淺議土工合成材料在水庫土壩加固中的應用

崔海華

摘要：通過對我國目前水庫除險加固工程的調查和研究，結合工程實際對土工合成材料優缺點以及在部分土壩加固中的技術應用加以淺議，以期起到應用新材料、推發新技術的目的。

關鍵詞：水庫土壩除險加固 土工合成材料 綜合處理 新技術

1我國病險水庫概況

1.1水庫概況

我國現有各類水庫84926座，其中大型水庫415座，屬水利部門管理的342座，中型水庫2618座，小型水庫81893座，而土壩占水庫總數的70%。目前全國病險水庫有37000座，約占全國現有水庫總數的44%。

1.2病險水庫除險加固基本情況

國家對水庫加固十分重視，1998年以來中央對2381座病險水庫進行了除險加固，目前已經完成了2190座大型水庫和中型水庫的除險加固任務。小型水庫加固工作正在有序進行。

2病險水庫存在的主要問題

1.1水庫基本組成

絕大多數水庫主體建筑物由大壩、溢洪道、輸水洞三部分組成，大壩作為最重要的永久建筑物，主要起攔蓄來水的作用；溢洪道和輸水洞均有下泄來水的作用，但溢洪道主要用來下泄來勢較大的洪水，保證水庫的防洪安全，輸水洞一般用來有序利用水庫蓄水，發揮水庫興利效益。

1.2病險水庫存在主要問題

參閱部分水庫安全鑒定結論和水利部安全管理中心的核查意見，病險水庫土壩一般主要存在以下問題。（1）大壩壩頂欠高，水庫大壩防洪能力不滿足規范要求；（2）大壩壩坡抗滑穩定安全系數不滿足規范要求。（3）大壩浸潤線不正常，運行過程中，出現滲流異常現象；

3 水庫土壩加固的研究

在全國已建的水庫中，土石壩占70%，本文主要研究土工合成材料在土壩除險加固中的應用，并通過實例體現新技術、新措施的優勢。大壩，它的安全不僅關系到發揮防洪、供水等效益，也關系到下游人民生命財產的安全，因此大壩加固亦是工程的的重點。大壩加固主要解決：壩高不滿足防洪安全的問題、壩坡不穩定和大壩滲漏的問題。

本文提出采用當代先進加固技術——土工合成材料對土壩加固，并介紹了其主要特點。

3.1土工合成材料簡介

土工合成材料是一種新興的巖土工程材料，可以分成土工織物、土工膜、土工復合材料和特種土工合成材料。它以人工合成的聚合物，如塑料、化纖、合成橡膠等為材料，制成各類各型產品，至于土體內部，表面或者各層土體之間，發揮加強或者保護土體的作用。目前，土工合成材料已經在水利水電、建筑、公路、鐵路、港口等工程中推廣使用。

3.2土工合成材料的功能概述

土工合成材料的應用非常廣泛，總結起來有下列五種基本功能：

1過濾作用，即把土工織物置于土體表面或相鄰土層之間，可以有效地阻止土顆粒的通過，從而防止了由于土顆粒的過分流失而造成的滲透變形；2排水作用。有些土工合成材料可以收集土體中的水分，并沿著土工合成材料內的通道，把水排出土體中，加速土體固結，或者減小土體內的滲透壓力；3加筋作用, 主要是一些特種土工合成材料，埋設在特定的方向，利用其抗拉強度，限制側向位移，增強土體的穩定性；4防滲作用。土工膜和某些復合型土工合成材料，可以防止液體滲透、氣體的擴散。5防護作用，多種土工合成材料鋪設在建筑物表面，可以防止水流的沖刷。

由于以上功能，土工合成材料廣泛使用在各種土木工程中，在水庫除險加固中，也嘗試針對工程實際問題，采用土工合成材料對土壩加固。

3.3土工合成材料在土壩上、下游壩坡穩定問題上的應用

壩高不滿足防洪要求、壩坡不穩定的處理，傳統的做法是：加大壩高，上、下游壩坡培厚。這種方法有以下后果：放緩的壩坡占用上、下游空間，導致水庫上游庫容減少、下游占用大量耕地，弊端在大壩較高時體現的尤其明顯。如果采用新技術將新型材料——土工格柵分層植入上、下游壩坡，增大壩坡填土的抗拉、抗壓力度，起到增大壩坡穩定性的效果，僅對壩頂進行局部加高，不進行上、下游壩坡培厚，則可達到節約耕地、少占水庫庫容，減少工程投資的效果。此外，土工格柵加固法，還具有施工便捷，工期短，不受氣候影響等優點。

廣州岑村水庫為一小（2）型水庫，位于鐵爐山公園西南側，總庫容25.18萬方，岑村水庫大壩為均質土壩，壩頂高程42.5m，壩基高程29.0m，最大壩高13.5m，頂寬7m，有交通要求。上游游壩坡1:1.5，下游壩坡1:1.5，除險加固中，該水庫大壩上、下游壩坡均不滿足穩定要求，若采取上、下游覆壩的方法，則：將減少近2.5萬方興利庫容；同時下游存在拆遷問題，難以解決，效果不佳。設計中采用對水庫大壩上、下游壩坡分層植入土工格柵的辦法，以增加壩坡整體穩定性，使壩坡穩定問題得到很好解決，同時，減少了施工用地，減少工程投資76萬元，取得很好的社會效益。該大壩填填土受力原理見下圖：

3.4 土工合成材料在土壩防滲問題上的應用

土壩滲漏是一個嚴重的問題，一般采取做混凝土防滲墻或帷幕灌漿進行處理。該方法防滲效果較好，但存在對地質勘探要求高、投資大、施工難的問題。采用易于施工，也較為經濟的上游壩坡鋪設一層土工膜防滲是很好的處理辦法。這種方法對地質勘探要求很低，施工便捷、周期短，投資較小，效果很好。

我國廣西田村水庫土石壩，壩高48米，壩頂長139米。原設計用粘土作為心墻防滲體，但施工中，壩高筑到10米后，陰雨綿綿，致使粘土含水量高，無法使用。則改用溢洪道開挖的風化砂填筑心墻，在其表層鋪設土工膜，并將土工膜底端埋設在上游面粘土內。很好的克服了施工難的問題，并取得很好防滲效果。

3.5合成材料在水利工程其他方面的應用

我國三峽工程，一期圍堰和二期圍堰的上部都采用了復合土工薄膜心墻防滲結構。一期圍堰土工薄膜的底端與圍堰下部的柔性材料防滲墻相連接；二期圍堰土工薄膜的底端與圍堰下部的塑性混凝土防滲墻相連接。在這個世紀大工程的施工過程中立了功。

最近以來，人們對土工合成材料加筋土結構在與環境保持和諧一致方面也作了嘗試，用土工格柵加筋、帶有面板的加筋體表面依然很美觀，特別是在加筋體表面鋪設三維植草網墊之后，更能美化環境，可見合成材料應用領域還有很大開拓空間，應該重視并延伸。

4 結語

綜上所述土工合成材料有以下優點和優勢：

1性能優越

土工合成材料應用于土體結構之后，高分子材料的優勢都能充分發揮，產生良好的效果；

2施工方便、快速

土工合成材料本身重量輕，多為卷材，鋪設或者安裝都很方便。特別是早期在土工膜的接縫方面，只是簡單的搭接或粘合劑粘結，現在已經可以焊接，超聲波接縫等等。此外與土方回填碾壓及混凝土澆筑相比，土工合成材料的鋪設受天氣的影響小。

3耐久性好，及時需要更換土工合成材料，也比較方便。

4價格低廉，使用土工合成材料，往往比其他工程措施要經濟廉價。

目前我國土壩的除險加固工程措施還比較傳統，大量新技術、新材料沒有得到推廣和應用，客觀上對國家資金造成一定程度的浪費，同時，也不利于新興土工合成材料產業在水利行業的發展,通過以上對合成材料的優勢和具體實踐應用，希望合成材料在水利工程上的應用更加廣泛。■

參考文獻

1．張光斗，王光綸《水工建筑物》。水利電力出版社，1992

2．潘家錚，何璟《中國大壩50年》中國水利水電出版社，2000

3.白永年《中國堤壩防滲加固新技術》中國水利水電出版社，2001

4.《碾壓式土石壩設計規范》(Sl274-2001)

5．《堤防工程設計規范》（GＢ50286——98）