調蓄山塘防滲方案設計與施工技術研究

陳步高，高 翔， 李起宏，雷進生，許飛虎

（1.浙江華東工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310000；2.三峽大學土木與建筑學院,湖北 宜昌 443002；3.防災減災湖北省重點實驗室（三峽大學）, 湖北 宜昌 443002）

0 引言

復合土工膜是一種有著良好防水性和延展性、能適應大變形的新型防滲材料,以較多運用于土石壩、蓄水池、尾礦壩等防滲工程中[1-2]。相較于鋼筋混凝土面板防滲來說,在施工條件、可靠性和成本等方面,對于本工程,復合土工膜防滲更具優勢。

1 工程概況

調蓄山塘位于寧南縣大同鄉新場村小涼山附近的古家槽南側山脊處,山塘頂高程1400.0 m,塘底高程1390.0 m,平均開挖深度約20 m,水塘各方向岸坡開挖坡比均為1∶2,總開挖方量約為23.8 萬m3,山塘有效庫容為7.9 萬m3。山塘西北至東南方向長約180 m,寬約100 m。塘頂馬道寬度不小于5 m,馬道內側設0.3 m×0.3 m 的矩形斷面排水溝,頂部設1.4 m 高防浪墻兼做安全擋墻,防浪墻采用C25 鋼筋混凝土。

根據山塘所在位置的滲漏特性,復合土工膜布置見圖1。岸坡部位土工膜防滲結構自上而下依次為：10 cm 厚預制混凝土塊、復合土工膜（2 布1 膜）、30 cm 厚砂礫石墊層。塘底土工膜防滲結構自上而下依次為：土工沙袋壓覆、復合土工膜（2 布1 膜）、30 cm 厚碎石墊層,70 cm 厚排水層。

圖1 山塘典型剖面圖

2 防滲方案比選

根據地形地質條件,從安全可靠性、施工條件、對水質影響和成本等方面,對復合土工膜防滲和鋼筋混凝土面板防滲兩種方案進行綜合技術經濟比較。

方案一：全庫盆均采用復合土工膜（兩布一膜）作為防滲結構層的主體,為使土工膜能夠長期安全有效地起防滲作用,防滲結構層設置膜下支持層和膜上保護層等結構,為保證膜上保護層的結構穩定,庫盆上游坡比為1∶2.0。膜上保護層兩岸采用10 cm 厚預制混凝土蓋板,庫底采用土工沙袋壓覆。土工膜下采用30 cm 厚砂礫石墊層作為支持層,庫底支持層下設70 cm 厚排水層,排水層內設置縱橫交錯的排水暗溝進行排水排氣,防止氣壓或水壓頂托土工膜。土工膜與防浪墻底部進行錨固處理。

方案二：面板基礎以坡積粘土、含礫粘土為主,局部為碎石混合土,庫盆基礎軟硬不一,為協調不同的基礎條件,庫岸面板結構縫間距18 m,庫底面板16 m。庫岸面板通過連接板與庫底面板相接。連接板寬度為4.5 m,庫岸及擋水壩上游面板坡比均為1∶1.4,面板、連接板混凝土標號均為C25W8F150。庫底面板基礎設30 cm 厚砂礫石墊層進行找平,砂礫石墊層底部為70 cm 厚排水層,該層內埋設縱橫交錯的排水暗溝進行排水排氣；庫岸面板基礎設30 cm 厚砂礫石墊層找平。面板縫與周邊縫均設兩道止水,頂部設SR 塑性材料,外部用氯丁橡膠片保護。底部設W 型止水銅片,W 型止水銅片的底部設6 mm 厚氯丁橡膠片和水泥砂漿墊層,縫面刷瀝青乳膠。

（1）安全可靠性方面,土工膜滲透性小、延展性較好、能適應大變形,只要拼接焊縫質量能保證,就可以達到防滲要求。而混凝土面板因為和庫底基礎面板條件不同,連接板變形協調難度大,可能造成局部面板開裂。本工程處于地震斷裂帶邊,地震工況下混凝土面板及止水結構易發生局部破壞,造成防滲失效。

（2）施工條件方面,土工膜產品市場規格化,鋪設簡便,重量輕,運輸方便,但在施工中易受損,接縫焊接較多,與岸坡的連接處理也較麻煩,需精心施工,妥善解決土工膜接縫的焊接問題。而鋼筋混凝土面板防滲比較常規,但容易開裂,適應基礎變形的能力較差,故混凝土面板對基礎的沉降變形要求較高,面板混凝土需預防溫度裂縫等。

（3）對水質影響方面,本工程選用HDPE 土工膜無毒,可保證水源清潔。鋼筋混凝土面板對調蓄池內水質基本無影響,也是一種清潔的防滲型式。

（4）成本方面的差異主要在防滲結構材料及施工費用,由于土工膜材料相比面板混凝土材料單價經濟許多,因此土工膜更為經濟。

綜上所述,土工膜綜合技術經濟更優。

3 庫盆防滲設計

3.1 土工膜結構布置

土工膜是防滲結構層的主體。為使土工膜能夠長期安全有效地起防滲作用,防滲結構層主要包括膜下支持層、膜上保護層等結構。土工膜防滲層的結構類型有單層（復合）土工膜防滲、多層土工膜防滲及土工膜與其它滲透性較小的土層組成的組合式防滲層。本調蓄水庫擬采用復合土工膜（兩布一膜）防滲,土工膜膜厚擬定為 0.5 mm。因庫底為坡積粘土、含礫粘土為主,局部碎塊石土,為保護土工膜,必須在土工膜下設置砂礫石墊層找平。墊層按規范要求可用粒徑小于 4cm的卵礫石、碎石或粗砂,考慮料源因素,本工程擬采用 30cm厚碎石墊層找平。為方便施工、檢修,庫周土工膜膜上保護層采用 10 cm 厚預制混凝土塊,庫底采用土工沙袋壓覆保護。

3.2 庫底排水系統設計

橫向每間隔25 m 及四周一圈均設0.2 m×0.2 m（寬×高）的梯形斷面排水盲溝作為土工膜底部排水排氣設施,盲溝內回填石渣。盲溝在山塘底部東南側引水口附近設兩根,100 排水盲管,盲管外裹土工布325 g/m2,將盲溝內滲水通過盲管排至山塘外,排水盲管縱坡0.5%。

3.3 土工膜錨固設計

土工膜錨固主要為土工膜與防浪墻底部的錨固及與進水口、引水口、溢流孔等部位的搭接。土工膜與防浪墻底部錨固應在防浪墻澆筑之前施工。具體做法為：在“L”型防浪墻、上游檢查小道混凝土澆筑前,土工膜沿二者基礎面鋪設,再在其上澆筑防浪墻混凝土、檢查小道混凝土,并用螺栓與防浪墻錨固。土工膜與進水口、引水口、溢流孔等部位的搭接均采用不銹鋼螺栓錨固于混凝土上。

3.4 土工膜材料選擇

土工膜的主要功能是防滲,要求土工膜必須有較小的滲透系數和良好的均勻性,工程上常用來作為防滲的土工膜材料有HDPE、PVC 和PE 膜。考慮到小涼山調蓄山塘庫水用于居民點安置點生產、生活用水,需保證水質清潔,且防滲要求高,使用壽命長（50年～100年）,擬定選用無毒、抗老化性能好的聚合物材料,即選擇HDPE 土工膜。

4 土工膜施工技術

復合土工膜防滲體主要施工工序包括基面處理、上下層土工布鋪設與縫合、HDPE 土工膜鋪設與焊接、覆土回填保護等[3]。

4.1 基面處理

開挖后的基礎面應平順,基礎范圍內的局部突起、陡坎、深槽、沖溝等應進行處理：①局部突起、山梁、土埂等應結合周邊地形條件進行開挖與周邊地形順接；②陡坎部位應進行放緩開挖,開挖后坡度不大于 1∶2。③局部深槽、沖溝部位首先按陡坎要求將與周邊銜接的邊坡放緩至 1∶2,采用防滲土料進行分層碾壓回填至周邊地面,回填技術要求同防滲鋪蓋。

清除基礎面殘留的樹根等雜物,采用不小于18 t 的振動碾對開挖面進行碾壓6～8 遍,其中強風化巖基礎區域無需碾壓。處理后的基礎面不應存在碎塊石集中和架空現象,若存在應進行清除或在表面鋪設一層 400 g/m2土工布。碾壓后的基礎面應及時進行防滲鋪蓋施工。

4.2 土工膜鋪設

土工膜鋪設應在溫度和風力適宜且無降水的情況下進行,且基面條件應滿足平整無雜物,基面表面含水率在15%以下,如不符合需根據情況進行晾曬,確保滿足干燥施工的要求。

鋪設前應依據設計要求,對施工現場進行區塊劃分和材料分配。在裁剪時應嚴格按照實際情況進行裁剪,且控制不小于10 cm 的搭接寬度。坡岸鋪設土工膜時,按照從上到下的順序滾動鋪設,以波浪形松弛方式控制膜的松緊度,并預留1.5%的富余度,從而滿足變形要求[4]。在鋪設時,操作者嚴禁穿著攜帶會損傷膜的物品或進行損傷膜的操作。在鋪設的過程中應隨時檢查土工膜的質量外觀,確保沒有出現明顯的創傷、孔洞、折損等方面的缺陷。

4.3 土工膜焊接

土工膜焊接采用熱熔焊法,雙焊縫搭焊,焊縫搭接寬度10 cm 左右,焊縫間應留有1 cm 的空腔,以便進行打壓檢測焊縫焊接質量。每次焊接前,應先現場進行試焊以重新確定焊接參數,焊接前焊縫表面應做到無水、無塵、無垢[5]。焊接過程中,應隨時根據施工現場的氣溫、風速等施工條件調整焊接參數。

焊接完成且焊縫完全冷卻后,需進行焊接質量檢查,目前主要使用的方法有目測和真空檢測。目測是用肉眼觀察的方法進行觀察,確認有無熔點和明顯漏焊的地方,接縫是否有燙損和褶皺；真空檢測是用真空檢測儀“T”形接頭、轉折接頭和目測時有疑問的地方進行檢測,檢測程序如下：肥皂液沾濕需檢測焊縫→真空罩放置潮濕區且壓嚴→啟動真空泵,調節壓力大于或等于0.05 MPa →保持30 s 后,觀察肥皂泡情況。

5 結語

復合土工膜在調蓄山塘防滲工程中起到有效作用,施工方便,成本更為經濟。本文以小涼山調蓄山塘土工膜防滲工程為例,對土工膜防滲體系的設計和施工技術進行探討,希望對類似防滲工程施工起到積極作用。