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防渗土工膜缺陷探测方法述评

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第46卷第1期 河海大学学报(自然科学版) Vo1.46 No.1 2018年1月 Journal of Hohai University(Natural Sciences) Jan.2018 DOI:10.3876/j.issn.1000—1980.2018.01.007 防渗土工膜缺陷探测方法述评 岑威钧 ,耿利彦 ,和浩楠 (1.河海大学水利水电学院,江苏南京210098;2.河北省水利水电第二勘测设计研究院,河北石家庄050021) 摘要:针对土工膜防渗工程在各个阶段不可避免的土工膜缺陷问题.在阅读整理国内外相关文献 的基础上,介绍适用于不同阶段的土工膜缺陷探测(含质量检测和渗漏监测)方法,重点对各类电 学探测方法的优缺点及适用范围进行阐述评价。最后,归纳总结各种缺陷探测方法的适用性.提出 若干土工膜缺陷处理技术建议。总结表明:电学法与其他探测方法相比,具有适用性强和精度高等 优势,是未来进一步重点发展的土工膜缺陷探测主流方法:电学法若与缺陷处理技术相结合.可形 成一套有效的土工膜缺陷预防和处理措施。以提高土工膜防渗体系的完整性。 关键词:防渗材料;土工膜;缺陷探测;质量检测;渗漏监测;述评 中图分类号:TV441 文献标志码:A 文章编号:1000—1980(2018)0卜0043—09 Review of the defect detecting method of geomembrane for the seepage control CEN Weijun ,GENG Liyan ,HE Haonan (1.College of Water Conservancy and Hydropower Engineering,Hohai University,Na ng 210098,China; 2.The Second Design and Research Institute of Water Conservancy and Hydropower of Hebei Province, Shijiazhuang 050021,China) Abstract:During the different stages of anti—seepage engineering using geomembrane,the defect is almost inevitable.According to many related literatures at home and abroad,the paper introduced some detecting methods of geomembrane defect including the examining and monitoring.In particular,the advantages and disadvantages of various detecting methods and their application scope were analyzed and evaluated in detail.After summarizing the applicability of various detecting methods,the paper lists the various repair technologies of geomembrane defects during the different stages of anti—seepage engineering.The study indicates that,compared with other detecting methods,the electrical method has strong applicability,high accuracy,and easy operation,which will attract more attention and development in the future.The combination of the electrical detecting method and the relevant defect repaiirng will be helpful for the forming of an effective prevention system of the geomembrane defect and the integrity improvement of geomembrane impervious system. Key words:impermeable material;geomembrane;defect detection;quality examination;leakage monitoring; review 土工膜是一类新型柔性防渗材料,因其具有防渗效果好、变形能力强、造价低、施工便利等优点,已广泛 应用于堤防、库盘、蓄水池、渠道、大坝、围堰、垃圾填埋场等防渗工程 。目前,常用土工膜的厚度一般在 0.5—2mm,因此在土工膜的生产、施工及工程运行过程等各个环节均易造成不同程度的破损,形成宏观缺 陷 ]。Nosko等 通过对16个国家300多处场地大约325万m 土工膜的质量检测统计数据进行分析, 发现土工膜缺陷中24%的破损发生在铺设阶段,73%的破损发生在膜上保护层铺设阶段,3%的破损出现在 基金项目:江苏省自然科学基金(BK20141418);国家自然科学基金(51679O73);江苏高校优势学科建设工程资助项目(YSI1001) 作者简介:岑威钧(1977一),男,副教授,博士,主要从事水工渗流分析与控制及土石坝抗震研究。E—mail:hhucwj@163.corn 引用本文:岑威钧,耿利彦,和浩楠.防渗土工膜缺陷探测方法述评[J].河海大学学报(自然科学版),2018,46(1):43-51.DOI:10.3876/ j.issn.1000—1980.2018.01.007. 河海大学学报(自然科学版) 第46卷 运行期等其他阶段。土工膜一旦出现缺陷.工程运行后会在缺陷处形成集中渗漏。对于垃圾填埋场而言,渗 漏液下渗将污染土壤及地下水源 ]:而对蓄水工程而言,渗漏除了造成水量损失外(如蓄水池、渠道等 1 程),还可能影响膜后填筑料的渗透稳定性,进而危及工程安全(如堤防、围堰、土石坝等工程)[8-1o]。因此, 为了尽可能地确保土工膜防渗屏障的完整性,除了提高土工膜生产和施工的质量标准外,可采取的预防措施 就是对各阶段土工膜进行及时有效的缺陷探测及修补。 笔者在阅读整理国内外相关文献的基础上,对土工膜缺陷探测的含义进行拓展,将其广义理解为土 —f 膜 质量检测、缺陷渗漏监测及狭义的土工膜缺陷探测的总称。同时,对土工膜广义缺陷探测方法按防渗T程的 施工期和运行期进行分类阐述。在此基础上。详细介绍各时期不同阶段土工膜缺陷探测的一些常用方法,并 进行相应的比较评析。其中,电学探测法因具有原理明确、操作简便、定位准确等优点,适用于土丁膜防渗T 程施工期及运行期各阶段[1 H],因此重点对其包含的各种子方法的优缺点及适用性进行详细阐述和评价。 最后,汇总各类探测方法,并给出一些土工膜缺陷修补技术,供施工和运行阶段修补土工膜时参考选择。 1施工期土工膜缺陷探测 根据Darilek等_l ]和Line等lJ 6l的调查统计,在施工期,尤其在土工膜的铺设、焊接(包括胶接,下同)和 膜上保护层铺设压实阶段,土工膜的破损概率较大,易产生宏观缺陷。Nosko等I”]指出,施工期土 r膜缺陷 的产生除了与气候条件、应用范围、场地条件等客观因素有关,还与施工人员的技能、态度以及器械使用等主 观因素密切相关。因此,在工程施工期除应严控各施工环节的每一个细节,提高土_T膜施工质量外,还需同 时辅以必要的缺陷探测(检测)技术,确保土工膜防渗系统的完整性,降低工程渗漏隐患。 1.1 土工膜铺设和焊接阶段 在土工膜铺设和焊接阶段,土工膜缺陷的产生主要包括两部分.一部分是焊接区土工膜由于焊接质量不 过关导致的缺陷,另一部分则是非焊接区土工膜在未覆盖保护之前因暴露在场地中受到各种扰动产生的缺 陷。由于缺陷产生原因、尺寸大小、分布规律等均有差异,这两类土工膜缺陷的探测(检测)方法也有所 不同。 土工膜在铺设和焊接过程中,焊接人员的操作程序及器械设置参数等因素都可能导致焊接质量问题,… 现虚焊、脱焊及漏焊等现象,在焊缝处产生“缝状”缺陷。国外曾对投人运行的28处2O万m 土丁膜进行质 量检测,结果表明平均每1万m 约有26个漏水孔,其中69%出现在焊缝处_】引。因此,土T膜在拼接焊接后 必须进行焊接质量的检测。常用的检测方法包括视觉检查、焊缝破坏性测试及焊缝无损检测等 视觉检查 是对土工膜焊缝质量进行目测评估,是一种较为粗略的评判方法[1 ;破坏性测试通过剪切和(或)拉伸试验 对焊接区土工膜试样进行强度测试,检测结果可反馈指导相关焊接形式和参数的设置 :无损检测包括真 空箱测试法及空气压力测试法,能有效检测双焊缝条件下土工膜的焊接质量 。。 。T程实践表明。』二述儿 种土工膜缺陷探测(检测)方法虽然能对土工膜焊接质量进行有效检测,但检测速度、精度、效率及自动化程 度均较低,不适合大范围、微小缺陷的探测 土工膜除在焊接区容易出现可能的各类缺陷外,在铺设、拖拽和拼接过程中容易受到施 r机械、膜卜土 石颗粒的顶破和刺破作用,在非焊接区亦可能产生数目众多、尺寸较小且分布随机的缺陷或潜在缺陷(损 伤),若不及时探测并加以适当处理,则有可能在后期施工或运行阶段发展为危害性更大的缺陷 对: :非焊 接区未铺设保护层之前的裸露土工膜,缺陷探测一般首选电学探测方法,具体包括电火花法、水枪法和电弧 法等。(a)电火花法将供电电极一端通过接地垫放置在被测土工膜上,另一端接人检测装置,探测途经缺陷 处时,通过观察高压电流产生的电火花和探测仪发出的声音信号来判断渗漏点位置。Youngblood等 利川 导电土工膜对某海水净化池工程进行实地缺陷探测,证实电火花法在暴露土工膜缺陷探测中具有较高的精 度。(b)水枪法 探测时供电电源的一侧电极埋设于膜下导电层,另一电极与水枪和检测装置相连,一I 作 时边洒水边探测,利用水的导电性,当膜上移动的水枪遇到缺陷时就会形成电流回路,电流测试仪就会 现 “报警”提示。Beck等 25 l用金属滚条的形式代替传统水枪法的水枪喷头,在实地探测中既可以对土 膜缺 陷情况进行探测,又可以借此发现土工膜膜下不良接触或尖锐凸起。(c)电弧法同样将供电电极一端接入 膜下土层中,另一端与探测装置相连,当探头遇到缺陷时就会产生连续且明亮的电弧。Nosko等 对欧洲近 500万m 暴露土工膜的电弧法探测结果进行统计分析,指出电弧法适用于各种非导电土:I 膜(PE、PVC、PP 第1期 岑威钧,等 防渗土工膜缺陷探测方法述评 45 等),且探测灵敏度可达毫米级。高康等 总结国内l0年问100多处垃圾填埋场及矿山等工程开展的土工 膜缺陷探测实践,证实利用改进的电弧漏洞检测技术可使检测精度和准确度大幅度提高。 上述几种电学探测方法适用于大面积非焊接区土工膜微小缺陷的探测,其探测精度和灵敏度均较高。 实际工程应用时,电火花法与水枪法也有一定的限制。例如,电火花法仅适用于造价相对较高的导电土工 膜;水枪法由于采用低电压,其探测精度相对较低,不适用于高湿度环境下微小缺陷的探测。此外.水枪法不 宜对较陡的斜坡铺设的土工膜进行缺陷探测,因为顺坡而下的水流可能不通过缺陷 ,同时产生的表面张 力会“掩盖”微小孔洞,此时水枪法的探测灵敏度会大幅度降低。相比之下,电弧法的优势在于缺陷探测时 不依赖常规的信号传输介质(导电土工膜或水),适用于普通非导电土工膜。具有较高的探测精准度.因此在 土工膜铺设焊接且裸露时推荐使用。 1.2膜上保护层铺设阶段 土工膜完成铺设和焊接后,一般需铺设砂、砂砾石等土石料作为膜上保护层。根据Nosko等I5引的调查 统计,在土石料保护层铺设和压实过程中,土工膜产生损伤或缺陷的概率远大于焊接阶段.这是由于施工过 程中覆盖材料穿刺以及重型机械碾压等均易造成土工膜出现破损_2 。覆盖保护层后。土工膜的缺陷难以通 过肉眼直接观察发现,通常利用电学法进行该阶段土工膜缺陷的探测。 与无上保护层时的裸膜缺陷探测不同,对有上保护层的土工膜.缺陷探测可采用电学探测法中的双电极 法和偶极子法。双电极法早在1985年由美国Leak Location Services公司[2 8l提出。其工作原理_29 是在土工 膜上、下垫层中分别布置供电电极,连接高压直流电的正负极,若土工膜完好无损,因土工膜的高阻特性,两 电极之间不能形成电流回路;而当土工膜存在缺陷时.缺陷将为电流提供通路从而使串联在回路中的电流表 指数发生改变。双电极法仅通过供电电极之间是否产生电流回路来判断缺陷的存在,而不能对缺陷位置及 数目进行确定,且场地中诸多可导电的因素都会对探测结果造成干扰。为此,对传统双电极法进行改进,形 成了偶极子法(又称电极 极子法或改进双电极法),其工作原理[30]是在双电极法形成电流回路后,利用一 对间距固定的探测电极(即偶极子)在土工膜膜上介质(土料或水等)表面进行移动探测。当土工膜完好无 损时,膜上介质中无电流,偶极子检测不到信号;而当土工膜存在缺陷时,膜上介质中形成电位场,此时若在 偶极子的探测路线上土工膜存在缺陷,随着从土工膜完整区域接近缺陷位置,偶极子间的电位差将逐渐增 大;当偶极子的前端电极位于缺陷处,此时两探测电极间的电位差达到最大值;当两探测电极位于缺陷中心 对称位置时,两电极电位差为零;若继续向前移动,电位差将反向增大,直至后端探测电极位于缺陷处时到达 最大值;探测电极继续前进时,电位差将逐渐减小。在探测电极的移动过程中,可连续记录电位(差)变化过 程,绘制沿探测方向的电位(差)变化曲线,其中电位差分布曲线会出现一个波峰和一个波谷,二者的中点即 为缺陷的位置。Parra ̄ 1]最早对电极一偶极子法进行深人研究,并确定了其工程实用价值。至20世纪90年 代末。已有几百个填埋场利用电极一偶极子法进行了缺陷渗漏检测[32 3。Hansen等l3 利用偶极子法对不同保 护层形式的两处垃圾填埋场进行缺陷探测.成功地探测到0.6 m厚覆盖层下直径小于5 mm的缺陷。高康 等I2 ]利用偶极子法成功地对上海某垃圾填埋场进行实地缺陷探测,并总结了造成土工膜缺陷产生的原因。 在实际工程中.膜上保护层的厚度一般比较薄,在保证保护层材料具有一定导电性的条件下,偶极子法具有 较高的探测灵敏度,可以对保护层覆盖下毫米级的土工膜缺陷准确定位,是一种有效的缺陷精细探测方法。 2运行期土工膜渗漏监测和缺陷探测 当土工膜完成施工、进入运行期后,地基不均匀沉降、膜上水压力以及动植物破坏等因素可能对其造成 损伤破坏。同时土工膜在上覆盖层(土料或水等)或滤液溶解等长期作用下,可能会出现应力开裂或环境应 力开裂现象[34-35]。与施工期受到强烈外界干扰产生直接破损不同,运行期土工膜缺陷更多是由外部荷载、 内部应力和环境等因素的长时间累积效应造成的,Nosko等 别的调查统计证实运行期土工膜产生缺陷的概 率相对较小。因此.在工程运行期评价土工膜防渗体系完整性的主要手段在于开展有效的缺陷渗漏监测分 析.尤其像垃圾填埋场等可能引起环境污染的工程,缺陷渗漏情况的有效监控显得尤为重要。 2.1在建工程的缺陷渗漏监测布设 对于在建工程,若想对工程运行期土工膜的完整性进行监测,一般需要在土工膜铺设之前将相应的监测 装备提前布置在膜下土层中,根据不同的工作原理,现有的运行期缺陷渗漏监测方法可分为常规监测方法和 河海大学学报(自然科学版) 第46卷 电学监测方法两类。 常规监测方法包括地下水检测法、扩散软管法以及化学试剂追踪法等。(a)地下水检测法 需要在场 地四周布置集水井,通过监测集水井中的地下水中某些成分或浓度的变化来判断场地是否发生渗漏。陔 法主要适用于地下水位较高的地下防渗工程。(b)扩散软管法[3 ]需要提前将透气性管道网格预埋在土1 膜下土壤中,通过渗透扩散进软管中的气体成分及浓度变化判断场地是否发生渗漏。该方法主要适用于存 在易汽化渗漏液的场地。(c)化学试剂追踪法 3 ]需要在场地周围布设采集探针,通过监测采集探针与注入 场地中某种易挥发的化学跟踪剂的反应判断场地是否发生渗漏。该方法主要适用于垃圾填埋场项目。在实 际应用中.地下水检测法和化学试剂追踪法仅能判断土工膜是否存在缺陷,无法确定缺陷的具体位置及数 目:扩散软管法虽然可以确定缺陷的位置及数目,但其实际探测精度与布置的软管数量密切相关。L述土 膜缺陷渗漏监测方法主要用于垃圾填埋场工程,不适用于水利工程,尤其对于化学试剂追踪法,化学试剂的 剂量过少容易被库水稀释降低探测灵敏度.而剂量过多又会对库水造成污染。HixI" 曾对市场上常用的土 工膜缺陷探测方法进行分类比较后指出,扩散软管法和化学试剂追踪法由于技术水准高、费用昂贵,在实际 工程中使用并不普遍。 常规监测方法往往基于某一类工程的固有特性,因此限制了其大范闱推广应用。相比之下,电学监测力‘ 法利用土工膜的绝缘性和缺陷渗漏前后场地土壤介电常数、电阻率等电学指标的变化开展相应的缺陷渗漏 监测,具有更广的适用性。例如,用砂土作为膜下垫层料,干的砂土电阻率约为10 Q·tn, 土r膜产 缺陷,膜下土层将因渗漏作用逐渐饱和,饱和砂土的电阻率则约为10Q·ml4。】,通过缺陷附近砂=L电阻率的 差异对土工膜缺陷进行定位,因此电学监测方法可以适用于各类土工膜防渗工程的渗漏监测 此外,电学监 测方法的自动化程度和探测精度都要优于常规监测方法,其应用推广已成为现代T程运行期土f 膜完整性 监测的发展趋势。 电学监测方法有电容传感器法、电化学传感电缆法、电阻率法及电极格栅法等。(a)电容传感器法址住 土工膜铺设前将电容传感器埋设在场区内,通过渗漏液引起缺陷附近土壤介电常数的改变来判断上I 膜足 否存在缺陷。该法需事先埋设大量电容传感器,造价较高,而且场地中地下水等因素也町能会引起埘部 壤 介电常数改变,对探测结果干扰较大。(b)化学传感电缆法是将电化学传感电缆预埋在场 土壤内.根据渗 漏液中某些成分能够引起传感电缆发生物理或化学反应来判断土工膜是否产生缺陷 Ruiner等l4 从环境 保护的角度对各类工程防渗体系控制技术进行分析评估,指出由于不同场地产生的渗漏液成分不尽村】川.[太l 此使电化学传感电缆法的适用性受到较大限制。(c)电阻率法[4 则是在土工膜下提前预埋探洲电极,利 用渗漏发生后漏洞附近土壤电阻率降低的特性来判断土工膜是否产生缺陷。Phaneuf等 对纽约州多处利 用电阻率法进行缺陷探测的垃圾填埋场进行调查研究,证明电阻率法在工程运行期间保证防渗体系完整性 方面发挥了关键作用,但不足之处在于如果对土工膜缺陷进行修补后膜下土壤的电阻率并不能完全随之恢 复,将会对后期缺陷探测结果造成干扰。(d)电极格栅法|45 ]将探测电极以格栅形式提前预埋在上f 膜下 的土壤中,定期对场地进行通电检测,根据膜下土壤的电势等值线图来确定土T膜缺陷的数日及位置 ()h 等_4 0_在电极格栅法基础上提出一种格栅电导率测量系统,并进行模型试验.通过改变土壤含水率和电橄 间距来估计监测系统的灵敏度,试验证明该系统能够准确识别缺陷的位置,并可以定性地评估渗漏液体足垃 圾渗滤液还是纯净水。Ben等 51]采用电缆和电子灯的大型并联电路代替传统的各类电子传感器格栅,火幅 度降低了监测系统的成本投入,适用于工程缺陷渗漏的基础监测。上述各类方法均可以精确地确定IlI:1 膜 的缺陷位置,自动化程度较高,投入使用后可以对工程运行期土_T膜的缺陷情况进行永久监测.特别适川r 垃圾填埋场等场地条件复杂、运行环境恶劣、腐蚀污染严重的土工膜防渗工程。当然,上述方法ffl各类传感 器、探测电极以及与之配套的监测系统,其造价与成本往往较高,因此在实际T程中还需根据经济性和I 程 重要性选择合适的渗漏监测方法 2.2完建工程的缺陷探测 对于未布置土工膜缺陷渗漏监测系统的已建工程,可利用电学探测方法中的偶极子法进行缺陷探测 根据国内外学者对电学探测方法的模型研究和数值模拟结果可知[52-55],膜上覆盖层材料的厚度及导电性影 响覆盖层表面的电位分布。膜上覆盖层越厚,表面电位分布越微弱,探测灵敏度越低。 为了便于偶极子法在运行期有覆盖材料情况下进行土工膜缺陷探测的应用与推广,国内外学者对偶极 第1期 岑威钧,等防渗土工膜缺陷探测方法述评 47 子法做了大量的研究与优化。Beck等 对美国市场上已有的电学探测设备与技术进行了调研统计认为 深厚填充物探测、“镜子”电荷以及交流滤波等技术的出现,可有效提高偶极子法在各种复杂覆盖情况下的 ,探测精度。Beck 叫对现有的偶极子法探测设备进行改进为直流电源提供了电噪声消除功能,为偶极子探 针提供GPS数据记录和定向指示器功能,极大地提高了偶极子法的探测精度且能有效降低探测电压,确保 ,,探测安全。Xiao等 利用偶极子法对垃圾填埋场渗漏检测进行了试验研究探究了砾石大小、缺陷尺寸、渗 滤层模型以及水(或渗滤液)人渗等因素对垃圾填埋场渗漏检测的影响。Pegg 等 ss 和R ms。v等 s 对传统 ,衬垫和新型导电衬垫分别进行渗漏检测调查对比分析,证实了导电衬垫在渗漏检测中的实用性 Youngblood等 、Abigail等 、Ng等[6 ]通过一系列实地场地测试,证实了导电衬垫的优越性——可用于使 用传统非导电衬垫时很难或不可能探测情况下的渗漏检测,例如膜上有深厚保护层覆盖衬垫与下垫层接触 不良、焊接不良以及土工膜有褶皱等情况。Sirieix等 利用电阻率层析成像技术对导电衬垫进行渗漏探 、测,并对偶极子阵列和温纳一斯伦贝谢两种不同阵列下的结果进行对比分析,最终通过PSO取样解决了低电 阻率、超薄垫层下土工膜缺陷的探测问题。通过新技术、新材料以及新设备的不断引入和改进有效提高了 偶极子法在运行期土工膜缺陷探测的适用性和探测精度。Prota等 对安第斯山脉高海拔地区矿石堆浸项 .目进行调研,证实改进的偶极子探测设备可以实现对大面积区域的快速扫描,以快速评估土工膜的破损状 况。Nosko等¨ 利用电弧测试法和偶极子法联合工作,实现了对施工期和运行期不同尺寸土工膜缺陷的精 确探测,为土工膜防渗工程“零渗漏”的目标提供可能。 已有研究与工程实践表明,偶极子法是一种优越的土工膜缺陷探测方法,与以电极格栅法为代表的永久 监测系统相比,偶极子法具有灵活便携、操作简单、成本低廉等优势,适用于未安装监测系统的已建工程。此 外,相比土石料而言,库水具有较高的电导率,可以使偶极子法获得更高的探测精度,且偶极子的探头可以在 库水中沿土工膜或保护层表面进行放置与拖动 ],因此偶极子法也适用于土工膜防渗土石坝工程运行期土 工膜完整性的探测。 3 土工膜缺陷探测方法汇总及修补技术 3.1缺陷探测方法汇总 在各类土工膜缺陷探测方法工作原理及优缺点详细介绍的基础上,归纳分析不同方法在不同工程中的 适用情况,从而根据不同阶段、不同工程特性进行合适的土工膜缺陷探测方法选择,见表1。 表1缺陷探测方法适用性对比 Table 1 Comparison of the defect detecting methods 方法 适用阶段裴 豪釜詈 曩 特点 目测 施工期 能 粗略确定 方法 适用阶段簇 衰釜善 运行期否电容传感器法 运行期 能 否 特点 适用永久监测 真空箱测试法 施工期 能 压力箱测试法 施工期 能 焊缝检测 焊缝检测 否柔主 施工期 否 水枪法 电火花法 电弧法 地下水检测法 施工期 施工期 施工期 运行期 能 能 能 否 否 焊缝检测 电 羞 感 运行期 能 否 适用永久监测 电阻率法 需要导电土工膜 电极格栅法 适用各种土工膜 适用垃圾填埋场 偶极子法 运行期 运行期 能 能 能 否 否 是 适用永久监测 适用永久监测 ’ 由表1可见,无论是施工期还是运行期,相比常规探测方法,电学探测方法的适用范围更广。对于施工 期未铺设保护层的裸露土工膜,电弧法具有探测精度高、适用范围广的特点,值得推荐。对于运行期需要实 时监控的在建工程,如垃圾填埋场及矿石堆浸等,可以考虑建立电极格栅法为代表的永久监测系统。偶极子 法既适用于施工期膜上保护层铺设后的缺陷探测,又适用于运行期不需要永久渗漏监测的完建工程,尤其对 于以土工膜防渗土石坝为代表的水利工程,值得推荐使用。 河海大学学报(自然科学版) 第46卷 3.2土工膜缺陷处理技术 在做好各阶段土工膜缺陷探测(含检测和监测)的同时,对发现的土工膜缺陷应进行必要的处理。由于 施工期和运行期土工膜缺陷产生原因及工程运行条件不同,相应的土工膜缺陷处理技术也有所不同。 在施工期,当土工膜缺陷探明后,工程中常用的修补方法包括点焊、打补丁和加盖 。其巾,点焊川 来修补小型表面刮痕、较小的局部瑕疵或土工膜厚度减少的部位;打补丁用来修补大型孑L洞、撕裂等形式的 破损,并要求每个补丁至少比缺陷各边长出150 mm且必须采用圆角;加盖即使用长条土_rl膜修补较长的不 合格焊缝。如果修补后仍达不到工程质量运行要求,应将破损的土工膜移除并用新的iZ.膜进行替换。利 用这些方法对施工期出现的土工膜缺陷加以修补,可提高土工膜防渗体系的完整性。 对于已经投入使用的土工膜防渗工程,由于修补条件复杂,土工膜缺陷修补要求很高,一般需要无水或 无垃圾填埋的修补施工条件,同时需将膜上的覆盖材料去除。合适条件下,也可考虑在覆盖层上再铺设一层 质量完好的土工膜l6’j.但工程代价高。 除了上述的常规修补技术之外,Darilek等_6 提出了土工膜缺陷修补的电泳法,利用带电黏土颗粒在电 场作用下会向缺陷处移动的原理,对土工膜缺陷处进行自动封堵,进而限制缺陷渗漏的进一步发展 Kambham等 提出一种模拟电泳块封堵渗漏的数学模型并进行了仿真模拟,分析表明电泳块的形成过程与 电压梯度和黏土的压缩系数密切相关。Darilek等 。 和Yeung等[7¨分别用室内试验和大尺度试验证实丫电 泳法封堵缺陷的有效性.室内试验中8~10 film的椭圆形缺陷在电泳法作用下渗漏量明显大幅度减小 Corapcioglu等 。]通过试验验证了电泳法封堵缺陷的有效性,并指出了电压、电极面积、悬浮液初始浓度与电 泳块生成效率的关系:较高电压或较大的电极面积会加速电泳块的生成。同时电泳封堵缺陷时电极应尽町能 靠近液体表面。Han等_7 ]和Kim等[741进行了三维泄漏模拟试验,评价了电泳法封堵缺陷的现场适川性, 对影响因素进行了评价。电泳法理论上可以解决工程运行期土工膜缺陷修补的难题,实际1 程实施效果还 有待于进一步的应用和考证 无论施工期还是运行期,当完成土工膜缺陷修补(含修复)后,一般需要对修补部分进行复检。如果依 然有缺陷(渗漏)问题,需要进行二次处理,确保修补效果安全可靠。 4 结 语 土工膜作为一种柔性薄膜防渗材料,在实际工程防渗应用时因各种原因导致的缺陷难以避免 本文总 结了国@gb ̄m膜缺陷探测(含质量检测和渗漏监测)的研究成果及现状,对各类探测方法进行分阶段分类 阐述与对比分析,分析认为电学探测(监测)法具有原理明确、操作简便、定位准确等优点,适用于t 莫防 渗工程施工期及运行期的缺陷探测,可考虑优先选择使用。当然,由于土工膜缺陷问题具有复杂性和 确定 性,现有的一些缺陷探测方法还有待于进一步深入研究和实践检验,以提高探测的便利性和精度,降低探测 成本。 参考文献: [1]MULLER W W.HDPE geomembranes in geotechnics[M].Berlin:Springer,2007. 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