復合土工膜在南洼水庫除險加固壩基防滲處理中的應用

王 婕 管愛民

(遼寧省建平縣水利局 遼寧建平 122400)

1 南洼水庫工程概況

南洼水庫位于建平縣沙海鎮(zhèn)南洼村的老哈河支流天義小河的南支流上，距建平縣城25km。

南洼水庫壩型為均質(zhì)土壩，壩長150m，壩頂寬3m，最大壩高14.7m。上游坡為1∶3.0，下游坡為1∶2，上游壩坡采用30cm干砌石護坡，下游壩坡為草皮護坡。

水庫始建于1958年，該水庫是座以防洪、灌溉為主，兼顧養(yǎng)殖、旅游等綜合利用的小 (1)型水庫。水庫下游11.6km是寧城縣城，水庫安全隱患直接威脅著下游2個村、0.63萬畝土地及0.96萬人的生命財產(chǎn)安全。

2 滲透原因分析

大壩基本上從平地筑起，壩基未做很好處理，沒挖到不透水層。經(jīng)現(xiàn)場勘察及調(diào)查結(jié)果:壩基為第四松散層中的角礫、圓礫及砂局部夾黏土、圓礫層及碎石黏性土均為透水層。壩基未進行任何防滲處理。為此壩基滲水是必然的。此外，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)背水側(cè)地表有坑塘積水現(xiàn)象，部分壩段背水側(cè)已被砂袋大面積壓重。

3 工程等別及設計資料

按《防洪標準》(GB 50201—94)及《水利水電等別劃分及洪水標準》 (SL 252—2000)的規(guī)定，水庫工程等別為Ⅳ等，主要建筑物的級別為4級，次要建筑物的級別為5級。主要建筑物防洪標準按P=3.33%洪水設計，P=0.33%洪水校核。

4 壩基滲流分析計算

根據(jù)南洼水庫壩基地質(zhì)情況及此工程實際情況，本次設計只計算臨水側(cè)設計水位，背水坡無水情況。壩基滲透臨界水力坡降及平均水力坡降計算，按照《中小型水利水電工程地質(zhì)》，計算壩基土的臨界水力坡降，選取最不利的斷面0+080進行滲透穩(wěn)定計算。計算成果為:正常高水位時滲透坡降為0.19，設計洪水位時滲透坡降為0.26，校核洪水位時滲透坡降為0.32，而允許滲流坡降為0.15～0.25。

從計算結(jié)果可以看出:在設計洪水和校核洪水時，計算的滲透坡降均大于允許的滲透坡降，不滿足滲透穩(wěn)定要求，需采取防滲加固措施，確保大壩安全穩(wěn)定。

5 壩基防滲加固方案

目前，在國內(nèi)壩基防滲處理的方法主要有垂直鋪塑法、黏土截水槽法、高噴灌漿法、混凝土防滲墻法及水平鋪蓋法。具體選擇處理方案需考慮工程的實際情況，分析各方案的施工條件、投資和防滲可靠性，從中選出最優(yōu)方案。

南洼水庫已運行50多年，雖然庫區(qū)內(nèi)淤積層比較厚，但滲漏依然很嚴重。這說明壩基仍存在滲透通道，采用水平鋪蓋防滲不一定能達到預期效果，況且壩體較長，水平鋪蓋工程量較大，投資較多，不宜采用。黏土截水槽一般適用于新建工程，不適用于基礎加固處理。混凝土防滲墻包括槽孔開挖和混凝土澆筑兩大工序:一般地，造孔施工采用泥漿固壁、沖擊鉆造孔抽筒出渣的方法;混凝土澆筑采用直升導管法在泥漿下澆筑，此方案施工費用高，不宜采用。

復合土工膜垂直鋪塑法具有施工工藝簡單、施工速度快、成本低、防滲效果好等優(yōu)點，在國內(nèi)水利防滲工程中得到了廣泛應用，形成了比較成熟的技術(shù)和經(jīng)驗。因此，借鑒以往工程實踐經(jīng)驗，結(jié)合南洼水庫壩基防滲工程的實際情況 (現(xiàn)場條件、施工技術(shù)、投資及工期要求)及地質(zhì)勘測的成果，本工程壩基防滲措施采用復合土工膜垂直鋪塑。

6 復合土工膜技術(shù)指標及結(jié)構(gòu)布置

6.1 復合土工膜的性能指標

復合土工膜是一種土工合成材料，是采用聚乙烯或聚氯乙烯和土工布熱合而成的材料，具有抗拉、抗頂破、抗撕、強度高、延伸性能好、變形模量大、耐老化、使用期長等特點，具有較好的防滲效果。大量工程實踐證明，復合土工膜有很好的不透水性和適應變形的能力，能承受不同的施工條件和工作應力，處于水下、土中的土工膜的耐久性更為突出，土工膜具有十分突出的防滲性能，因此借鑒以往工程實踐經(jīng)驗，結(jié)合南洼水庫壩基防滲工程的實際情況和防滲結(jié)構(gòu)形式，土工膜技術(shù)性能指標滿足下列各項的要求:

(1)物理性能:單位面積重量大于430g/m2;厚度 (與法向壓力關(guān)系):0.5mm。

(2)水力學性質(zhì):垂直滲透系數(shù)不大于10－16cm/s。

(3)力學性能:拉伸強度不小于14MPa;斷裂伸長率不大于450%;斷裂強度80Pa。

(4)外觀要求:土工膜不允許有針眼、疵點和厚度不均勻。

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(5)運輸及儲存:若采用折疊運輸土工膜，不得使用帶釘子的木箱，以防途中運輸受損;若采用卷材運輸，應注意防止在裝卸過程中造成卷材表面損害。

復合土工膜貨包必須貼有標簽，標有該膜的制造廠家名稱、制造號、類型、厚度、尺寸及重量，并附有專門的裝卸和使用說明書。

復合土工膜運輸過程中和運抵工地后妥善保管，避免日曬，防止黏結(jié)成塊，并應將其儲存在不受損壞和方便取用的地方，盡量減少裝卸次數(shù)。

6.2 復合土工膜的結(jié)構(gòu)布置

土工膜厚度很薄，容易遭破壞，為了有效保護和提高其在坡面上的穩(wěn)定性，減小工程在施工過程中，可能對復合土工膜產(chǎn)生的破壞，應嚴格按如圖1所示的結(jié)構(gòu)形式鋪設。防滲結(jié)構(gòu)的組成包括:①防護層;②上墊層;③土工膜;④下墊層。垂直段回填黏土，水平段的防護層是最外層的30cm厚干砌石;上墊層即為過渡層，是干砌石下15cm厚的透水良好的砂礫料;膜兩側(cè)各設10cm厚細砂保護層。

6.3 復合土工膜鋪設

南洼水庫防滲工程施工工序為:測量放樣→土方開挖→基面平整壓實→土工膜鋪設→回填夯實→保護層填筑。

6.3.1 復合土工膜拼接

(1)土工膜拼接方式槽內(nèi)采取搭接 (搭接寬度不小于1.0m)，槽外采用黏結(jié)或焊接 (接縫時搭接寬度不小于10cm)。土工膜兩側(cè)應回填中細砂過渡層，避免防滲膜被混合砂礫料等尖角物頂破。

(2)土工膜接頭施工前應先做工藝試驗，并做接頭的抗拉強度、延伸率、滲透性及施工工藝等試驗，若采用黏結(jié)方式，還須進行黏結(jié)劑比較。

圖1 南洼水庫主壩壩基防滲結(jié)構(gòu)圖

(3)拼接前必須對黏結(jié)面進行清掃，黏結(jié)面上不得有油污、灰塵。陰雨天應在雨棚下作業(yè)，以保持黏結(jié)面干燥。

(4)土工膜的接頭應確保其具有可靠的防滲效果。在涂膠時，必須使其均勻布滿黏結(jié)面，不過厚，不漏涂。在黏結(jié)過程中和黏結(jié)后2h內(nèi)，黏結(jié)面不得承受任何壓力，嚴禁黏結(jié)后發(fā)生錯動。土工膜黏結(jié)后強度不低于母材的80%。

(5)土工膜應剪裁整齊保證足夠的黏結(jié)寬度。當施工中出現(xiàn)脫空、收縮起皺及扭曲鼓包等現(xiàn)象時，應將其剔除后重新進行黏結(jié)。

(6)在施工過程中，若氣溫低于0℃時，必須對黏結(jié)劑和黏結(jié)面進行加熱處理以保證黏結(jié)質(zhì)量。黏結(jié)強度必須符合施工圖紙要求。

(7)土工膜黏結(jié)好后，必須妥善保護，避免陽光直曬，以免受損。

(8)拼接方式采用接縫焊接。施焊前，先將土工膜接縫的搭接面擦拭干凈，焊機預熱5min左右開始焊接，將焊機插入上下兩片膜之間，向后退方向施焊，同時用壓輥重壓已焊部位，焊接速度為0.8～1.0m/min，兩幅土工膜的搭接寬度大于10cm。

6.3.2 復合土工膜鋪設及保護層填筑

土工膜鋪設按10m2為一個單元計，其長幅方向與河床方向平行，采用人工滾放的方法鋪設。鋪設方向由下向上呈波浪狀依次鋪設，鋪設時不宜過緊，留有余量，并從一邊折起50cm，第一卷隨后搭接上，以利于黏接及焊機行走。使土工膜伸縮均勻。并應與地面密貼，不留空隙。

靠土工膜10cm厚的保護層土料一定要過篩，不允許有粒徑大于6mm以上顆粒，否則易刺破土工膜。保護層土料一定要用夯打密實 (土工膜地面以下部分填筑是將回填黏土人工夯實至70cm后改用振動碾壓實)，保證干容重在1.5以上，并隨時取樣檢驗。回填保護層及砌筑塊石護面時，一定要輕放，以免撞破土工膜。在塊石護面下面，應鋪填100mm厚的碎石或礫石墊層，以防止因水位變化，風浪等因素的影響而淘刷土料保護層。干砌塊石采取人工掛線鋪砌，石塊應緊密嵌固，面層塊石個體重量應大于48kg，所有空隙均用小塊石充填。

6.3.3 復合土工膜錨固

復合土工膜錨固的質(zhì)量好壞，關(guān)系到是否能形成一個封閉的防滲體。開始進行干砌石施工之前，須經(jīng)監(jiān)理驗收批準后方能進行土工膜錨固。土工膜與兩岸相交處采用混凝土連接，土工膜通過錨桿、槽鋼、橡膠板的緊固，使之與混凝土成一體，混凝土澆筑隨土工膜同步進行，防止產(chǎn)生施工應力。合格后進行保護層填筑。

7 滲流量觀測

為了檢驗壩基防滲的效果及為今后科研設計提供第一手資料，根據(jù)《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5259—2010)的要求，需對滲流壓力及滲流量進行觀測。

8 結(jié)論

復合土工膜垂直鋪塑在南洼水庫土壩防滲工程中的應用，實現(xiàn)了施工工藝簡單、施工速度快、成本低、防滲效果好等特點，是一種理想的防滲材料。