復合土工薄膜在土壩防滲中的應用

李經利，李佳青

（1.嘉禾縣水利局，湖南 郴州 424500；2.嘉禾縣觀音山水庫管理所，湖南 郴州 424500）

前 言

湖南省嘉禾縣現有上型號水庫96座，其中中型水庫3座，?。á瘢┬退畮?8座，?。á颍┬退畮?5座，設計興利庫容達8 400多萬m3，提供蓄水量1.05億m3，為該縣農業穩產及發展城鎮供水打下了堅實基礎，這些工程大部分修建于20世紀60—70年代，受當時經濟和技術條件影響，工程標準低、質量差，經多年運用，建筑物老化嚴重，大壩防滲保安成為水庫運行管理的頭等大事。從壩型而言，除2000年4月竣工投產的中型水庫——觀音山水庫為圬工重力壩外，其余95座上型號水庫均為土壩，由透水性較小的土料壤土和黏土經人工碾壓而成。由于構筑壩體的主要材料是土料，水庫蓄水以后，壩體受到水壓力作用，滲水會沿著壩體內的孔隙向下游流動，導致壩體失穩，所以土壩防滲是工程設計、施工及運行管理等工作的重中之重。

長期以來，我們在治理水庫壩基、壩身及壩肩與山體接頭漏水工程時，用黏土修建防滲鋪蓋，在理論和工藝上都較成熟，但工序多，工程量大，其厚度均超過1 m，黏土采運困難，費用高，且黏土碾壓質量不易保證。復合土工薄膜，因其優良的防滲性能，在水庫防滲中被廣泛運用。下面介紹復合土工薄膜在水庫大壩防滲中的設計與施工。

1 復合土工薄膜性能

復合土工薄膜是將土工薄膜與土工織物疊合，用熱焊法或黏結法貼合在一起而成的復合材料,有PVC、PE兩種，基本分為織造型和非織造型兩種。選材時考慮：PE產品的寬度比PVC產品寬1～2.5倍，可減少接縫，有利于防滲。非織造型土工織物不僅對膜提供加筋和保護，提高膜的使用壽命，還起到排水（反濾）排氣的作用，同時還提高膜面的摩擦系數，對穩定性有利，因此，本工程選用PE膜與非織造型土工織物復合成型的產品。該材料依靠土工薄膜層防滲，用無紡土工織物保護，防水效果良好，具有較高的抗拉、抗頂破及抗撕裂強度，可在粗糙的層面上施工；柔性好，在運輸和施工中，薄膜受到織物的保護，不易損壞。

2 復合土工薄膜防滲鋪蓋設計

2.1 薄膜厚度確定

一般塑料薄膜的滲透系數約為10-9cm/s，完全能滿足水庫防滲要求。如何選擇塑料薄膜，關鍵在于選擇薄膜的經濟厚度，可采用非加筋聚氯乙烯薄膜厚度的選用方法。

1）在連續均勻地基上，薄膜均勻受壓，其厚度S≤d/5，其中d為地基土粒的計算粒徑。

2）在不連續不均勻的地基上，如周邊支承的板一樣受力，薄膜厚度S為d/5＜S≤d/3。

3）在不連續不均勻的地基上，如周邊支承的膜一樣受力，薄膜厚度S＜d/3。

在使用時，考慮地基的不均勻沉陷，在運輸、拆裝、鋪設中可能受損，在選用時比設計要略厚一些。設計選用的復合土工膜特性為：PE膜厚度為0.4 mm，土工布選擇聚酯長絲非織物造產品，最后選擇材料為：500 g/0.4PE500 g（合計1.0 kg/m2）。

2.2 防滲鋪蓋范圍的確定

防滲鋪蓋設置范圍，根據水庫庫區壩區地形地質條件，構筑壩體土料性能及壩體外坡滲水出露部位是散滲還是集中滲漏，確定壩體漏水類型。土壩滲漏可分為壩基滲漏、壩身滲漏和壩肩與山體接頭滲漏。根據滲漏情況，確定防滲鋪蓋范圍，但對涵臥管斷裂導致壩體漏水時，則采用環氧砂漿混凝土在涵外管斷裂處進行堵填與加固。為保證鋪蓋防滲效果，截斷壩體內漏水通道，應在壩內坡建成堵閉式薄膜防滲鋪蓋。在壩內坡、底部開挖截水墻，周邊應設置混凝土截水墻，使薄膜鋪蓋同截水墻、壓頂共同組成一個防滲整體。

2.3 保護層的設置

為延緩復合土工薄膜老化，保護土工膜不受人畜活動破壞和流水沖刷、日光曝曬、冰凍等因素影響，在復合土工膜鋪蓋上設黏土、碎石、塊石三層保護。第一層為黏土護層，在土工膜上鋪黏土或壤土15 cm，鋪平夯實；第二層為碎石墊層，鋪10 cm厚，碎石粒徑小于2 cm，防止和減少波浪對黏土護層的沖刷淘蝕，起反濾作用，并對塊石護面起輔助平整作用；第三層塊石護層，厚度25 cm，既對碎石墊層、黏土護層起保護作用，又能增強鋪體的穩定性。

2.4 保護層邊坡穩定分析

復合土工膜鋪蓋邊坡穩定最不利條件：①水庫空庫狀態時遇到連續降雨，土體受到重力、動水壓力、滲透壓力的作用，復合土工薄膜與土體之間的粘接力及磨擦力最小，下滑土體按飽和容重（rm）計算，抗滑土體因受孔隙水壓力和水壓力作用，按浮容重（r1）計算；②水庫滿庫狀態時，土工膜鋪蓋保護層邊坡完全浸沒在水中，土體按浮容重計算，土體滑動面在黏土保護層按直線計算，最危險的滑裂面在坡腳，取安全系數K=1.05，求出穩定角度等于15.95°,因此坡度大于1∶3.5的壩面，在壩坡腳、戧臺內側設防滑槽，同時每隔3～7 m在壩坡上設深0.3 m、底寬0.3 m梯形防滑槽。

3 復合土工薄膜鋪蓋施工

3.1 施工流程

復合土工薄膜防滲采取邊挖、邊鋪、邊夯、邊護的區段循環作業，其施工流程如圖1。

圖1 施工流程圖

3.2 復合土工薄膜鋪蓋面的平整

復合土工薄膜鋪蓋在設計坡面及壩面范圍內，將坡面的碎石和其它尖硬雜物清除干凈，并將坡面拍緊、整平，按設計要求，平行于壩軸線開挖布置防滑槽，斷面深0.3 m，底寬0.3 m，呈梯形，防滑槽的邊角應修圓，槽底整平拍實，清除石塊及堅硬雜物。

3.3 復合土工薄膜之間的連接

土工薄膜之間的連接是保證其連續性和防滑效果的關鍵。鋪設時各幅間在現場粘接，搭接長度20～30 cm，采用加熱法粘接時把薄膜搭接面20～50 cm加熱，使搭接兩片粘接，薄膜粘接后應檢查接縫質量，并盡快在上部設置保護層。

3.4 復合土工薄膜鋪體的周邊固結措施

為有效防止庫水通過鋪蓋周邊滲入鋪體底部，影響鋪蓋防滑效果，必須對周邊進行有效固結處理。固結措施：下部及周邊復合土工薄膜貼于混凝土截水墻（見圖2），再用75#水泥砂漿鋪墊10 cm。

圖2 底部及周邊土工膜固結構造圖

4 復合土工薄膜防滲效果

1990年青山水庫壩內坡鋪膜2 500 m2，使壩外坡長25 m、寬1.5 m的散滲帶漏水由原來的0.06 m3/s減少到0.01 m3/s。1991年，嘉禾縣盤江水庫鋪膜1.2萬m2，治理壩內坡與條形山體接觸部位滲漏，效果良好。1996年，行廊鎮鄺家水庫在壩內鋪膜55 000.06 m2，根治了原來因大壩外滑坡導致壩外坡長35 m、寬1 m的散滲帶，漏水量由原來0.03 m3/s減少到0.009 m3/s，壩外坡大部分地方干燥不漏水。2002年白鹿塘水庫大壩內坡鋪膜2 800 m2，根治了長18 m，寬2.2 m的散滲區，漏水量由原來的0.032 m3/s減小至0.008 m3/s。

5 復合土工薄膜應用范圍

土工膜是一種高分子化學材料，比重較小，延伸性較強，適應變形能力強，耐腐蝕和低溫、抗凍等性能好，采用土工膜處理土壩滲漏，是對傳統防滲材料（土料、瀝青、混凝土）的補充或替代，其主要機理是以土工膜的不透水性隔斷土壩漏水通道，以其較大的抗拉強度及延伸承受水壓和適應壩體變形。聚已烯薄膜在24 h內吸水率只有0.01%，幾乎不漏水，只要接縫處理得當，施工中無破損，可以做到基本不漏水；用厚度0.1～0.2 mm的聚已烯薄膜鋪墊于中砂層上作為防滲材料，在水頭為200～300m的長期作用下，也不會發生破壞；當溫度下降后，土工膜相對延伸性逐漸減小，脆性增加，即使地溫低于土工膜的催化溫度，如果不受外力作用也不致解體或破壞，當溫度回升后，它又能逐漸恢復正常的柔韌和強度。在一般情況下，埋鋪的土工膜是不會被土的凍脹拉斷的，同時土工膜對細菌和化學作用有效好的耐侵蝕性，不怕酸、堿、鹽類的侵蝕。

水工用土工膜防滲的使用年限主要是由土工膜是否失去防滲隔水的作用而定。據國家標準規定，水工用厚度0.2 mm加穩定劑的聚乙烯薄膜，在清水條件下工作年限可達40～50年，在污水條件下為30～40年。因此，土工膜作為防滲材料，它既不受覆蓋面積大小的限制，也不受水頭大小的限制，在有水或無水的支承面下都可以敷設，這給廣泛使用土工膜作為防滲材料創造了極為有利的條件。

6 結 語

采用復合土工薄膜作為水庫大壩防滲材料，防滲效果顯著，比用黏土修建鋪蓋或采用土壩灌漿等方式進行防滲處理，具有減少工序、減少工程量及簡便易行等優點，因此，在水庫防滲、渠道防滲、蓄水池防滲、水閘防滲等工程中都可廣泛使用。