将土工膜直接放置于低渗透性的土层上，以此组成复合衬垫的方式，自1980年制定以来受到了美国和德国的环境管理部门的肯定。当用密实软黏土衬垫(CCL)作为这层低渗透性土层的时候，从土工膜(GM)的破孔中渗漏出来的渗滤液，通过这层密实软黏土的渗漏率是非常小的。这就很容易用达西定律来发现何处发生了渗漏，如此一来，就可以更精确得对土工膜破口处发生的渗漏进行定位。同时这也可以避免更多渗漏量的发生，因此土工膜与密实软黏土衬垫(GM／CCL)结合的防渗系统是很有效的。

到了1985年，开始尝试使用膨润土防水毯(GCL)来代替密实软黏土衬垫。几年之后，土工膜与膨润土防水毯的复合衬垫(GM／GCL)广泛应用于使用双层防渗结构的垃圾填埋场中。我们可以从图1中看到287座双层防渗结构的垃圾填埋场的平均泄漏率。其中进行最后一层封场覆盖的时候(第三阶段)，土工膜与膨润土防水毯的复合衬垫(GM／GCL)的渗漏率相比其他的复合衬垫更接近零。这里括号内的数字是得出的平均值。此数据得出以后，让人看到了土工膜与膨润土垫的复合衬垫(GM／GCL)的应用价值。

为了保证对CCL 下方的地基作完整的覆盖,标准的制造工序是在每卷GCL边缘印上一条或者两条标记线来作为“搭接标线”。不同生产商的边缘“搭接标线”可能存在差异,但规定至少都需要达到距离边缘150mm(6.0英寸)。通过现场调度，一条或者另一条搭接标线(取决于叠盖的方向)必须被相邻的GCL面层完全覆盖。上述的搭接程序已列为标准的施工规范,并受到了CQC与CQA组织机构的肯定。美国环保署的技术指导手册建议,最小的搭接距离必须沿CCL纵向,距离边缘150mm(6英寸)。
2GCL面层的分离现象
在5处施工现场,切开上层的土.工膜后发现下层的CCL面层间发生了分离。从图2中可以看到,分离的距离最大达到300mm( 12英寸)。
-一旦GCL面层发生了分离,那么先前在绪论中提到的复合材料的防渗作用也就形同虚设了。本文就是要研究和调查造成此类情况的原因,并且提出对材料与施工方面的改进,以此来避免此类事件的再次发生。

3对已知GCL面层分离地区的观察结果
第一例被观察到发生面层分离的,是在1993年,靠近波士顿的马塞诸塞州发电厂的垃圾填埋场。南面边坡上的土工膜被移除后发现下面的CCL面层间发生分离大约300mm( 12英寸)。David Daniel与Robert Koerner讨论了此种现象不过并未找出其中的原因。自2000年以来,另外还有4个垃圾填埋场也发生了此类情况。
在2004年,美国土工合成材料协会(GSI)受邀调查在加利福尼亚的一处垃圾填埋场发生的此类情况。那里的土工膜暴露在外大约已有三年时间,并且正在进行粗粒料土壤层的铺设作业。观察到石子对土工膜造成损坏并正在进行修补,同时发现土工膜下方的CCL出现搭界面层的分离迹象。对另外一个区域作进一步检查后发现,GCL搭界面层的分离范围在60mm 到450mm(2.5~18英寸)不等,而有一处的间隙则达到了1200mm(47英寸)。正如图3所示,沿着上方朝南的垃圾填埋场斜坡阶,每个GCL面层相邻处都有露出土基的缝隙。总共需要用265m( 870英尺)的CCL与土工膜,按照CQC和CQA规程来进行修复。显然,因为此事的发生,提升了对GCL面层发生原位分离的关注。

至今为止已知的GCL面层分离的情况的特性概括在表1 ,并注释如下:
(1)以上的5个案例的CCL都是被长期处于自然环境下的土工膜所覆盖着的。(2)这些土工膜无任何遮盖物覆盖,长期暴露在外至少有2个月至5年之久。(3)这些土工膜均是粗糙面朝下覆盖于GCL上的。
(4)其中有4个案例使用的GCL 都是针刺无纺土工布(GT)型的,并且针刺无纺布的一面是对着上层土工膜的粗糙面的。
(5)有4例都是发生在边坡上的(通常都是朝向南面的),只有1例是发生在垃圾填埋场底部平坦面上的。

(6)4个边坡案例中的3例,发现在斜坡底部或斜坡坡阶处有土工膜呈波浪形起伏。而在平坦面上，土工膜有形成较高幅度的波状耸起。
(7)4例中的CCL制成品的原始含水率都达到24% ~44% ,而马萨诸萨州的湿度估计大约在20%左右;这些产品随后就不再使用。
( 8)使用的三种GCL类型:
·黏结结合的不加筋的GCL——由上下两层相同的机织土工织物组成;此产品现已不再使用。·针刺型加筋CCL—-—由上层无纺布和下层裂膜丝机织布组成。
·针刺型加筋GCL-—由上下两层相同的无纺布组成。
(9)其中用无纺布加工的GCL的时候,都是用的针刺的方式结合的,但均未使用任何类型的“棉麻织物”来加筋,也就是说起加筋作用的棉麻织物均未被复合在无纺布里。
4造成GCL面层分离的原因
结合前期的观察和随后的实验室研究,本节将讨论可能造成GCL面层分离的一些原因。4.1GCL缩水;可能是GCL由湿至干的循环所造成的
发现铺设好的CCL含水率相当高,达到20% ~40%。造成这个的原因,可能是由于日照后湿气上升并聚集在了黑色的土工膜下方,从而增加了GCL的湿度（Daniel，等人，1993 , Daniel and Seranton,1996)。在铺有土工膜与膨润土防水毯的复合衬垫(GM/CCL)的边坡上,水分会沿着斜坡向下流动。如果边坡脚处没有回填土工膜,水分流下斜坡后,就会继续流动到整个设施相对平整区域的土工膜下方。如果在相对平整区域的坡脚处回填了土工膜,那水分就会积聚在边坡脚处,并使土工膜发生隆起,形成一个纵向的泡状物。这就是表1中所述的其中的三个案例。GCL起的实际作用就是吸水,然而吸水的同时也会因为织物的收缩,最终导致面层搭接处的分离。
图4汇总了各个实验室得出的测试结果。从中可以看到,最大缩水幅度达到2.1%。在110°C下膨润土与土工织物都会发生收缩,然而在60°℃下,仅仅只有膨润土会发生收缩。这就表明,门幅宽为4.4m( 14.5英尺)的GCL,它的搭接距离的损失最大可达到93mm(3.6英寸)。因此, 150mm(6.0英寸)搭接宽度,可以保证即使CCL面层有分离的趋势,也不足以导致搭接面出现分离而暴露出下面的土基。显然,真正导致GCL面层发生分离另有其因,而且要比前面所述的GCL因干燥而出现的收缩要严重得多。
4.2 GCL在陡坡上受的纵向张力的影响
斜坡上的土工膜受纵向张力的影响,同时伴随着夜以继日的膨胀和收缩,表面产生了许多逐渐向坡下运动的波浪形起伏,并在坡脚处积聚。这就是表1中所描述的三个案例并且对无遮掩的渗滤液衬垫做了定期的观察,如图5所示。

由于土工膜的粗糙面对下方CCL的无纺布面层的摩擦力较大,放置在斜坡上的GCL就会受到上层糙面膜缓慢拖拽力的影响。假若GCL锚固在坡顶处没有滑动,那么GCL就会受到整个面层宽度的张应力而导致横向面层发生收缩,即颈缩现象。
为了研究实际效果,实验室对表1中的3种不同类型的GCL进行一系列的实验测试。图6a)所示的是目前基本被淘汰的那种上下两层使用相同的机织物的不加筋的GCL。图6b)为一面使用针刺无纺布,一面使用裂膜丝机织布的加筋GCL。图6c)为两面都使用针刺无纺布的加筋GCL。纵横比就是指试样的夹持距离与试样的宽度的比值。依据在现场斜坡铺设的CCL面层的长度,确定出试验的纵横比的范围为2～10。

依照材料实际运用的纵横比来确定试样的长度,并按ASTM D6768来进行试验。
对这三类的CCL在不同的纵横比下,进行了诸多此类测试并且绘制出图形表,如图7所示。

从曲线中可以很容易得出并解释为什么加利福尼亚地区会发生如此大的CCL面层分离(表1的案例)。表2对标准幅宽为4.4m(14.5英尺)的CCL,进行必要的计算。所得出的数据可以有力地证实所有案例中GCL面层分离的距离范围(包括加利福尼亚地区)。
4.3GCL在相对平坦表面发生的收缩
因为单糙面土工膜的粗糙面,会对GCL上层无纺布的任意位置,包括横向面层的搭接部位,产生一种所谓的“环勾效应”。由于受到暴露在外的土工膜发生的膨胀和收缩交替的周期性影响,发生波浪形起伏的土工膜(图8)下的GCL,也会在白天温暖的时候皱起,随夜晚的到来而舒展。在每24h循环作用下,褶皱幅度会慢慢增加﹐渐渐地CCL会出现了“聚成一束”的现象,同时使每个搭接面出现少量的减

少。随着这个效果的累计叠加,搭接面层将会越来越少,同时伴随着CCL缩水的影响,最终导致CCL的面层间出现分离。虽然这可能不是斜坡处的CCL发生面层分离的主要机理,但这或许能解释为什么在相对平坦的表面(案例中的南美洲垃圾填埋场)会发生GCL面层的分离情况。

5建议
对现场观察后得出的造成CCL面层分离的原因,提出一些建议与进一步的改进措施,从而来避免和消除GCL的面层分离的问题。
(1)不要让土工膜与膨润土防水毯复合衬垫( GM/GCL)长时间的暴露在大气下,应及时回填300mm(12英寸)的土(特别是气候比较恶劣的地区)。
(2)除非有一面使用棉麻织物加筋,否则避免使用两面都是针刺无纺布的GCL。加筋的方法有许多种,诸如采用内嵌或黏合织物成分于无纺织物内。
(3)增加CCL面层间的搭接面,以此来补偿可能出现的面层分离。除了加利福尼亚的情况比较特殊外,一般搭接面增加到100mm(4英寸)到300mm(12英寸)是比较合适的。因此,在制造期间,依据产品的用途,应将CCL上印刷的搭接线从现在的150mm(6.0英寸)增加至250mm( 10英寸)与450mm(18英寸)之间。
(4)在土工膜/膨润土复合衬垫暴露期间,可以用保温垫层、土工泡沫板或者其他的一些隔离方法。
(5)开发一种无损检测的方法来检测CCL面层的分离情况。现在有几种无须移除覆盖在上面的土工膜的无损检测的方法(NDT)用来调查现场的GCL面层是否有分离情况的发生。美国土工合成材料协会(GSI)目前正在基于不同的电学特性的传感材料基础上,研究探地雷达与超声脉冲回波技术。如有新的进展,会及时公布。