在暴露的土工膜下的膨润土防水毯(GCL)发生面层间的原位分离

摘要

放置于暴露的土工膜下的膨润土防水毯(GCL)发生面层分离的情况,迄今为止至少已经出现了5例.除了其中一例面层分离的距离较大外,一般两个临近面层的分离距离大约在0-300mm(0到12英寸)之间.本文阐述了美国土工合成材料协会(GSI)针对这类情况的研究发现与理论观点.在发生面层分离的5个地区,土工膜铺设于GCL上方之后就始终处于外界环境下,而未及时将土壤层覆盖于土工膜上,直到发现有面层出现分离,其时间间隔大约在2个月至5年之间.简短介绍了这5例GCL面层原位分离事件之后,列出并讨论了从案例中得出的一些典型特征.以此为背景,总结出可能导致GCL面层发生分离的三个因素:1.GCL的缩水;可能是GCL的干湿循环所造成的.2.GCL在陡坡上受纵向拉张力的影响.3.在相对平缓的斜坡上,GCL发生收缩所致.通过实验室模拟研究后发现:第一项认为是催化面层分离的因素.第二项认为是造成面层分离的主要原因,第三项认为是一个可能存在的因素.基于大量的调查研究后,对上述原因做如下注解:1.在实验室的测试环境下,GCL从制成品原本的湿度状态烘干至完全干燥,其中缩水幅度高达2.1％.然而,在实际现场,GCL对水分的摄取机制与同时发生的干湿循环是个非常复杂的过程,这个也是需要去研究的.2.经实验室测试得出,对GCL产生的纵向拉张力与随后发生的横向收缩,或称"颈缩"现象被认为是在陡坡上发生的面层分离的主要因素.这种情况的发生,是由于使用的双层无纺布型GCL,均为使用棉麻织物来加筋.3.应当开展对GCL的横向收缩或称"颈缩"的实地研究,因为这在实验室里是很难去模拟的.这个情况在相对平坦的表面上,也被认为是有可能会发生的,但所产生的效果要比前面提到的,在陡坡上受纵向拉张力所产生的影响要小的多.4.美国土工合成材料协会(GSI)目前正在积极致力于开发无损检测的方法,来探测实地发生的GCL面层的分离情况,而无须移除上面覆盖的土工膜.当前主要的研究方向是利用超声脉冲回波技术与探地雷达来测定.基于这些研究发现,我们有以下建议:1.及时回填土工膜/膨润土垫(GM/GCL)的复合衬垫(取决于现场条件与周围环境),从而防止受自然环境与极端温度的影响.2.使用横向收缩较小的土工织物来制造GCL,这样可以避免受到纵向拉张力时GCL发生大幅度的横向收缩.换句话说,大多数发生面层分离的情况,均是由于使用了未用棉麻织物内嵌加筋的双层无纺布型GCL.3.增加搭接面的距离,从现在的150mm(6.0英寸)增加到250～450mm(10～18英寸),来缓解面层发生的缩水或对面层发生的横向收缩的影响.4.控制好GCL制成品中膨润土的水分含量,尽可能得减少在现场因膨润土干燥而造成的收缩.5.对暴露着的土工膜,考虑使用隔离的方法来加以保护,诸如使用保温垫层、土工泡沫板或者是浅色的土工合成材料来减少极端温度所造成的影响.土工合成材料学会对暴露的土工膜下GCL面层分离问题的研究成果,已全部在本文中叙述.最后得出的结论已与生产商们进行了沟通,并进行了加工和制造上的改进,以避免未来此类情况的再度发生.