从物理力学性能角度出发,坝高50m以下的中低坝对PVC膜和PE膜均可适用;但对于50m以上的中高坝,当前工程实践更倾向于采用PVC膜。这一倾向主要基于以下几方面考量:
(1)变形适应能力。 不含回收料的PVC膜拉伸极限伸长率约为250%,其应力应变曲线无明显屈服点,在4℃库水温度下,弹性变形阶段(卸荷后可完全恢复)的末端应变值可达60%~70%。相较之下,HDPE膜拉伸极限伸长率虽在500%以上,但弹性阶段仅约15%,拉伸屈服强度约为断裂强度的2/3,应力应变曲线接近理想弹塑性形态。LLDPE膜的弹性变形量略高于HDPE膜。综合分析可见,防渗膜的安全关键在于能否适应坝体位移变形,而PVC膜在这一方面对高堆石坝复杂的变形条件具有更好的顺应性,更有利于自身长期运行安全。
(2)柔韧性与施工贴合性。 PVC膜的柔软优势主要体现在两点:一是膜幅拼接、长度连接及锚固件安装等施工操作更为便捷,而厚度超过1mm的HDPE膜呈硬板状,现场处理难度较大;二是PVC膜能够自然贴合垫层表面的细观不平整处,在水压作用下基本不产生附加张拉变形,仅随坝体整体位移而发生变形,而板状的HDPE膜受水压后则会产生明显的附加张拉变形。
(3)耐久与抗老化性能。 近三十余年来国内外膜防渗大坝工程表明,在设置防护层的条件下,防渗膜在服役期内的抗环境老化性能完全能够满足要求。20世纪90年代中期以前,我国大坝防渗工程所用土工膜以PVC为主;此后,随着国产厚度0.5mm以上PE土工膜的问世,PVC膜因单位面积质量大、单价较高、幅宽偏小导致拼接量增加,以及当时配方中塑化剂易流失、老化问题突出等因素,逐渐被PE膜替代。但自90年代中后期起,国际上涌现出多款优化配方的PVC膜,兼具高水头防渗与耐恶劣环境的能力,已在多座高水头大坝中实现裸露应用,且经过数年运行验证,其裸露状态下的预期使用寿命已从50年提升至100年。因此,设计者在选材时如今又多了一种选项——即不设覆盖保护的裸露防渗方案。
(4)抗施工损伤性能。 防渗膜在储存、运输及施工过程中难免受到不同程度的损伤。复合膜因有无纺织物保护,其抗损伤能力明显优于纯膜,因此在复合质量有保障的前提下,应优先选用复合膜。对于低水头且膜厚小于1mm的工程,可根据生产企业的复合工艺可靠性选用一布一膜或两布一膜型;但对于高水头且膜厚1mm以上的工程,基于当前(2018年)的复合工艺水平,采用两布一膜型复合膜时需格外审慎。 |