復合土工膜在哈日朝魯水庫除險加固中的應用

宋迪 徐國銳

摘 要：文章論述了復合土工膜在哈日朝魯水庫土壩防滲處理中的應用，采用復合土工膜斜墻防滲處理，防滲效果良好，具有推廣價值。通過文章的介紹與分析，結合具體案例，促使復合土工膜在中小型病險水庫除險加固上得到更好的應用。

關鍵詞：復合土工膜；水庫；防滲

復合土工膜是水庫大壩工程中一種新型防滲建筑材料，其具有質量輕、性價比較高、施工便捷、抗老化性強、耐久性好等優點，近二十年來在我國水利工程中得到廣泛應用，并取得較好的防滲加固效果和社會經濟效益。

1 工程概況

哈日朝魯水庫在內蒙古自治區赤峰市阿魯科爾沁旗扎嘎斯臺鎮境內，壩址位于烏力吉木倫河左側的一級支流黑木倫河下游，距旗政府天山鎮約70km。

哈日朝魯水庫是一座以灌溉為主，兼顧生態、養殖、旅游等綜合利用的中型水庫。該水庫工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級。蓄水工程正常運用洪水重現期20年；非常運用洪水重現期100年，地震設防烈度為Ⅵ度[1]。

2 除險加固設計方案的選擇

由于當地的氣候條件及牲畜的踩踏，壩體風蝕、浪淘嚴重，受當時建設環境及客觀條件限制，壩前庫底沒有鋪蓋防滲，施工中未對水庫壩基進行防滲處理，壩體夯填不密實，壩后也未做排水體，防滲效果較差，本次除險加固設計為清除剩余壩體，在原址重建水庫大壩、新修迎水面壩坡、背水面壩坡以及排水體。即本次除險加固設計水庫大壩為細砂均質壩，采用設計壩頂高程？犖305.60m，并保持原壩軸線不變，壩頂軸線長為1650m，最大壩高8.6m，壩頂寬為6.0m，迎水面邊坡為1：3.0，采用15cm厚現澆砼的護坡形式，下鋪設15cm厚砂礫墊層，下再鋪設500g/m2復合土工膜（兩布一膜）；下游邊坡為1：3，采用30cm碎石護坡形式；上游壩腳采用70cm×100cm的漿砌石護腳。

大壩筑壩土料巖性為細砂，天然含水量12.3%，比重2.65，干密度1.63g/cm3，滲透系數5.3×10-3cm/s，壩體呈中密-密實狀態，屬中等透水，壩體存在滲漏。除險加固防滲設計方案如下。

第一方案：壩坡上游采用斜墻土工膜（500g/m2兩布一膜）[2]，下游設貼坡排水。

第二方案：壩坡上游采用斜墻土工膜（500g/m2兩布一膜），壩基布置成垂直鋪設復合土工膜（700g/m2兩布一膜）[2]，擬設計垂直防滲插入透水層深度為8m，下游設貼坡排水。

第三方案：壩坡上游采用斜墻土工膜（500g/m2兩布一膜），壩基采用0.6m厚的水泥攪拌樁，擬設計垂直防滲插入透水層深度為8m，下游設貼坡排水。

技術上比較，目前土工膜廣泛用于防滲工程，不但用于壩體防滲，而且壩基用此做防滲效果也比較好，從理論到實踐都是可行的。

經濟上，土工膜工程造價相對較低，第三方案比第二方案在經濟上可節約投資120萬元，所以本次設計不采取第三方案。

第一方案沒有垂直防滲，滲透穩定計算出最大出逸比降0.375>0.35（允許水力比降），滲透出口段不穩定。所以本次設計不采取第一方案。

根據滲流穩定計算結果，本次防滲設計選擇第二方案。即壩坡上游采用斜墻土工膜（500g/m2兩布一膜），壩基布置成垂直鋪設復合土工膜（700g/m2兩布一膜），擬設計垂直防滲插入透水層深度為8m，下游設貼坡排水。

3 復合土工膜的選擇

本次設計復合土工膜的選擇，按《土工合成材料應用技術規范》GB50290-98的規定，本工程主壩壩體防滲，上游壩坡選用鋪設500g/m2二布一膜的復合土工膜（膜厚0.35mm），為保護土工膜設河沙墊層15cm，然后再進行壩坡現澆砼護坡。壩基采用700g/m2二布一膜的復合土工膜防滲，膜厚0.5mm。在主壩迎水面坡腳處，用開槽機開槽、重泥漿護壁，防滲長度1652m，壩基防滲最大處理深度為8m。

3.1 滲透變形判別

根據地勘報告，壩體細砂的不均勻系數小于5，土的滲透變形類型為流土型，土的臨界水力比降采用公式Jcr=（Gs-1）（1-n），經計算細砂的臨界水力比降為1.01，安全系數取2.0，則細砂層允許水力比降值為0.51，根據當地工程經驗，建議壩體細砂允許水力比降值為0.2，壩坡逸出點允許比降為0.35。中砂的不均勻系數小于5，土的滲透變形類型為流土型，土的臨界水力比降采用公式Jcr=（Gs-1）（1-n），經計算中砂的臨界水力比降為1.02，安全系數取2.0，則中砂層允許水力比降值為0.51，根據當地工程經驗，建議壩基中砂允許水力比降值為0.13，逸出點允許比降為0.32。

本次壩體做防滲后計算得平均滲透比降為0.1，小于允許水力比降，說明壩體及壩基內部滲透穩定。壩坡最大出逸比降為0.262<0.35，壩基水平段最大出逸比降為0.197<0.32，說明壩體及壩基出口段滲透穩定。

3.2 抗滑穩定計算

本次設計壩體邊坡穩定計算采用河海大學力學研究所開發的AUTOBANK V6.1進行計算，計算原理采用有限元理論，模型為有部分截水墻的斜墻土壩有貼坡排水情況的計算。采用碾壓式土石壩設計規范，分別考慮了穩定滲流期，施工期，水位降落期三種情況。采用瑞典圓弧法，計算方法采用簡化畢肖普法，自動搜索最危險滑裂面，求得最小安全系數。根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001），水庫大壩屬3級，抗滑穩定安全系數正常運用條件k允=1.3，非常運用條件Ⅰk允=1.20，由成果知主壩上、下游各個工況的穩定安全系數均在允許范圍內，壩體邊坡穩定。

4 結束語

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除險加固方案。這對于中小型病險水庫的除險加固，具有較大的經濟效益和很好的推廣使用價值。

參考文獻

[1]赤峰市水利規劃設計研究院.赤峰市阿魯科爾沁旗哈日朝魯水庫除險加固工程初步設計報告[R].2012.

[2]GB50290-98.土工合成材料應用技術規范[S].

作者簡介：宋迪（1982-），女，赤峰市新城區，研究生，工程師，主要從事水利水電工程水工建筑物設計工作。