復合土工膜在錦屏縣虎形水庫除險加固工程中的應用

楊政勇

(貴州省水利水電基本建設工程處，貴陽550025)

1 工程概況

虎形水庫工程始建于1975年10月，開工修建期間受當時自然、環境等因素的影響，直至1983年9月基本建成。大壩為均質土壩，壩頂長91.5 m，壩頂寬度4.0 m，壩頂高程為634.10 m，正常蓄水位631.0 m，死水位610.00 m，大壩迎水面平均坡比為1∶2.29，最陡段為1∶1.7，背水面平均坡比為1∶1.55，坡度偏陡。

水庫建成后，由于存在的問題較多，水位一直限蓄在628.0 m 高程以下，很少滿蓄。當水位達到627.00 m以上時，背水面在619.0 高程左右就發現“冒汗”現象，經勘察和調查，壩體背水面有數處滲水點或滲水痕跡，在上、下游壩坡面上發現的小沉降或塌陷多達20 余處，且在下游面壩趾有一股上升泉出露，流量達11 L/s，流量穩定，實測壩趾下游的總滲流量為27 L/s。

根據存在壩坡比偏陡，浸潤線出逸高達壩高1/2左右，壩身及壩基滲漏比較嚴重，說明大壩存在著較多的危險隱患，如長期高水位運行，下游壩坡將產生滑坡和管涌的可能。

經過專家組現場檢查、安全鑒定，通過對該水庫大壩安全各方面的綜合評價，鑒定虎形水庫大壩屬三類壩，需對水庫進行加固處理。

2 除險加固設計方案的選擇

通過多方案經濟、技術比較，結合本工程的壩體材料與施工條件等實際情況和類似工程的處理經驗，設計選定采用復合土工膜處理土壩滲漏的整治方案。

對壩體上游進行土工復合膜防滲處理，沿上游壩基周邊布置C15 混凝土截水墻，并對基礎進行帷幕灌漿處理;改造和加固原灌溉放水設施;對大壩邊坡進行整形處理，對下游排水棱體進行置換且增設部分干砌石排水處理。

加固后壩頂高程為634.10 m，壩頂寬4.0 m，前壩坡為1∶2.0 ～1∶2.73 ～1∶3.3，在前壩坡620.10 m高程處設1.6 m寬的馬道，后壩坡坡比1∶2.0 ～1∶2.0 ～1∶2.5，在前壩后坡610.80 m、614.80 m、623.50 m、高程處設1.6 m寬的馬道。

3 復合土工膜防滲結構設計

復合土工膜防滲結構設計包括3個方面的內容:

3.1 復合土工膜規格選擇

按國家現行有關標準的規定及本工程綜合分析計算，壩坡防滲層采用規格為200g/0.4mm/200g 復合土工膜(兩布一膜)，幅寬均為6 m。

3.2 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C15 混凝土六邊形預制塊(邊長25 cm、厚10 cm)防護層、20 cm厚粗砂保護層、土工復合膜(二布一膜)防滲層、10 cm厚細砂墊層、清除原壩面干砌塊石后的壩面支持層。

為防止壩面沿土工膜接觸面滑移，分別在上游壩坡627.73 m、620.10 m、616.25 m、高程處設置防滑鍵槽［1］。

3.3 復合土工膜防滲系統穩定復核

復合土工膜防滲系統穩定復核包括土工膜水力計算和土工膜穩定計算兩個部分:

3.3.1 土工膜水力計算

正常滲透量按《聚乙烯(PE)土工膜防滲工程技術規范》SL/T231—98 式(2.4.1)計算公式為:

式中:Q 為正常滲透量，m3/s;K 為PE 土工膜滲透系數，為10－14m/s;A 為PE 土工膜滲透面積，本工程為4 610 m2;ΔH—PE 為土工膜上下水位差，本工程為32.08 m;δ 為PE 土工膜厚度，本工程為0.4 mm。

將各已知數代入上式計算得正常滲透量Q =3.70 ×10－6m3/s。

3.3.2 土工膜穩定計算

PE 土工膜與膜上保護層之間的抗滑穩定按《聚乙烯(PE)土工膜防滲工程技術規范》SL/T231—98式(2.4.2)計算公式為:

式中:K 為抗滑穩定安全系數;f 為PE 土工膜與膜上保護層之間的摩擦系數，采用工程類比法，取f =tg29°，α 為壩坡坡角，°，本工程α =26.6°。

將各已知數代入上式計算得PE 土工膜與膜上保護層之間的抗滑安全系數K =1.11。PE 土工膜與膜上保護層之間的抗滑穩定安全系數不能滿足SL274—2001《碾壓式土石壩設計規范》有關正常運用條件下K =1.25 的要求。

為防止壩面沿土工膜接觸面滑移，分別在上游壩坡627.73 m、620.10 m、616.25 m高程處設置防滑鍵槽，滿足防滑穩定要求。

4 復合土工膜防的施工

復合土工膜鋪設的工藝流程為:施工準備→復合土工膜鋪設→復合土工膜拼接→保護層鋪設。

4.1 施工準備

施工準備包括以下3 點:

4.1.1 復合土工膜質量檢測

在工程正式開始施工之前先對于復合土工膜的質量進行檢測，只有在確定了其質量完全符合各項檢測標準以后才能夠使用材料參與施工。具體的檢測可以委托當地的相關材料質量檢測部門進行檢測，以確保檢測結果的準確可靠。

4.1.2 復合土工膜制作

復合土工膜在制作時就考慮到了施工場地的復雜，因而其具有一定的韌性，不會輕易被刺破，但是在水庫的使用中有時候會因為水較多，水頭較大使得其被一些尖銳的物體刺破。

在進行水庫的上游施工時應當先將原有護坡塊石拆除，清除壩面雜物、草皮，然后按設計要求采用人工自上而下的工序開挖原壩坡土方，再按設計壩坡比回填、碾壓黏土。黏性土支持層表面平整光滑達到設計平整度要求后，經監理工程師驗收合格，可進行下一道工序施工。土質基底的干密度≥1.4 t/m3。均勻誤差≤10%。基底陰、陽角修圓半徑應≥50 cm［2］。

4.1.3 土工膜的拼接

在施工過程中一切應當以施工的質量為保證，因而在施工時應該盡量減少其拼接量，在設計時就應當盡量計算好所需的土工復合膜的大小，盡量減少不必要的拼接。在施工時應當將已經計算好的土工膜裁剪好以后卷于鋼管表面，然后人工進行鋪設。

4.2 復合土工膜的鋪設

主要包括2個方面的內容:

4.2.1 復合土工膜的鋪設方法

復合土工膜的鋪設方法為采用上游坡面自上而下，垂直與壩軸線方向鋪設。

由于薄膜表面光滑于砂土間的摩擦系數小于土石料的內摩擦系數，對壩坡穩定不利。為防止土工膜與壩體接觸面的滑動，上游壩面增設防滑齒槽，將土工膜放入槽溝內，其上用混凝土預制塊作齒壓膜，以防止膜面滑動，如圖1 所示。

復合土工膜與周邊連接采用混凝土槽固結，即將復合土工膜嵌固在混凝土齒槽內，如圖2 所示。

4.2.2 復合土工膜的鋪設技術要求

在進行土工膜的鋪設時應當保證其平鋪，在鋪設時以波浪式的方法進行鋪設，應當留有一定的富余，一般的富余度大概在1.5%左右。在完全攤開以后就應當及時的對其近拉開鋪平，避免其發生重疊，更不能存在褶皺與突起。對于相關的鋪設人員應當按規定進行著裝，對于鞋應當統一穿平底鞋，不允許穿釘鞋，以免破壞土工膜。對于施工過程中發現的土工膜存在破損的部位應當及時進行修補［3］。

圖1 壩面防滑槽圖

圖2 上游周邊左右截水墻大樣圖

4.3 復合土工膜的拼接

為了加快焊接施工進度和提高焊接質量，采用先在平地上拼接焊好后再運到壩面上鋪設、焊接，每條焊縫正式施焊前，先用長100 cm，寬20 cm的復合土工膜料進行試焊，目測縫合格后方可正式施焊，并把目測合格的試焊樣品進行拉伸強度檢測。本工程采用熱熔焊法，搭接縫采用專用焊縫機焊接合格，焊縫搭接寬約10 cm。

土工膜焊接的質量好壞是整個工程中最為重要的一個環節，因而對于其焊接工作一定要重視，應當由專業人員運用專門的焊接設備進行作業，確保其焊接的質量。

5 土工膜施工應注意以下事項

具體注意以下4 項:

1)焊接時基底表面應干燥，含水率宜在15%以下。膜面應用于紗布擦干擦凈。

2)不得將火種帶入施工現場。

3)不得穿釘鞋、高跟鞋及硬底鞋在PE 膜上踩踏。

4)車輛等機械不得碾壓土工膜面及其保護層。

6 防滲效果分析

虎形水庫的整個除險加固設計方案中復合土工膜起著極為重要的作用，在施工過程中一定要嚴格的按照相關的施工工序進行施工，以確保施工的質量。

對于其中的一些呢關鍵性工序如復合土工膜的焊接等工序必須要由專業的人員進行操作，確保整個工程都能夠順利的進行。

本工程具體完工時間為2009年9月20日，完工一年班以后檢測發現水庫的運行狀況良好，并沒有發生任何的障礙，并且水庫的防滲性能也得到了一定的提升。可以看出復合土工膜在中小型水庫的除險加固中具有著很大的優勢，應當加以推廣使用。

［1］徐建榮. 土工膜用于壩面的防滲加固［J］. 大壩與安全，1994(02):69.

［2］沈效昌. 土工薄膜在石砭峪水庫大壩防滲堵漏工程中的應用［J］. 防滲技術，1996(01):96 －97.

［3］田安建. 復合土工薄膜防滲材料在土壩施工中的應用［J］. 廣東水電科技，1995(04):106.