前進(jìn)水庫(kù)垂直鋪塑施工存在的問(wèn)題分析及處理措施

孔永明

（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830002）

1 工程概況

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)三師前進(jìn)水庫(kù)始建于1966年。庫(kù)址位于麥蓋提縣城東北約15 km，在經(jīng)審批的“新疆葉爾羌河流域規(guī)劃”中，前進(jìn)水庫(kù)是一座所保留的平原型引水注入式水庫(kù)。水庫(kù)主要由葉爾羌河中游引水，水庫(kù)原設(shè)計(jì)總庫(kù)容為0.95億m3，相應(yīng)設(shè)計(jì)蓄水位1173.05 m，最大水面面積44.43km2，最大壩高12 m，前進(jìn)水庫(kù)屬于“三邊”工程，自1969年投入運(yùn)行以來(lái)，就存在著各種嚴(yán)重威脅水庫(kù)安全的病險(xiǎn)情況，水庫(kù)常年來(lái)僅能以6 000 m3庫(kù)容低水位運(yùn)行。1999年經(jīng)兵團(tuán)水庫(kù)大壩鑒定委員會(huì)鑒定，前進(jìn)水庫(kù)為三類壩（即病險(xiǎn)庫(kù)），同時(shí)國(guó)家黃委也將前進(jìn)水庫(kù)列為全國(guó)中型病險(xiǎn)庫(kù)之一。必須進(jìn)行除險(xiǎn)加固。該庫(kù)運(yùn)行中表現(xiàn)出來(lái)的主要病險(xiǎn)情況有：

1）壩基滲漏嚴(yán)重，壩后泉眼叢生，蓄水量達(dá)到6 000萬(wàn)m3時(shí)（相應(yīng)庫(kù)水位1172.08 m），全庫(kù)總滲漏量為5 915.8萬(wàn)m3，僅6+500～10+000段壩后管涌點(diǎn)多達(dá)2 346處。

2）壩后排水不暢，東、北壩段壩后有大片積水，使壩體浸潤(rùn)線升高，影響壩坡安全，不能滿足設(shè)計(jì)庫(kù)容下的水庫(kù)壩坡抗滑穩(wěn)定安全要求。

2 水庫(kù)工程地質(zhì)和除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

2.1 工程地質(zhì)條件

前進(jìn)水庫(kù)位于葉爾羌河沖積平原，地層為第四紀(jì)以來(lái)形成的堆積物，包括沖積、風(fēng)積及湖沼沉積等。巖性為細(xì)顆粒沉積、大厚度均勻的粉細(xì)砂占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而黏性土則以薄層覆蓋在地表，分布在西部和北部，東部。南部則為大面積裸露的風(fēng)積沙丘為主。據(jù)區(qū)域鉆孔揭露本區(qū)第四系厚度不超過(guò)200 m。地震基本烈度為7°。

其主壩段工程地質(zhì)條件如下：地表下為4～5 m厚的輕粉質(zhì)土，粒徑 d85=0.07～0.08 mm，d15=0.015～0.024 mm，其滲透系數(shù)4×10-3cm/s;其下為巨厚中細(xì)砂，粒徑d85=0.2～0.43 mm，d15=0.04 ～0.13 mm。滲透系數(shù)1.7×10-2cm/s，滲透破壞類型為流土，其滲透允許水力坡降為0.42。

2.2 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

壩體除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)分為兩段，一段為以沙壤土為主的均質(zhì)土壩，壩頂寬6 m，壩頂填筑高程1175.0 m，另設(shè)高1.2 m鋼筋混凝土防浪墻，內(nèi)坡1∶2.25，外坡1∶2.5，壩前水深8～10 m，壩體采用現(xiàn)澆15 cm厚混凝土板防浪護(hù)坡，護(hù)坡板下采用0.5 mm塑膜防滲，壩基采用水平鋪膜5 m+垂直鋪膜12 m。

一段為風(fēng)積沙碾壓填筑的沙壩，壩前水深6～8 m，壩頂寬7.5 m，設(shè)計(jì)壩頂填筑高程1 175.0 m，設(shè)1.2 m高鋼筋混凝土防浪墻，內(nèi)坡比1∶2.5，外坡比1∶5，并用15 cm厚草泥護(hù)面固沙。壩體采用現(xiàn)澆12 cm厚混凝土板防浪護(hù)坡，護(hù)坡板下采用0.5 mm塑膜防滲，壩基采用水平鋪膜5 m+垂直鋪膜10 m。

由于庫(kù)盤面積太大，不可能實(shí)施全庫(kù)盤防滲，壩基和壩體防滲的主要目的是降低壩坡出逸比降，滿足滲漏穩(wěn)定要求，并在一定程度上減少滲漏。

3 施工中存在問(wèn)題分析

3.1 有效槽深達(dá)不到設(shè)計(jì)值

施工過(guò)程中，剛開(kāi)始垂直鋪塑的部位有效成槽深度只能穩(wěn)定在5～6 m，一直達(dá)不到設(shè)計(jì)深度，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)垂直鋪塑的工作原理和本工程的地質(zhì)條件分析后得出以下結(jié)論：

垂直鋪膜的施工工藝原理如下：垂直鋪膜機(jī)是一條“鋼鋸”在地上鋸出一條溝槽，然后在槽內(nèi)放入塑膜。“鋼鋸”是一條矩形的鋼結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)臂，一般是由兩條“【】”型鋼對(duì)焊而成，在長(zhǎng)臂結(jié)構(gòu)的下側(cè)分別焊有鋸齒，鋸齒的寬度決定了開(kāi)槽的寬度。在長(zhǎng)臂一端在電動(dòng)機(jī)作用下，進(jìn)行一前一后的割鋸動(dòng)作，并且依靠長(zhǎng)臂的重力鋸入地面。鋸齒的中間有射水孔，靠射入的清水和長(zhǎng)臂的割鋸運(yùn)動(dòng)將土和成泥漿，在長(zhǎng)臂的另一端，固定有一個(gè)泥漿泵，靠泥漿泵吸走鋸槽內(nèi)的泥漿。這樣一射一吸形成了水流的回路。在施工過(guò)程中不斷向鋸槽中添加泥漿，靠泥漿壓力固定槽壁。長(zhǎng)臂長(zhǎng)度一般在12～18 m，根據(jù)長(zhǎng)臂與水平面的夾角決定了垂直鋪膜的深度。整個(gè)機(jī)械靠固定在機(jī)子上的電動(dòng)絞盤牽引前進(jìn)。塑膜卷成筒，放在鋪膜機(jī)的后端，在開(kāi)槽達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，塑膜卷筒被放入槽中，并隨機(jī)械前進(jìn)過(guò)程中，塑膜被人工一點(diǎn)一點(diǎn)的展開(kāi)放在了鋸槽中。

在施工過(guò)程中，經(jīng)過(guò)各種調(diào)試后開(kāi)槽深度只能穩(wěn)定在6～8 m，主要因?yàn)樵摴こ痰牡乇?～5 m為輕粉質(zhì)土，以下為中細(xì)砂，地下水位位于地面以下1.5～2 m，由于粉土和砂沒(méi)有黏聚力，并且在水飽和狀態(tài)下呈現(xiàn)流動(dòng)狀態(tài)（俗稱流沙），因此垂直鋪膜的長(zhǎng)臂在一定深度以下是在流動(dòng)的粉細(xì)砂中蠕動(dòng)，而沒(méi)有成槽。

3.2 塑膜鋪不到成型槽底

由于開(kāi)槽過(guò)程由于大臂的蠕動(dòng)和泥沙流動(dòng)，泥沙在槽內(nèi)淤積非常快，在鋪膜時(shí)，鋪膜的卷筒要不時(shí)的上下運(yùn)動(dòng)，操作的工人說(shuō)如果不動(dòng)，很快就會(huì)被砂淤住。因此可以想象，在鋪膜機(jī)后量測(cè)的深度實(shí)際是這一時(shí)刻開(kāi)槽的深度，而塑膜是否放到底，不可得知。

3.3 塑膜搭接仍然穿在滲漏

由于垂直鋪塑是采用成卷的塑膜，一卷塑膜長(zhǎng)度大概在100 m左右，一卷鋪完在和下卷連接時(shí)，存在兩卷塑膜的連接問(wèn)題，理論上可以采用焊接或黏接，但都需要時(shí)間，在此短暫的時(shí)間內(nèi)，膜槽很快會(huì)淤堵，因此焊接或黏接是不可能的。實(shí)際上采用搭接，原設(shè)計(jì)搭接長(zhǎng)度是2 m，但兩片塑膜搭接縫最大在20 cm左右，仍然存在滲漏問(wèn)題。

4 工程處理措施

由以上分析可知，垂直鋪膜要想達(dá)到理想設(shè)計(jì)效果，必須具備以下條件：①鋸槽至少要鋸到設(shè)計(jì)深度，并且鋸槽不垮壁、不淤積。②塑膜要能放到設(shè)計(jì)深度，不能懸浮在鋸槽半空中。③兩片垂直鋪膜連接要處理得當(dāng)，否則達(dá)不到防滲效果。為滿足設(shè)計(jì)要求，我們做了以下處理措施和變更設(shè)計(jì)：

4.1 減緩垂直鋪塑機(jī)行進(jìn)速度，延長(zhǎng)造壁時(shí)間，增加吸泥量

為提高成槽深度，我們采用了兩種方法：①加大泥漿濃度和更換大功率泥漿泵，但換泵后沒(méi)有鋸多深就開(kāi)始垮壁，曾掩埋了一臺(tái)垂直鋪膜機(jī)的大臂，經(jīng)分析認(rèn)為認(rèn)為泥漿泵功率大，其吸力也大，可以將槽臂兩端的砂吸入泥漿泵而造成跨壁。②減緩垂直鋪塑機(jī)行進(jìn)速度，增長(zhǎng)造壁時(shí)間，增加吸泥量，該方法取得一定的效果，但仍然達(dá)不到設(shè)計(jì)值，最后只能將成槽深度穩(wěn)定在6～8 m。分析原因主要是因?yàn)殚L(zhǎng)臂推拉作用在下部攪動(dòng)泥沙，使得下部泥沙處于流動(dòng)狀態(tài)，吸出的泥沙很快等到周邊的補(bǔ)給，一定狀態(tài)下達(dá)到了吸補(bǔ)平衡，無(wú)法提高成槽深度。

4.2 嚴(yán)格控制塑膜抬高高度

為保證塑膜能夠鋪到槽底，我們要求開(kāi)槽深度大于鋪設(shè)深度的0.5～1 m，允許工人上下抬動(dòng)塑膜卷，但幅度不能太大，最高不能超過(guò)0.5 m。

4.3 增加搭接長(zhǎng)度，槽中回填黏土

由于原設(shè)計(jì)搭接長(zhǎng)度較短，為保證搭接處滿足設(shè)計(jì)要求，我們主要采取兩點(diǎn)措施：①延長(zhǎng)搭接長(zhǎng)度，將原設(shè)計(jì)搭接長(zhǎng)度2 m延長(zhǎng)到5 m;②將原來(lái)鋪在膜槽兩端，用于墊路和造孔的黏土，在垂直鋪膜施工完成后，迅速回填到膜槽中，也可起到一定的防滲作用。

根據(jù)施工中垂直鋪塑存在的問(wèn)題和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的情況，我們對(duì)工程設(shè)計(jì)提出以下變更：原設(shè)計(jì)5 m水平鋪塑結(jié)合10～12 m垂直鋪膜，變更為水平鋪膜25 m+垂直鋪膜6 m和水平鋪膜30 m+垂直鋪膜6 m。搭接寬度由2 m提高到5 m，并在膜槽內(nèi)回填黏土。變更后經(jīng)過(guò)滲流穩(wěn)定計(jì)算，滿足滲透穩(wěn)定要求。

5 水庫(kù)建成后運(yùn)行情況

水庫(kù)建成后至今已運(yùn)行5 a，基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，壩后的管涌點(diǎn)大幅度減少，水庫(kù)的滲漏由壩后排水溝匯集到水庫(kù)放水渠旁，再由泵站抽到水庫(kù)放水渠內(nèi)，滲漏水量也得到良好的利用，水庫(kù)取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)前進(jìn)水庫(kù)的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于無(wú)黏性的細(xì)顆粒土質(zhì)，要慎用垂直鋪膜防滲技術(shù)。

[1]水利電力部第五工程局，水利電力部東北勘測(cè)設(shè)計(jì)院.土壩設(shè)計(jì)[M].北京：水利電力出版社，1978.

[2]黃河水利委員會(huì)勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.SL274-2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2001.