復合土工膜在巖溶漏斗水庫防滲工程中的應用

摘要：本文以彭水縣茨竹灣水庫工程為研究對象，該工程位于西南地區碳酸鹽巖出露地區。水庫常年無法正常蓄水，分別以剛性、柔性、剛柔結合三個角度進行滲漏治理研究，希望對類似工程具有參考意義。

關鍵詞：巖溶漏斗;水庫防滲;殼體結構;復合型土工膜;柔性封堵

中圖分類號： TV44 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2019.06.026

我國是世界上巖溶（喀斯特）分布面積最大的國家，其地形特殊性致使庫底滲漏問題、庫周滲漏問題和泄洪問題突出。重慶市彭水縣茨竹灣工程是一座坐落在巖溶（喀斯特）地貌上的水庫，以灌溉、綜合利用為主要功能。茨竹灣水庫為天然巖溶洼地，通過堵塞洼地中心的巖溶漏斗形成，水庫大致呈長方形，長150～180m，寬55～90m，四周為高30～50m的陡坡。據水文觀測，水庫在地表降雨后迅速蓄水，雨后2～3天成干庫，庫盆曾多次發生大規模管道性滲漏，因此，對茨竹灣水庫庫底及周邊防滲處理是非常必要的。

1 三種封堵方案比選

1.1 剛性封堵結構

在初設變更送審階段設計方案為殼體方案。該方案在高程1395.05～1396.02m設置C30W8鋼筋砼殼體封基。整個殼體結構長軸長度為133m，短軸長度為67.6m。在短軸斷面上殼體為圓弧拱，中心拱頂最高高程為1419.50m，中心拱厚4m，向兩邊漸變，兩拱端厚5.27～7.91m。在長軸斷面上殼體為圓弧拱，中心拱頂最高高程為1419.50m，中心拱厚4m，向兩邊漸變，兩拱端厚9.16m。殼體兩端錨入完整基巖，預計方案的總投資為3878萬元。

1.2 剛-柔結合封堵結構

使用薄層瀝青+混凝土防滲效果好，對地基承載力要求較高且適應能力較差，對溫度的控制貫穿整個施工過程，瀝青混凝土拌和、施工碾壓復雜，必須在旱地施工，本工程為巖溶漏斗結構，防滲層處于漏斗下方，高程較低，受庫周滲水及洪水影響，無法保證在旱地施工，且瀝青混凝土造價較高，初估庫底防滲造價約3262元/m2。

1.3 柔性封堵結構

復合土工膜防滲自身變形模量較大，適應地基變形能力較好，對基礎要求較低，施工工藝較簡單，防滲性能可靠，投資最小。

對比分析發現，殼體方案投資高且基礎要求高，殼體蓋板封蓋（剛性封堵）下部空間形成較大的懸空區域，施工過程易引發地質事故，還需對基礎進行加固處理，使成本進一步增加，殼體方案不具備可比性。比較符合土工膜防滲方案和瀝青混凝土防滲方案，瀝青墻造價高，對地質條件要求高，且無法保證在庫底旱地施工，采用碾壓粘土層+復合土工膜進行封基防滲的柔性防滲方案。

2 土工膜設計

2.1 土工膜施工控制

根據現場勘探可知，茨竹灣水庫庫盆深度較大，已被粉土、淤泥質土及塊碎石等全部充填，巖溶漏斗溶洞主要分布于茨竹灣水庫庫底。在高程1397.50m～1405.0m設置碾壓粘土層+土工膜進行封基。整個封堵范圍長邊為130m，短邊為66m，面積8340m2。封堵結構為（從下至上）：碾壓灰巖塊石換填（厚1m）+碾壓灰巖石渣料（厚2m）+碾壓粘土層（厚5m）+HDPE土工膜（2層）+粘土層護面（厚0.5m）+灰巖碎石料（厚20cm）+干砌塊石（厚20cm）。由于庫底粘土承載能力非常差，因此先鋪設一層灰巖塊石料（厚1m）供施工車輛通行，再從下至上依次鋪設2m厚碾壓灰巖石渣料層、3m厚碾壓粘土層、規格為“200g/2mm/200g”HDPE土工膜防滲層、膜上覆蓋厚50cm粘土保護層、灰巖碎石料（厚20cm）+干砌塊石（厚20cm）防沖刷層。

2.2 滲流計算

采用水力計算手冊中“堰閘地基的滲流計算”所述：水工建筑物的地基和土壩、水井等滲流的水力參數的計算都是以達西定律為基礎，滲流流量Q的表達式為：

按最不利情況計算，認為即使土工膜發生破壞，庫底防滲土料滲流坡降不大于0.8，本次計算取允許坡降J=0.8。

計算可得Q=0.45L/s，在最不利情況下，平均年滲流總量為0.143萬m3，只占水庫總庫容的0.2%，且粘土填筑料下部的原狀土層隔水效果均較好，實際滲流量較計算得出總量小許多，實際滲流量可忽略不計。

3 結論

通過比選茨竹灣巖溶水庫封堵的三種方案，可得出以下結論：

一是在柔性封堵中，土工膜防滲成本低，土料就地取材，工程區的粉質黏土具有低孔隙比，中等壓縮性，微透水性等特點，在翻曬碾壓后是土工膜鋪蓋土料非常優秀的填充材料。經過滲流及穩定計算后滿足最不利情況。這對水利工程中的復合型土工膜的使用有借鑒作用。

二是對于剛性封堵而言，巖溶漏斗殼型結構作為一種新型的防滲結構，在創新美觀、耐久性，充分利用巖溶地區負地形上有其固有的優勢，但并沒有在實踐工程中采用。

三是使用薄層瀝青+混凝土的剛—柔結合封堵防滲效果好，造價及對地基承載力要求高，且瀝青混凝土拌和、施工碾壓復雜，必須在旱地施工，對處于巖溶地區漏斗下方，容易受庫周滲水的結構不適用。

參考文獻

[1]陳云，胡志剛，吳正萍.復合土工膜在高土石壩中的應用及施工質量控制[J].長江科學院院報，2017，34（02）：115-119.

[2]梁倫法，李華艷，石含鑫.復合土工膜應用于堆渣壩防滲設計[J].巖土工程學報，2016，38（03）：38-41.

作者簡介：熊珊鋒，在讀研究生，研究方向：水工結構。

網絡出版時間：2019/3/14 ?13：39：12

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