泛用于库区、坝体、围堰、渠道、人工湖、蓄水池等水利建筑物的整体与局部防渗加固中。同时在电力、冶金、环保、城建、 铁路、公路、军工、农业及矿业等领域防渗加固工程中亦具有广泛的用途。 HDPE 土工膜中 PE 膜系热塑性非极性材料，在施工中边角连接及其与建筑物的连接等采用一般的胶粘剂粘接法很难达到理想的效果。目前施工中，边角连接通常是在膜布分离状态下采用膜与膜焊接，无纺布与无纺布缝合的接边方法。该方法施工速度较快，成本较低。但其接缝
2、强度过低，试验测得的接缝强度仅为复合母材强度的 40%左右。当遇到复杂形状的防渗结构如人工湖、煤灰厂等，由于复合土工膜的工厂预留接边是有限的，铺设中局部卷材有的过量皱褶，有的张拉过紧，这样不仅会造成材料的大量浪费，同时皱褶处也不利于土的密实回填。卷材过于张拉，容易造成悬空，易被水压和土体变形所张破。焊接法的焊接质量受施工现场条件如膜的厚度、气温、风力、湿度、电压、垫层平整度等诸多因素的影响，且焊接宽度过窄，其强度和止水效果也很难保证，而且 HDPE 土工膜与建筑物之间也不能用焊接法连接。因此 HDPE 土工膜施工连接技术直接影响着 HDPE 土工膜这一新型土工合成材料的推广应用和应用效果。 鉴
3、于目前 HDPE 土工膜施工中的连接技术问题，我所结合工程实例，开展了 HDPE 土工膜施工快速粘接技术的研究。经过五年的不断探索，开发了 HDPE 土工膜施工专用胶粘剂(KS 胶)及快速粘接技术，该技术已获得国家发明专利及河南省水利科技进步一等奖，并在全国各类 HDPE 土工膜防渗工程中推广应用，取得了较理想的效果。为HDPE 土工膜的应用和推广提供了可靠的连接技术。2 HDPE 土工膜粘接技术 2.1 焊接法接缝 HDPE 土工膜及焊接缝连接方式如图 1、图 2 所示： 图 1 一布一膜焊接缝合法接缝 图 2 两布一膜焊接缝合法接缝试验测得由 0.5mm 厚 PE 膜与 300g/m2 无
4、纺布复合而成的一布一膜型 HDPE 土工膜(图 1)自身抗拉强度为 17.5kN/m，按图 2 焊接缝合后测得其接缝抗拉强度为 7.0kN/m，接缝强度仅为复合母材的 40%。由上述同样的膜和无纺布复合而成的两布一膜型 HDPE 土工膜(图 3)测得自身抗拉强度为 19.5kN/m，按图 4 焊接缝合后测得其接缝抗拉强度为 7.9kN/m，接缝强度仅为复合母材的 41%。 由此可以看出，HDPE 土工膜采用焊接缝合法，接缝抗拉强度远远低于复合母材的抗拉强度，不能达到母材强度 80%的设计要求。其原因一方面是 PE 膜在焊接的过程中膜被加热熔化、加压粘合，膜变薄甚至老化，会造成膜焊接处抗拉强度降
5、低；另一方面为了满足焊接的需要，接缝处的膜与无纺布分离，接缝焊接缝合后，膜布分离，膜紧布松，拉伸时膜布变形不一致。接缝处的强度较低，因此接缝成为复合土工膜防渗系统中的一个薄弱部位。 2.2 KS 胶快速胶粘技术 针对目前接缝焊接法存在的问题，我所经多年的努力研制出HDPE 土工膜施工专用 KS 胶粘剂。适用于膜与膜、膜与无纺布、无纺布与无纺布、膜与砼、石、金属等之间的粘接，具有粘接速度快，强度高，抗渗性能好，施工成本低等优点。 2.2.1 KS 胶粘剂主要技术指标 1粘接抗剪强度 PE 膜-PE 膜： 0.14 MPa(母材断) PE 膜-无纺布： 0.14 MPa(母材断) 无纺布-无纺布：
6、 0.15 MPa (母材断) PE 膜-砼： 0.14 MPa(母材断) 2. T 剥离强度 PE 膜-PE 膜：1.10 kN/m(胶粘剂内聚破坏) PE 膜-无纺布：1.2 kN/m(胶粘剂内聚破坏) 无纺布-无纺布：1.2 kN/m(胶粘剂内聚破坏) 3180剥离强度 PE 膜-砼：0.92 kN/m (胶粘剂内聚破坏) 4抗渗压力：0.8MPa (PE 膜、粘宽 5cm) 5渗透系数：3.510-12cm/sec (PE 膜、粘宽 5cm) 6耐水性：水中浸泡 168h 粘接抗剪强度 0.12MPa(母材断) 2.2.2KS 胶粘剂粘接接缝方法 2.2.3 KS 胶接缝试验结果 采用
7、上述由 0.5mm 厚 PE 膜与 300g/m2 无纺布复合而成的一布一膜型和两布一膜型 HDPE 土工膜按图 3 至图 8 的粘接方法进行粘接试验，测得的粘接抗拉强度依次是 17.5kN/m(母材断)、16.6kN/m(母材断)、16.5kN/m(母材断)、17.0kN/m(母材断)、15.8kN/m(接缝附近母材断裂)、17.4 kN/m(接缝附近母材断裂)。 由于一布一膜存在强度的不均匀性，所以测出的数据波动较大，但拉伸断裂处均发生在母材上。两布一膜接边附近膜布复合强度过低，造成此处母材强度降低，拉伸时发生断裂，测得的试件抗拉强度低于对比试件母材的强度。 从图 3、4、5、7 接缝试验
8、结果看出，用 KS 胶粘接接缝的方法，拉伸时断裂均发生在接缝附近的母材上，接缝的强度均达到母材强度的 80%以上。 从图 1 和图 6，图 2 和图 8 所示的接缝方法强度测得的结果来看，复合土工膜施工时可采用焊接和粘接相结合的方法。 试件中膜与膜粘接宽度 5cm，测得 0.8MPa 水头压力下 24 小时无渗漏，渗透系数为 3.510-12cm/sec，与母材基本相同，说明接缝止水效果比较理想，主要原因是 KS 胶无挥发性溶剂，粘接层密实。 2.2.4 接缝粘接施工工艺 2.2.5 KS 胶用于 HDPE 土工膜与砼、石、金属之间的粘接技术在应用 HDPE 土工膜防渗的工程中，往往遇到复合土
9、工膜与砼、石头、金属管道等之间的连接问题，如 HDPE 土工膜与防渗墙的连接；地下室、屋面、渠道、蓄水池等砼(包括砖、浆砌石等)墙、面板粘贴 PE土工膜及 HDPE 土工膜；柱、墩、管道穿过 HDPE 土工膜防渗层后的连接密封等问题。不能用焊接法，目前大都采用砼包裹、锚固的方法，施工麻烦，止水效果差。KS 胶的研制成功，为 PE 土工膜及HDPE 土工膜与砼、石、金属管道等的连接提供较理想的方法，该方法施工快捷，节省费用，效果好。 2.2.5.1 主要粘接形式 2.2.5.2 HDPE 土工膜与砼粘结工艺 HDPE 土工膜与砼干湿面粘结可采用以下三种施工工艺： 工艺 1：用钢刷清除砼表面浮浆，
10、涂刷打底料(干面用 30%KS 胶甲苯液或 EF 胶液打底；湿面用 EF 水泥胶液打底)，打底液表干后，用 KS 胶将 PE 膜面粘合于砼上。 工艺 2：用钢刷清除砼表面的浮浆，预先在 PE 膜表面涂一道 KS胶，用 EF325 水泥胶液将涂胶 PE 膜粘合于干湿砼面上。 工艺 3：预先在 PE 膜表面涂一道 KS 胶，边涂边撒干净砂，使表面粘合一层砂，用 107 胶拌水泥或砂浆将 PE 膜面粘合于干湿砼面上，也可以用快凝水泥砂浆快速粘合。 HDPE 土工膜与砼之间采用 KS 胶粘结的优点是：由于 KS 胶中没有溶剂，粘结密封效果好；并且 KS 胶具有较大的断裂伸长率(达到800%以上)，弹性
11、模量较低，当砼基层表面产生裂缝时，可以保护表面的 HDPE 土工膜不被拉破。 3HDPE 土工膜粘接技术部分应用工程实例 3.1 人工湖、蓄水池建造工程 郑州世纪游乐园人工湖，面积 4000 平米，湖深 1.2 米，基础为黄色粉土和细砂，采用一布一膜型 HDPE 土工膜(膜厚 0.5mm，无防布 200g/m2)整体防渗。由于湖形复杂，且湖中有三个岛屿，湖上有两座曲桥，一座直桥，桥墩及进排水管均要穿过 HDPE 土工膜防渗层，采用焊接法显然铺设困难。本工程施工中复合土工膜的接边、与桥墩及管道连接，均采用了 KS 胶粘剂进行粘接，施工速度快，材料无边角余料，蓄水后，防渗效果理想。与此施工方法相似
12、的还有郑州阳光四季园人工湖、金色港湾人工湖、焦作修武山区集雨蓄水池等建设工程。 3.2 浆砌石结构防渗处理工程 武当山水电站引水渠，部分采用浆砌石面板，砂浆抹面防渗。正常运行水深 4 米，渗漏严重，危及到渠道的安全。采用 KS 胶粘剂满粘 HDPE 土工膜(表面砂浆保护)的防渗措施，达到了预期的效果。我省一些山区建有大量的浆砌石结构蓄水池，由于渗漏，基本废弃。焦作、巩义等地部分蓄水池采用了 HDPE 土工膜及 KS 胶粘剂粘接防渗技术进行处理，运行效果良好。 3.3 屋面防水工程 2000 年 8 月，采用 KS 胶粘剂满粘 HDPE 土工膜(膜厚 0.5mm，无防布 200g/m2)法对我所
13、新建办公楼约 1000 平方米的屋面实施防水施工处理。屋面上有各种管道、落水口等，由于 KS 胶粘剂延伸率可达 1000%以上，当基层开裂时，确保 HDPE 土工膜不被拉坏，形成两道防水层，上面有 3cm 砂浆保护。该方法最大的优点是接缝少，铺设快，防渗效果好，经三年的运行无渗漏。 3.4 地下室防水工程 我省水利厅 1#、2#两栋小高层住宅楼地下室采用 KS 胶粘剂粘接HDPE 土工膜(膜厚 0.5mm，无防布 200g/m2)方案进行防水处理。楼为桩基筏板基础，基坑深度 5 米，设有 590 根桩，施工条件复杂，其中 HDPE 土工膜与桩头连接是防渗技术关键之一。我们采用“V”槽 KS 胶
14、连接并灌注密封法处理。地下室外墙面复杂，每栋楼都有50 余根过墙管，分两期防水施工。通过运行，无任何渗漏，防水效果理想。该方法的优点是施工快，接缝少，在防水层上施工及基坑回填土时，无纺布保护着 PE 膜防水层，确保防水质量。该方法已在我省中医学院家属楼地下室防水及偃师市居民住宅地下室防水工程中推广应用。 3.5 其它方面 HDPE 土工膜及 KS 胶粘接技术还用于倒虹吸砼接口处理、渠道砼伸缩缝的处理、金属管道防腐衬砌处理、工业酸碱池防腐处理等方面，均取得了成功。 4 结语 4.1 HDPE 土工膜施工时，接缝可采用 KS 胶粘接或膜间焊接和膜布间、布布间胶粘结相结合的 两种快速施工方法。后者方
15、法膜布间的粘结，弥补了膜焊接可能存在的渗漏缺陷，提高了接缝强度和抗渗能力，确保了施工质量。KS 胶粘接成本低于复合土工膜应用成本的 5%，但使用 KS 胶粘接，复合土工膜可以任意拼接，既保证复杂结构的铺设要求，节省了材料，又降低了应用成本。 4.2 KS 胶粘剂的研制解决了 HDPE 土工膜与砼、金属等之间的粘结技术问题。当 HDPE 土工膜与建筑物砼连接时，胶粘法比锚固法，施工简便，造价低，止水效果更好。用 KS 胶及 EF325 胶液可将HDPE 土工膜粘附于干、潮湿砼、浆砌石等基面上，提高其防渗能力。另外 KS 胶及 HN-2 胶相配合适用于 HDPE 土工膜与 PVC 复合土工膜之间的胶接。 4.3 KS 胶粘剂为非极性材料，不被水解，耐酸碱腐蚀，浸泡后对水质无污染。 4.4 HDPE 土工膜施工中现场快速胶粘技术的开发与成功应用，技术上确保了施工质量，同时扩展了 HDPE 土工膜土工合成材料在水利、电力、冶金、环保、民建、城建、市政、地铁、铁路、高速公路、军工、农业、矿业开采等很多领域中应用范围。
