淺談復合土工膜在山區小水庫除險加固工程中的應用

汪 瀅

淺談復合土工膜在山區小水庫除險加固工程中的應用

汪 瀅

一、工程概況

舒城縣地處安徽中部，共有小水庫148座，有效灌溉農田達13萬畝，為舒城縣的工農業生產和國民經濟的發展作出了巨大的貢獻。舒城縣小水庫建于20世紀六七十年代，多為群眾自建，無規劃、無設計，少數為“三邊工程”。從多年運行管理中看，大壩填筑質量不高，多數已發生滲漏等工程隱患。

舒城縣小水庫大壩多為土壩，特別是山區小水庫壩體主要填筑材料為附近山體殘、坡積土，由人工堆積而成，工程質量先天不足，造成病險水庫較多，病險情況復雜的局面。在20世紀90年代前，舒城縣開展了病險水庫加固除險工作，并應用了粘土錐探灌漿等方法進行加固除險、防滲處理，取得了一定的成效。但由于當時財政投資、群眾投勞不足，加之受施工技術水平的限制，有的水庫大壩處理方案措施不當，現在還有相當一部分水庫工程的病險情沒有得到真正解決，特別是大壩滲漏水問題，較為突出。病險情的存在導致部分水庫不能正常蓄水，影響其發揮應有的效益。

二、復合土工膜防滲斜墻設計

1.方案選定和設計

針對水庫工程分析判斷存在的問題，結合山區水庫大壩壩體由人工填筑而成，填筑成分復雜，土體均勻性差，松散～密實狀，主要由坡、殘積土、粉土、粉質粘土、粒砂、礫卵和碎（塊）石等組成，且壩體基礎穩定。經多方案比較，根據整治原則，首先將壩坡培厚整形，然后按擬定的防滲結構鋪設復合土工膜。

設計確定壩基采用混凝土防滲墻與壩坡復合土工膜防滲相結合，即壩坡復合土工膜下部、岸邊與現澆截滲墻相接、上部與壩頂防浪墻相連的防滲體系，在大壩上游坡面采用預制混凝土鎖塊防護。

2.復合土工膜防滲結構設計

（1）復合土工膜規格選擇

復合土工膜規格的選擇與下墊層平整度、材料允許拉應力、材料彈性模量、鋪設范圍內的最大水頭及覆蓋層最大粒徑等有關，土工膜厚度設計除應考慮主要由水壓力要求的強度外，尚應考慮暴露、埋壓、氣候、使用壽命等應用條件，并按國家現行有關標準的規定確定設計厚度及實際厚度。經綜合分析計算，壩坡防滲層采用規格為200g/0.5mm/200g的針刺短線滌綸兩布一膜（PE膜），幅寬為6.0m。

（2）復合土工膜防滲體結構層設計

復合土工膜防滲結構自上而下依次為防護層、上墊層、防滲層、下墊層、支持層，由于壩體土層為碎石土，中等透水性，整平、棄除碎石、并夯實后，可直接鋪設土工膜，因此不再另設下墊層。上墊層采用粒徑1～2cm河卵石，防護層為厚12cm的混凝土預制塊。

（3）復合土工膜防滲系統穩定復核

復合土工膜穩定性驗算根據下式計算：K＝f/tgα

式中：K為抗滑穩定安全系數；f為上墊層與土工膜之間的摩擦系數；α為壩坡坡角。

根據墊層土料，f＝0.55。壩體上游坡坡比為 1：3.0，即 tgα＝1/3。通過計算復合土工膜防滲系統是穩定的，滿足要求。

3.壩基（肩）滲漏處理設計

山區水庫壩（肩）基滲漏主要是沿建基面滲漏。建基面滲漏采用在上游修建截水墻處理，截水墻底部埋入弱風巖層內1.0m。截水墻底部寬度根據基礎的允許滲透坡降，按下式確定：

B=H/J

式中：B為截滲墻趾板寬度，單位m；H為設計水頭，單位m；J為基礎的允許滲透坡降，對弱風化巖石，J=10～15。

舒城縣山區小水庫壩前截滲墻趾板處設計水頭小于20m，為弱風化巖石，防滲趾板寬度為1.2～2.0m，趾板厚度1.0m，截滲墻頂寬1.0m。

另，上游壩址處地下水位極高，淤泥厚達3～5m，清淤量大，又處在死水位以下，排水量又大，施工很困難。為減少淤泥開挖量，減少排水，壩前防滲趾板基礎上接混凝土防滲墻，墻頂高出放水涵進口底板0.3m。這樣也相應減少壩面防滲膜斜面長度。

三、復合土工膜施工

1.復合土工膜防滲施工程序

復合土工膜總的施工程序為：壩體基礎面驗收→鋪設墊層→檢查驗收→復合土工膜鋪設→底層土工布縫合→焊接→檢測→修補→復檢→上層土工布縫合→伸縮節施工（錨固）→驗收→二期混凝土施工→保護層料施工→混凝土鎖塊護坡施工。

2.復合土工膜的施工準備

在復合土工膜施工前，由業主、設計、監理及施工單位等對其基礎面進行聯合檢查，驗收合格后，方可鋪膜。

3.復合土工膜的鋪設

（1）復合土工膜的拼接

本工程采用兩布一膜復合土工膜，復合土工膜的連接分2個程序進行，即下、上層無紡織布的縫接，中層PE膜的連接。無紡織布的縫接用手提縫紉機、尼龍線進行雙道縫接，搭接寬度10cm；PE膜采用焊接工藝連接，焊接工具采用自動調溫（調速）電熱模式雙道塑料熱合機。拼接包括土工布的縫接、土工膜的焊接，為了確保焊接質量，焊接應盡量在廠內進行，但為了施工方便，復合土工膜幅寬又不應太寬，必須在施工現場拼接。每條焊縫正式施焊前，先用長100cm，寬20cm的復合土工膜料進行試焊，目測縫合格后方可正式施焊，并要把目測合格的試焊樣品進行拉伸強度檢測。

焊接工藝：第一幅土工膜鋪好后，將需焊接的邊翻疊（約60cm寬），第二幅反向鋪在第一幅膜上，調整兩幅膜焊接邊緣走向，使之搭接10cm。

（2）復合土工膜的鋪設方法

在土壩上游壩面鋪設復合土工膜有兩種方式，一種是順壩軸線方向鋪設（順鋪）；另一種是垂直壩軸線方向鋪設（橫鋪），在實際應用中采用橫鋪法。一般情況下，將土工膜鋪至設計高程。在內壩腳處，開挖截水墻至弱風化層，現澆C20混凝土截水墻，進行壩基防滲，在壩體與山體的結合部清基開槽至風化層，用C20混凝土現澆固定。

（3）復合土工膜的鋪設技術要求

鋪設應在干燥暖和天氣進行，為了便于拼接，防止應力集中，復合土工膜鋪設采用波浪形松馳方式，富余度約為1.5%，攤開后及時拉平、拉開，要求復合土工膜與坡面吻合平整，無突起褶皺，施工人員應穿平底布鞋或軟膠鞋。施工時如發現土工膜損壞，應及時修補。

四、復合土工膜施工質量控制

復合土工膜的鋪設，是工程施工的關鍵。施工質量控制包括材料采購、進場原材料質量控制、施工操作過程控制、施工完質量檢測。

1.原材料質量控制

進場的復合土工膜必須有廠家提供的合格證書，性能及特性指標和使用說明書。復合土工膜進場后，隨機抽取復合土工膜對其性能指標進行復測。

2.施工操作過程控制

復合土工膜鋪設前應做好施工組織設計，經監理批準后使用。拼接中復合土工膜焊縫質量是拼接關鍵，施工中尤其要加強接縫檢測。復合土工膜鋪設要與保護層鋪設相協調。

焊接全部在現場進行，要求天氣晴好，風力3級以下，嚴禁在雨天、高溫和嚴寒天氣下施工，焊接基底表面應干燥，焊接前用電吹風吹去膜面上的砂子、泥土等臟物，再用干凈毛巾擦凈，保證膜面干凈，在焊接部分的底下墊一條長木板，以便焊機在平整的基面上行走，保證焊接質量，正式焊接前，應先根據施工氣溫、PE膜厚度，利用相同材質的PE膜進行試焊，施焊溫度為220℃～300℃，掌握好的焊接機溫度及行走速度，確定好施工工藝參數，再進行正式施工，焊縫應透明、平整、順直、連續。拼接焊縫兩條，每條寬10mm，兩條焊縫間留有10mm的空腔，用此空腔檢查其焊縫質量。

五、復合土工膜在水庫防滲漏工程應用中的主要優缺點

1.優點

解決了山區水庫大壩缺少粘土防滲材料的矛盾，且土工膜整體性強、防滲效果好；施工方便，工期短，減少了壩體大面積開挖，避免影響壩體安全；技術控制簡單；減少投資，與其他方案比較，一般均節約投資20%～30%。

2.缺點

土工膜焊接工藝要求高，接頭是防滲的薄弱點；土工膜很薄，施工過程中易破，必須謹慎施工。

六、結語

舒城縣共有40多座水庫先后采用了土工膜防滲處理，經過近年來的蓄水運行，大壩內坡混凝土預制塊護面平整，沒有出現護面下滑、塌陷，壩后無滲水點，防滲效果較好。土工膜防滲技術在水庫大壩除險加固中的應用，很好地解決了該縣水庫大壩滲漏處理上的一些技術難題，具有較好的經濟效益和推廣價值

安徽省舒城縣小水電開發公司 231300）