HDPE膜在鶴壁淇河新區防滲減漏工程中的應用

□龐 瑞 □閆昌明 □謝菲菲（黃河勘測規劃設計有限公司）

0.引言

淇河在鶴壁新區段共建成天賚攔河壩、育才攔河壩、花窩攔河壩、一級（5 號）攔河壩、高村橡膠壩5 座梯級攔河壩工程，其中天賚攔河壩、育才攔河壩和一級（5 號）攔河壩已成功蓄水，滿足規劃提出的形成梯級水面的要求。而花窩攔河壩和高村橡膠壩，由于其庫底和兩岸地質條件復雜，地層具有較強的滲透性。經蓄水試運行，滲漏嚴重，不能發揮其景觀水面的功能，因此需對花窩壩庫區和高村橡膠壩庫區進行防滲處理。

1.工程概況

淇河屬海河流域漳衛河水系，發源于山西省陵川縣棋子山方腦嶺，于浚縣新鎮鎮淇門村以西的新小河口注入衛河。干流全長約165km，流域面積2142km2，92%屬山區。

淇河在將軍墓西流入鶴壁市境內，鶴壁市境內淇河總長約83km，流域面積288km2。為了提高鶴壁新區形象，改善投資環境，提高城市品位，鶴壁市于2001-2006年期間分別建成了天賚攔河壩、育才攔河壩、花窩攔河壩、一級（5 號）攔河壩，2008年建成了高村橡膠壩。攔河壩蓄水以后，對提高天賚渠灌溉保證率，美化新區環境，提升城市品位以及淇濱樂園的興建起到了積極作用。

淇河在鶴壁市新區附近修建多座水庫，目的是營造湖濱特色。而花窩水庫和高村水庫工程范圍內為第四系全新統（Q4ml）人工填筑及沖積卵石（Q4al）、上更新統（Q3al+pl）沖洪積黃土狀輕粉質壤土、中更新統（Q2al+pl）沖洪積重粉質壤土、下更新統（Q1fgl）冰水堆積卵石及粘土和上第三系中新統鶴壁組（N1h）泥灰巖地層，地層透水性較強。由于存在滲漏通道，水庫不能蓄水。本工程的主要任務是采取工程措施，減少庫區的滲漏，滿足花窩水庫和高村水庫能夠蓄水的要求。

2.HDPE 土工膜結構特點

HDPE 土工膜全稱“高密度聚乙烯土工膜”，它是以(中)高密度聚乙烯樹脂為原料生產的一種防水阻隔型材料，相對于其它復合土工膜，HDPE 土工膜具有優良的耐環境應力開裂性能，抗低溫、抗老化、耐腐蝕性能，以及較大的使用溫度范圍(-60～+60)和較長的使用壽命(50年)。

3.HDPE 土工膜在防滲減漏工程中的設計

3.1 方案比較

本工程高村橡膠壩庫區長度約2800m，平均寬度約200m，面積約60 萬m2；左右岸坡長度約6000m。花窩壩庫區長度約880m，平均寬度150m，庫區面積12 萬m2；左右岸坡長度約1800m。防滲面積比較大，需進行方案比選。

主防滲層選用土工膜方案，根據目前國內外的發展以及工程應用情況，土工膜在復合土工膜和HDPE 高密度土工膜兩種方案中比較。

《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》（SL/T225-98）規定，土石堤、壩防滲土工膜厚度≥0.5mm，對于重要工程應適當加厚。

本工程的幾個特點：水庫處于山區至平原過渡帶，河道比降1/300～1/900，縱比降較陡，防沖刷要求較高。庫區內分布有大量砂礫石地層，滲透性很強，上游來水量有限，防滲要求高。庫區內有較多的構筑物，土工膜鋪設突變處較多，對土工膜的適應變形能力、延伸率等要求高。

基于以上原因，土工膜選用的厚度為，中密度土工膜膜厚1.00mm，高密度土工膜（HDPE 膜）厚度0.75mm 或0.5mm。

土工膜厚度安全系數計算：

采用《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》（SL/T225-98）附錄C 的計算方法，，式中，Tf為土工膜的極限抗拉強度，相應應變為εf，ε 為膜的拉應變。

根據本地的地質條件和工程條件，預計膜下地基可能產生的最大裂縫寬度0.05m，則單寬土工膜上產生的拉應力為1.01 kN/m。對于0.75mmHDPE 膜，國家標準規定的屈服強度為11 kN/m，則安全系數Fs=10.9，對于0.5mmHDPE 膜，7.3kN/m，安全系數7.2。對于1mm 厚復合土工膜，國標規定的斷裂強度18 kN/m，則安全系數Fs=17.9。

采用0.5mmHDPE 膜、0.75mm 厚HDPE 膜和1mm 厚復合土工膜的抗拉安全系數估算7.2～17.9，大于規范要求的4～5，因此是安全的。

工程總體布置：花窩壩和高村橡膠壩兩座水庫（庫底和庫岸）均采用HDPE 高密度土工膜作為主防滲結構，其下鋪設細粒土層作為墊層，上部采用格賓護墊或混凝土板作為防護。防護頂高程按照有關規范計算確定，花窩庫區防護頂高程85.81m，高村橡膠壩庫區防護頂高程為83.50m。

3.2 庫底防滲設計

花窩水庫擋水建筑物為漿砌石壩，高村水庫擋水建筑物為橡膠壩，兩座水庫庫區內地面起伏較大，地形不平整，地表多為砂卵石，局部有粘土和砂，局部地段表層進行整平并回填粘土鋪蓋（厚度10～50cm 不等）。

首先清除局部的雜草、垃圾等雜物，將整個庫區進行庫底整平，整平后基礎面壓實。采取土工膜作為主防滲層，防滲材料采用0.75mm 厚高密度土工膜（HDPE 膜），下部鋪設10cm 厚細粒土作為墊層，為防止格賓護墊刺破土工膜，土工膜上再鋪設10cm 厚的砂礫石作為墊層，上部采用格賓護墊和混凝土板作為保護層。

3.3 庫岸防滲設計

花窩壩庫區內基本未進行清理，庫岸大部分為原狀岸坡，庫區右岸邊坡較陡（陡于1：2.5），開挖至1：2.5 邊坡，采用HDPE 膜防滲，膜上部采用格賓護墊防護，格賓護墊厚度0.23m。坡腳處采用0.5m×0.5m 斷面的格賓網箱保護坡腳，岸坡的土工膜與庫底土工膜通長鋪設。庫區左岸邊坡較緩（緩于1：2.5），現場看到并了解到，左岸為濱河景區，部分區段已進行整理，因此按照原岸坡進行整平，基礎面進行碾壓，壓實功能≥10t 的振動碾碾壓5 遍，采用HDPE 膜防滲，膜上部鋪設10cm 砂礫石墊層，外部采用格賓護墊防護，格賓護墊厚度0.23m。坡腳處采用0.5m×0.5m 斷面的格賓網箱保護坡腳，岸坡的土工膜與庫底土工膜通長鋪設。

高村壩庫岸邊坡大部分已進行過處理。庫區右岸大部分區段進行了漿砌石護坡處理，邊坡坡度1：0.5～直立，首先采用3 cm 厚的水泥砂漿找平，然后采用具有景觀效果的彩色HDPE 膜錨固于邊坡漿砌石表層作為防滲層。漿砌石護坡頂部高程低于83.0m 部位，先清理基礎，回填至坡頂，鋪設10cm 砂礫石墊層，其上先鋪設200g/m2的土工布，再鋪設0.5mm 厚HDPE 膜，然后鋪設200g/m2的土工布，布上先鋪設20cm 砂礫石過渡層，外部采用干砌石防護，干砌石厚度0.3m，設計斷面見圖1。庫區左岸邊坡局部地段較緩，為淇濱樂園景區，有部分區段為沙灘，處理原則是按照原岸坡進行整平，采用HDPE 膜防滲，膜上部采用干砌石防護，干砌石厚度0.3m。坡腳處采用1.0m×0.5m 斷面的干砌石護腳，岸坡的土工膜與庫底土工膜通長鋪設。庫區左岸較直立邊坡地段，處理原則采用20cm 厚C20 混凝土護面作為防滲層，掛φ6@150 鋼筋網，混凝土與漿砌石之間插筋連接，設計斷面見圖2。浚大公路橋錐坡附近部位為漿砌石護坡，首先在護坡上抹3cm 厚砂漿進行整平，待砂漿凝固后，再把HDPE膜錨固于漿砌石護坡上。橡膠壩上游約200～300m 范圍為混凝土砌塊護坡，直接將彩色HDPE 膜錨固于邊坡之上作為防滲層，設計斷面見圖2。

圖1 直立式擋土墻防滲典型橫斷面圖

圖2 斜坡式擋土墻防滲典型橫斷圖

3.4 高壓電桿基礎擋墻防滲設計

庫區內有兩處高壓電桿基礎，已經采用1：0.5 漿砌石擋土墻防護，墻面采用3cm 水泥砂漿抹平，采用具有景觀作用的彩色HDPE 膜錨固于擋墻上。

3.5 高村庫區淇河浚大公路大橋橋墩防滲設計

高村庫區3+350 樁號左右庫底有30 根左右淇河橋墩，考慮到防滲及不影響行洪原因，處理措施為庫底土工膜與橋墩錨固，高度>1.0m。

3.6 格賓護墊設計

參照《渠道防滲工程技術規范》（SL18-2004）7.5.9 條的規定，采用土工膜防滲設計時，塊石、卵石保護層厚度20～30cm，砂礫石保護層厚度25～40cm。

采用格賓護墊時，由于格賓籠的保護，保護層厚度可適當減小。根據工程經驗確定的格賓護墊防護層厚度0.23m，填料粒徑60～150mm。護腳處采用0.5m×0.5m 格賓網箱防護。為節約投資，格賓護墊采用格構形式，由寬度1.0m，長度6m 或3m 的標準網箱組合成長12m，寬8m 的格構單元，格構單元中間框格內填粒徑60～150mm 卵石，頂部用格賓網封頂。

3.7 填筑設計

基礎面要求，對于原有水平粘性土鋪蓋，清基整平后壓實，壓實度≥95%（可采用施工參數控制，≥10t 振動碾碾壓5 遍）。庫區回填區域，首先采用開挖料中合格的砂礫石，粒料不做嚴格規定，但不得含有垃圾、樹根等雜物，壓實要求砂礫石相對密度≥0.75，粘性土≥95%。

土工膜上部的砂礫石墊層，厚度10～20cm，粒徑范圍0.5～20mm，壓實要求相對密度≥0.7。

3.8 漿砌石擋墻（碼頭）排水管連接設計

漿砌石擋墻和碼頭上設置有排水管，排水管內塞入土工布包裹的砂礫石10cm，管口加設防護濾網。

4.結語

HDPE 土工膜作為一種新型的防滲材料在人工湖防滲工程中應用的前景很好，經過鶴壁市淇河新區段人工湖庫底、庫壩坡防滲實踐證明，取得了較好的防滲效果。

[1]劉瑞林，周利珍.HDPE 土工膜在Tendaho 灌區渠道防滲工程中的應用［ J］.江西水利科技，2008，34（ 1）：20-23.

[2]竇寶松.土工膜的作用機理及其在水利水電工程中的應用［ J］.水利水電技術，2000，31（ 4）：22-24