復合土工膜在小壩塘防滲工程中的運用

邱坤龍

(云南省文山州水務局，云南 文山663099)

1 概 況

馬達新寨小壩塘壩型為均質土壩，壩塘總庫容3.60 萬m3，徑流面積0.2 km2，壩塘主要任務是進行農田灌溉。因受當時施工條件限制，靠人畜拖拉石碾碾壓，壩體碾壓質量較差，加之上壩土料不合格，導致壩體滲漏嚴重。經查明該壩塘主要是由于壩基清基不徹底、壩體碾壓質量差、上壩土料質量不合格等因素導致壩體及壩基滲漏。

2 防滲方案的選擇

考慮到采用帷幕灌漿或防滲墻方案造價較高，并且施工工藝復雜、難度大，縣內沒有相應施工能力的施工隊伍，且造價較高;采用黏土斜墻防滲又會降低壩塘庫容，并且施工場地狹窄，不方便施工機械碾壓。經多方案從經濟、技術、施工周期等方面比較，最后因土工膜防滲方案均比其他方案經濟，節省投資、技術上可行、防滲效果好、施工周期短而被定為推薦方案。

復合土工膜防滲方案即在壩體上游坡面鋪設復合土工膜，以土工膜作為防滲體，把復合土工膜分別和壩肩、壩基、壩頂等錨固，整體形成一個封閉不透水的防滲體，進行壩體防滲的方案［1］。

3 復合土工膜的防滲設計

3.1 復合土工膜規格的選擇

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。該壩塘壩高7.5 m，靜水壓力不大，經綜合分析壩坡防滲層采用規格為150g/0.3mm/150g 的針刺短線滌綸兩布一膜(PE膜)的土工膜，產品重600 g/m2，耐靜水壓為0.6 MPa，垂直滲透系數≤10－12cm/s。另外，復合土工膜物理力學指標應符合下列要求:

3.2 復合土工膜的穩定計算

由于上游壩坡較陡，復合土工膜與土石介質間的摩擦系數將影響防滲體的穩定，必須復核復合土工膜與保護層的抗滑穩定性。復合土工膜抗滑穩定

性驗算計算公式為:

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，結合本工程實際取0.45;α 為上游壩坡坡角，tgα=1/2.8。

通過計算得K=1.26，大于規范要求1.25，說明抗滑穩定滿足規范要求。

3.3 膜下排水、排氣系統設計

3.3.1 土工膜正常滲漏量計算PE 土工膜正常滲漏量采用計算公式為:

式中:Q 為正常滲漏量，m3/s;K 為土工膜滲透系數，本工程為10－12cm/s;A 為滲透面積，本工程為1717.25m2;ΔH 為土工膜上下水位差，本工程為7.2 m;δ 為土工膜厚度，本工程0.3mm。

經計算，正常滲漏量為4 ×10－5m3/s，日滲漏量僅為3.46 m3。

由于復合土工膜的正常滲漏量非常小，膜后土壩也具有一定的滲透性，所以在計算中可忽略不計。經勘察在壩體左右壩肩與壩體接觸部位有部分分散的泉點，所有泉水最大流量為6 ×10－5m3/s。大量的膜下積水不及時排除，受地下水及氣體的頂托，土工膜可能會被頂起來，造成防滲體破壞，還將抬高壩體浸潤線，危及大壩安全，所以必須在土工膜下設置排水、排氣系統，排除膜下的氣體及積水，保護土工膜及壩體安全。

3.3.2 膜下排水系統

設計沿垂直于壩軸線方向間隔均勻布設5 條積水支溝，在壩基處平行壩軸線方向布設一條積水主溝，積水支溝將膜下積水匯集到積水主溝中，通過積水主溝將膜下積水排往集中出水口，在集中出水口用埋管從原老涵洞將積水排出。同時在垂直于壩軸線方向的積水溝頂部埋設排氣管，排出膜下產生的空氣，保證土工膜的穩定。膜下排水排氣系統平面示意圖見圖1。

積水支溝斷面設計為30 cm ×30 cm(寬×深)，溝壁鋪設土工布，土工布規格為400 g/m2，排水溝內填充碎石;積水主溝斷面為30 ×40 cm，采用C15混凝土澆筑，溝內填充碎石，將膜下積水匯集到集水坑處，通過排水管排出。集水坑采用C15混凝土澆筑，長0.5 m、寬0.4 m、深0.5 m。排水管設計采用PE管，糙率n 取0.009，經采用謝才公式計算，采用DN32PE 管 排 水 量 為0.00016 m3/s ＞ 0.0001 m3/s(0.00004 m3/s+0.00006 m3/s)可以滿足要求。排氣管根據經驗采用DN25國標鍍鋅鋼管。大壩排水排氣系統示意圖見圖2。

圖1 膜下排水排氣系統平面礋不意圖

圖2 大壩排水排氣系統示意圖

3.4 復合土工膜防滲體結構層設計

復合土工膜防滲結構自下而上依次為支持層、防滲層、保護層。

3.4.1 支持層

復合土工膜本身具有一定的排水、抗頂破、刺破功能，所以將壩坡開挖、平整、清除尖銳雜物以及夯實后即可直接鋪設復合土工膜。

3.4.2 保護層

保護層分面層和墊層，墊層主要是保護復合土工膜不被刺破，根據經驗及工程類比墊層設計鋪設粒徑＜2 cm的碎石墊層，平均厚為30 cm。面層設計采用干砌塊石護坡，根據《碾壓式土石壩設計規范》SL274—2001 護坡計算公式:

式中:Q50為石塊的平均質量，kg;Qmax、Qmin為石塊的最大、最小質量，kg;Hs 為有效波高，m;k 為系數，取4.370;G 為石塊比重，取3;t 為護坡厚度。

結合麻栗坡氣象局提供的數據，設計風速取27 m/s。吹程為0.2 km，m 為2.25，經計算Q50、Qmax、Q min分別為8 kg、32 kg、2 kg，護坡厚度t 計算得0.242 m，取0.25 m。

3.5 土工膜與庫底、壩肩、壩頂等部位的錨固

庫底錨固:為保證壩體穩定和安全，設計在距壩基上游2 m的地方開挖上頂寬4.0 m，底寬1.0 m，高2.0 m的錨固槽深入相對隔水層，將復合土工膜卷曲錨固在槽內，并回填過篩黏土，邊回填邊夯實。

壩肩錨固:分別沿兩壩肩外延5 m，開挖寬1.0 m，深1.6 m的矩形錨固槽，將土工膜卷曲錨固在其中，并回填過篩黏土夯實，與壩肩形成封閉的防水層。

壩頂錨固:壩頂外延1.0 m，開挖0.4 m ×0.4 m錨固槽，將土工膜卷曲錨固其中，原土分層回填夯實。

放水涵管錨固:用不銹鋼管箍將土工膜錨固在涵管上，土工膜與涵管、與管箍的錨接部位中間采用橡膠止水墊層止水和保護土工膜，土工膜前后各澆筑厚1.0 m的C15混凝土進行加固，詳見圖3。

溢洪道的錨固形式與壩頂的錨固形式相同。

圖3 放水涵管錨固設計圖

4 復合土工膜施工技術要求

4.1 鋪設技術要求

鋪設應在干燥和暖的天氣進行，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，不宜褶皺、懸空，無突起褶皺;施工人員應穿平底布鞋或軟膠鞋，嚴禁穿釘鞋，以免踩壞土工膜;不得將火種引入施工場地內，施工人員不得在施工現場抽煙;施工時如發現土工膜損壞，應及時修補。

4.2 復合土工膜的焊接

復合土工膜的上下兩層土工布采用縫接，土工膜采用熱熔焊接。為了確保焊接質量，焊縫搭接面應做到無水、無塵、無垢，不得有污垢、砂土、積水等影響焊接質量的雜質存在;焊縫接點應為“T”字型，不得作成“十”字型;焊接形式采用雙焊縫搭焊，焊縫雙縫寬度采用2 ×10 mm;聯接的兩層土工膜必須搭接平展、舒緩。

復合土工膜焊接質量的好壞是復合土工膜防滲性能成敗的關鍵，所以務必做好土工膜的焊接，確保焊接質量。

4.3 土工膜的錨固

土工膜的底邊和周邊必須與不透水地基和壩坡嚴密結合，即錨固槽必須開挖到相對不透水層以下。土工膜須按設計卷曲錨固于槽內，槽內回填土必須為過篩黏土，黏土內不得含有容易刺破土工膜的雜物，邊回填邊壓實，確保土工膜錨接牢固。

5 工程效益

5.1 社會效益分析

馬達新寨小壩塘工程實施結束后，徹底解決了馬達村附近幾個村小組的烤煙種植用水困難問題，降低了烤煙種植成本，增加了煙農收入，深受人民群眾的歡迎。進一步增強烤煙生產基礎設施建設，有利于農業產業結構調整，促進農村經濟發展，加快人民群眾脫貧致富奔小康步伐，促進了社會的安定團結。

在工程建設時期，需要大量的建筑材料和勞動力，工程的建設解決了社會部分民工的再就業問題。工程所需物資的采購對拉動市場經濟，擴大內需具有一定的促進作用。

5.2 烤煙灌溉效益

該壩塘工程實施后，烤煙能按時栽插，中耕管理用水得到保證，煙葉質量從葉片厚度，含油量等都得到整體提高，畝產量相應增產。根據項目區多年烤煙經濟指標分析表明，生產用水有保證年烤煙平均畝產量比生產用水無保證年增加300 kg/hm2，平均公頃產值增加4 413 元/hm2，該項目實施后，可解決166.67 hm2烤煙生產用水，年可增加烤煙產量5.00 萬kg，增收73.55 萬元。

［1］郭惠倩. 淺談復合土工膜在調蓄水池防滲中的應用［J］.農業科技與信息，2010(10):34－35.