復(fù)合土工膜在水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

溫善榮 黃燕輝 黃金軍

【摘要】復(fù)合土工膜防滲作為一種新型防滲技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的推廣應(yīng)用，具有造價(jià)低、施工工藝簡(jiǎn)單、施工速度快、用工少、能適應(yīng)壩體變形、耐腐蝕、防滲效果好等優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】復(fù)合土工膜；水庫(kù)；除險(xiǎn)加固；防滲

1、工程概況

某水庫(kù)位于江蘇省鎮(zhèn)江市境內(nèi)，水庫(kù)南側(cè)與寧滬高速公路相毗鄰，屬太湖湖西流域。集水面積0.9km2，總庫(kù)容43.31萬(wàn)m3，為小（二）型水庫(kù)。興利水位35.4m（青島基面，下同），水庫(kù)主要功能為防洪、灌溉和水產(chǎn)養(yǎng)殖等。

水庫(kù)樞紐包括土壩一座，壩頂高程37.2-38.2m，最大壩高6.6m，壩頂寬4.0m，壩長(zhǎng)320m。大壩迎水坡坡比1：3，背水坡坡比1：2.0，迎水面無(wú)護(hù)砌；溢洪道一座，開(kāi)敞式明渠，底寬4.8m，堰頂高程35.2 m。

大壩安全鑒定時(shí)確定工程主要存在病害為：“大壩運(yùn)行中滲漏嚴(yán)重”。為使水庫(kù)安全度汛，需對(duì)壩體進(jìn)行防滲處理。

2 、工程地質(zhì)

工程場(chǎng)地內(nèi)土層自上而下可分為三層：①素填土。以黃色、暗黃色可塑狀粉質(zhì)粘土為主，中等透水層，平均層厚5.7m；②粉質(zhì)粘土。以暗黃色、褐黃色為主，中等透水層，平均厚度7.4m；③粉質(zhì)粘土。以黃色、褐黃色夾為主，極微透水層，平均厚度4.3m；④粉質(zhì)粘土。以黃色、灰黃色和褐黃色為主，微透水層，平均厚度3.3m；⑤粉質(zhì)粘土。以黃色夾青灰色斑點(diǎn)為主，極微透水層。

大壩壩身均為素填土，工程地質(zhì)條件一般。壩體填筑土層均勻性較差，局部滲透性較大。

3 、防滲工程設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)對(duì)幾種常用防滲措施的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比選，根據(jù)本工程大壩的壩體材料、施工條件、壩體滲漏特點(diǎn)等實(shí)際情況，結(jié)合以往工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次工程設(shè)計(jì)確定采用復(fù)合土工膜對(duì)大壩進(jìn)行防滲處理。

復(fù)合土工膜是由土工織物（或玻纖網(wǎng)）、高分子材料等（如PE膜、EVA等）兩種以上的材料復(fù)合而成的土工防滲材料。目前廣泛應(yīng)用于隧道、市政、交通、水利、地鐵、建筑等工程領(lǐng)域。對(duì)比其他材料，其性能優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）耐老化性能高、適應(yīng)環(huán)境溫度范圍較寬、質(zhì)量穩(wěn)定；（2）集防滲、反濾與排水作用于一體；（3）復(fù)合強(qiáng)度高、抗穿刺強(qiáng)度高、剝離強(qiáng)度大；（4）摩擦系數(shù)大、線脹系數(shù)小。

本次設(shè)計(jì)對(duì)主壩迎水坡壩頂至壩腳進(jìn)行復(fù)合土工膜防滲處理。大壩迎水坡按1：2.5削坡至現(xiàn)狀背水坡壩肩處，壩頂加高培厚至高程37.65m，壩頂加寬至4.5m，迎水坡增設(shè)C20砼預(yù)制塊護(hù)坡，厚100mm，護(hù)坡底格埂頂高程為32.5m，護(hù)坡下設(shè)防滲膜，頂格埂高程為36.9m。

3.1 復(fù)合土工膜規(guī)格選擇

復(fù)合土工膜規(guī)格的選擇需考慮材料彈性模量、材料允許拉應(yīng)力、下墊層平整度、防滲范圍內(nèi)的最大水頭、上墊層最大粒徑等因素，土工膜厚度確定除應(yīng)考慮水壓力要求的強(qiáng)度外，尚應(yīng)考慮埋壓、暴露、氣候等應(yīng)用條件，并按照相關(guān)國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定確定設(shè)計(jì)厚度。本工程經(jīng)分析計(jì)算，壩坡防滲層采用規(guī)格為200g/0.5mm/200g的針刺短線滌綸兩布一膜（PE膜），鋪設(shè)范圍為壩身樁號(hào)0+100～0+220，幅寬為4m。具體材料特性見(jiàn)表3-1。

3.2 復(fù)合土工膜防滲體結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)

復(fù)合土工膜防滲體結(jié)構(gòu)可分為五層，從上到下分別為防護(hù)層、上墊層、防滲層、下墊層、支持層，由于現(xiàn)狀大壩面層為細(xì)粒粘土，可先對(duì)其進(jìn)行整平、夯實(shí)，而后直接鋪設(shè)土工膜，不需另設(shè)下墊層。上墊層采用50mm厚砂墊層，防護(hù)層即大壩面層采用預(yù)制塊混凝土護(hù)面，下設(shè)50mm厚碎石墊層。膜體上限高程36.90m，下限膜體沿底格埂底部外延2m后，深入②號(hào)土層的不小于2m，深入③號(hào)土層的不小于1m。庫(kù)底鋪復(fù)合土工膜上直接覆蓋不小于0.5m的壓實(shí)黃粘土作為保護(hù)層。

3.3 復(fù)合土工膜防滲系統(tǒng)穩(wěn)定復(fù)核

根據(jù)復(fù)合土工膜與土石介質(zhì)間的摩擦系數(shù)復(fù)核復(fù)合土工膜與壩坡、復(fù)合土工膜與保護(hù)層的抗滑穩(wěn)定性。

采用公式k=f/tgα驗(yàn)算復(fù)合土工膜穩(wěn)定性。

k：抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f：上墊層與土工膜之間的摩擦系數(shù)；α：壩坡坡角。

根據(jù)下墊層土料，查資料得f=0.5。壩體上游坡坡比為1：2.5，即tgα=1/2.5

經(jīng)計(jì)算，復(fù)合土工膜防滲體抗滑穩(wěn)定滿足要求。

3.4 復(fù)合土工防滲膜與格埂的連接

復(fù)合土工膜與水庫(kù)壩體剛性結(jié)構(gòu)接觸面的連接須緊密、牢固，并應(yīng)留有一定的伸縮余量，避免因結(jié)構(gòu)沉降而破壞復(fù)合土工膜，影響防滲效果。本工程水庫(kù)無(wú)放水涵洞，且溢洪道不在壩身，因此復(fù)合土工膜在壩身上的連接主要為與大壩迎水面頂、底格埂的連接。頂、底格埂均采用C20素砼混凝土結(jié)構(gòu)，斷面尺寸分別為0.3×0.4m、0.4×0.7m。設(shè)計(jì)將土工膜壓在砼格埂下方，并用C10混凝土澆筑0.1m厚的連接層。

4、復(fù)合土工膜的施工

4.1 工藝流程

本工程復(fù)合土工膜施工采取邊挖、邊鋪、邊夯、邊護(hù)的區(qū)段循環(huán)作業(yè)方式。

1 基面清理

基面清理是確保防滲效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，鋪設(shè)前應(yīng)先開(kāi)挖清除原壩表層干砌石及礫石墊層至粘土層，特別是尖石、樹(shù)根等雜物要徹底清除干凈，基面不允許有局部凹凸現(xiàn)象，清理后的基面用夯錘或夯板夯緊，使之密實(shí)平整。

2 復(fù)合土工膜鋪設(shè)

自上而下垂直于壩軸線方向鋪設(shè)復(fù)合土工膜，膜與膜、膜與基面之間應(yīng)壓平貼緊，但不宜將膜拉得過(guò)緊，應(yīng)略松一些，也不宜在膜底留有氣泡。為防止復(fù)合土工膜上鋪保護(hù)層順其表面滑動(dòng)，增加保護(hù)層（包括護(hù)面）的穩(wěn)定性，可將鋪膜壩體表面開(kāi)挖成臺(tái)階段。因土工膜比較輕薄，在未鋪設(shè)保護(hù)層之前，極易被風(fēng)吹動(dòng)，因此一次鋪膜面積不宜太大，宜邊鋪膜邊覆蓋保護(hù)層。

3 覆蓋保護(hù)層及護(hù)面

覆蓋保護(hù)層及砌筑預(yù)制塊護(hù)面時(shí)，一定要輕放，以免撞破土工膜。在塊石護(hù)面下面，鋪填50mm厚的碎石墊層，以防止因水位變化、風(fēng)浪等因素的影響而淘刷保護(hù)層。預(yù)制塊采取人工掛線鋪砌，塊與塊之間應(yīng)緊密嵌固，所有空隙均采用細(xì)石砼充填。

4 周邊接界的處理

周邊接界處理的要求是將復(fù)合土工膜與周邊土體聯(lián)結(jié)緊密，封堵滲流入口，截?cái)鄠?cè)向的滲漏路徑，防止?jié)B水進(jìn)入土工膜底面，形成水泡，在庫(kù)水位下降時(shí)脹破土工膜。因此周邊接界須挖截水槽，并將土工膜埋入槽內(nèi)。

4.2 施工注意事項(xiàng)

1 施工人員必須穿無(wú)釘鞋或膠底鞋，禁止在土工膜上任意踩踏。

2 鋪膜后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行保護(hù)層層施工，防止熱收縮引起土工膜變形及長(zhǎng)時(shí)間紫外線照射引起土工膜老化。

3 禁止接觸可引起聚烯烴性能變化的化學(xué)物質(zhì)，以免土工膜發(fā)生永久變形。

4 土工膜焊接應(yīng)由專業(yè)技術(shù)人員按照施工規(guī)范和要求采用專用焊接設(shè)備進(jìn)行施工，確保焊接質(zhì)量。

5、防滲效果分析

該水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程2013年12月開(kāi)工，于2014年8月完成竣工驗(yàn)收。目前經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行，原大壩漏水現(xiàn)象已明顯減少，其防滲效果良好。

6、結(jié)語(yǔ)

從上述工程應(yīng)用情況可知，復(fù)合土工膜防滲作為一種新型防滲技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的推廣應(yīng)用，具有造價(jià)低、施工工藝簡(jiǎn)單、施工速度快、用工少、能適應(yīng)壩體變形、耐腐蝕、防滲效果好等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)應(yīng)注意采用復(fù)合土工膜防滲處理時(shí)，一定要嚴(yán)格按照規(guī)范和設(shè)計(jì)圖紙要求施工，避免出現(xiàn)土工膜破損或其深入壩基的深度不足等問(wèn)題，才能保證大壩的安全和人民生命財(cái)產(chǎn)安全不受威脅。

參考文獻(xiàn)：

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