淺析壩基與壩體土工膜防滲施工技術

馬春生　焦守永

摘要:土工膜防滲技術將塑料薄膜引入防滲水利工程中，達到降低工程造價的目的。本文簡單介紹了土工膜防滲概況，以及壩基和壩體采用土工膜的防滲機理，并重點對其施工方法進行了分析。

關鍵詞: 土工膜；防滲機理；施工方法

1 土工膜防滲概況

土工薄膜是由高分子聚合物制成的透水性能甚小的材料，滲透系數小于為10-11cm/s。大量工程實踐證明，土工膜是一種優質、經濟、可靠的土工合成防滲材料，它施工方便迅速，有良好的隔水性、彈性和適應變形的能力，能承受一定的水頭壓力，有良好的耐老化能力，處于水下、土中的土工膜的耐久性尤為突出。近年來用于平原水庫防滲的土工膜，其原材料主要是聚乙烯(PE膜)和聚氯乙烯(PVC膜)兩種，其形式一般為單一土工膜或復合土工膜。其中復合膜在工程中較為普遍應用，它是將針刺土工膜與土工膜復合而成的整體性結構(結構型式常為一布一膜或二布一膜等)，具有土工膜平面排水的功能，以排出膜后滲透水及孔隙水，防止膜被水和氣頂起而失穩，并加速膜下的軟土排水固結，同時又改善了單一土工膜的工程性能，提高了其抗拉、頂破和穿刺強度及摩擦系數，另外，可避免或減少在運輸、鋪設過程中機械損傷防滲主膜。因此，復合土工膜是一種比較理想的水工防滲材料。

土工膜作為一種良好的防滲材料，在平原水庫中己被廣泛地采用，用土工膜防滲，不僅可以減少滲漏，增加粉土及粉細砂壩體及壩基的穩定性，還可減少壩體土方工程量。主要應用以下兩個方面:一是水庫圍壩壩基防滲，用于壩前水平鋪膜防滲或垂直鋪膜防滲。二是水庫圍壩壩體防滲，用于防滲斜墻或垂直防滲心墻。

2 壩基垂直鋪膜防滲

2.1 防滲機理

垂直鋪膜防滲墻是利用專門的開溝造槽機械，在壩基或壩體中順壩軸線方向形成一條連續的寬18-30cm窄槽，在槽內鋪設塑料膜，然后回填松散干凈的粉土完成作業，靠塑料薄膜的極低滲透性，形成連續完整的防滲體系，減少滲漏，保證滲流穩定，防止庫區周邊次生鹽化。

對于壩基透水性上層厚度不大(小于是12米)的情況，采用垂直防滲是經濟和有效的，垂直鋪膜位于壩體，可與壩體心墻式土工膜結合。垂直鋪膜位于上游壩腳，可與壩坡斜墻式土工膜結合，形成封閉式的防滲結構。

對于深厚的透水層中存在一層埋深不大、透水性較弱的土層，可以將其視為相對不透水層，這時仍可以用上述綜合防滲形式，使垂直鋪膜嵌入相對不透水層，以形成相對封閉的防滲結構。

2.2施工方法

2.2.1 施工設備

垂直鋪膜設備是保證工程施工質量的重要條件，按照垂直鋪膜工藝要求，完成該工作需幾種設備聯合組裝成大套。在工程實際施工中，根據地層條件及施工現場環境的不同，目前主要有往復水沖式和鏈條回轉式兩種設備。其共同特點是泥漿固壁，開槽與鋪膜同步作業。

(1)往復水沖鋸刀式開槽機?？块_槽機劈桿的復位運動，利用水力沖割和刀割土體成槽，通過聯動卷簾裝置鋪膜，適用于粉質壤土，鋪膜深度一般不小于10m,槽寬18-30cm，機械動力90-120kw。

(2)鏈條回轉式開槽機?？挎湕l循環運動帶動刮斗切割土體成槽，泥漿護壁，槽寬22-30cm，通過聯動裝置卷簾鋪膜，最大鋪膜深度15m，適用于不含較大塊石及樹根的各種土層，機械動力120kw。

2.2.2 施工工藝

根據壩基或壩體地層結構、各土層的滲透系數，以滿足滲透穩定，滲漏量小，防止庫區外圍土壤鹽堿化為基準，主要有懸掛式和封閉式兩種防滲體系。

(1)當壩基相對不透水層埋深較大時，經過做滲流試驗穩定分析，可設計成懸掛式塑膜防滲帷幕。否則，采用其他措施相配合，滿足了設計要求。

(2)當相對不透水層埋深淺時，直接設計成封閉式塑膜防滲帷幕，塑膜插入不透水層0.5-0.8m。

垂直鋪膜的施工，主要有連續鋪設和單幅鋪設兩種。兩種方法均采用鏈條開槽機開槽、泥漿固壁、鋪膜、回填粘土，所不同的是前者是連續下膜，接縫較少，后者則是采用人工或者簡單機械將單幅塑膜置入槽中、回填粘土，然后繼續第二個開槽、固壁、置膜、回填循環。

3壩體土工膜防滲工程

3.1防滲形式

如果筑壩土料不滿足防滲要求(滲透系數大于10-5厘米/秒)，則需要進行壩體防滲設計。圍壩壩體防滲型式主要有心墻式和斜墻式。

3.1.1 心墻式防滲結構

土工膜一般置于壩體內部，下接基礎垂直防滲。該防滲型式優點為:土工膜用量較省。缺點為:由于施工時要求壩體填筑與土工膜心墻鋪設連接同時上升，而且土工膜應做成鋸齒形鋪設，以適應堤壩的沉陷，施工較復雜，土工膜施工受壩體填筑影響，相互存在干擾。

3.1.2 斜墻式防滲結構

是在壩體填筑完成后在上游坡面鋪設土工膜。該防滲型式優點為:土工膜施工與壩體填筑互不干擾，土工膜施工速度快，而且具備檢修條件。缺點為:土工膜用量較大，上游壩坡專門設置土工膜保護層及相應護坡結構，工程量較心墻式大。適合新建或加固工程。

3.2鋪設位置及其范圍確定

土工膜的鋪設部位，對新建工程，可以鋪設在圍壩中間(即心墻)或臨水面(即斜墻)，兩種形式各有特點。由于平原水庫多為年調節蓄水庫，供水保證率高，這就要求上游壩坡滿足檢修條件，另外，平故里水庫一般建在壓縮性較高的軟土地基上，壩基沉陷量大(據統計，一般為0.8-1.5米)為避免由于壩基沉陷而造成心墻式土工膜的扭曲變形甚至撕裂破壞，新建的平原水庫工程大多采用斜墻式防滲型式的結構。斜墻式布置的優點是堤壩填筑完成后才鋪膜，施工干擾小，鋪膜質量較易保證。

土工膜在壩面中鋪設的范圍可從壩基開始，直到壩頂，若壩基采用垂直鋪膜或水平鋪膜鋪蓋防滲，則壩坡土工膜應與垂直鋪膜或水平鋪膜連接，連接方式一般為焊接。土工膜斜墻式壩體防滲另外最大的優點是可以和不同的垂直防滲進行連接，也可以和其它形式的水平鋪蓋(如塑膜鋪蓋、粘土鋪蓋)進行連接，聯合形成完整的防滲體系。

3.3材料選擇

選用單膜還是復合土工膜主要是從復合土工膜的作用和經濟兩個方面綜合考慮來選定。復合土工膜相比單膜具有的優點為:一是可以增加與土料之間的摩擦系數，二是保護土工膜不受運輸和施工過程中外力的損害，三是復合土工膜具有反濾排水功能。由于土工膜不可避免地發生缺陷滲漏，可利用膜丫則的土工膜能起到反濾排水作用，從而確保了保護層的穩定。若復合土工膜是鋪設在透水性弱的圍壩臨水面，則膜下的土工膜可以迅速消除庫水位驟降時在膜后形成的孔隙水應力，避免土工膜被水應力頂起的危險。一般心墻式垂直防滲大多采用單膜或多層單膜，斜墻式臨水面鋪設的土工膜大多采用復合土工膜。設計時，可根據鋪設位置和經濟條件確定。

3.4 結構型式

斜墻式防滲體自上而下一般分為:保護層、墊層、土工膜防滲層、反濾排水層、支持層。

保護層:即面層護坡，其護砌型式和護砌厚度應根據規范規定，按照風浪要素進行設計。墊層:是保護層與土工膜之間的過濾層，應根據所采用的保護層和防滲土工膜種類，按土石壩設計要求進行，一般采用透水性良好的砂礫料或土工膜，若防滲薄膜選用復合土工膜材料，可不必另設墊層。土工膜防滲層:土工膜的厚度很薄，容易遭破壞，為了有效保護和提高其在坡面上的穩定性，及時消除庫水位驟降時在膜后形成的孔隙水壓力，以避免水壓力頂托土工膜，斜墻式臨水面鋪設的土工膜大多采用復合土工膜(二布一膜)。土工膜除要求有可靠的防滲性能外，還應該能承受一定的施工壓應力和使用期間結構物沉降等引起的應力，故也有強度要求，土工膜的強度與其厚度直接有關，可通過理論計算或工程實踐經驗來確定。反濾排水層:鋪在土工膜之下，其作用一是排除積水、積氣，確保土工膜的穩定，二是保護土工膜，使其不受支持層的破壞。對于碾壓式土石壩，一般采用復合膜，即膜與壩面之間鋪設土工布，可以起到排水及保護作用。支持層:土工膜是柔性材料，必須鋪設在可靠的支持層上，平原水庫一般為碾壓式土壩，壓實度較大，可不設支持層。壩坡削整平后，直接鋪設復合膜。

參考文獻

[1]岑威鈞，復合土工膜防滲土壩壩坡的抗滑穩定性研究，土石壩工程，2002

[2]沈長松，復合士工膜厚度計算方法研究，河海大學學報，2004.