复合土工膜在二坝水库除险加固工程中应用防渗效果评价（舒鸿霄）

时间：2022-02-24 15:18:53 浏览量：次

摘要：本文论述了复合土工膜防渗技术的应用，对防渗效果进行了分析评价，论述了其推广应用的价值。

关键词：复合土工膜应用防渗效果评价

一、工程概况

二坝水库位于甘肃省张掖市甘州地处山丹河下游，是一座平原洼地型水库，水库总库容400万m3，兴利库容368万m3。水库以农业灌溉为主，兼有防洪、旅游、水产养殖等功能。工程建于1958年，主坝为均质粘土坝。水库主坝长1140m，坝顶宽度3.0～4.0m，坝顶高程为1495.00m，正常蓄水位1491.30m，坝底高程为1487.55～1488.80m，坝前正常水深4.0m，上游坝坡比1:3～1：4.5，马道高程1493.00m，宽1.5m，下游坝坡坡比1:2。

工程存在的主要病害为：一是受当时建设环境及客观条件限制，坝前库底没有设置铺盖防渗，施工中未对水库坝基进行防渗处理。二是坝体土方夯填不密实，坝后也未做排水体，防渗效果较差，坝后常年进行渗流，高水位时曾出现管涌。

2002年，经水利部大坝安全鉴定委员会鉴定，坝坡渗透坡降大于允许渗透坡降，坝坡渗流不稳定，需对坝体进行防渗处理。

二、防渗工程设计

通过多方案经济、技术比较，结合本工程的坝体材料与施工条件等实际情况和类似工程的处理经验，设计选定采用复合土工膜处理土坝渗漏的整治方案。设计对主坝坝顶至坝脚进行复合土工膜防渗处理，坝前库底25m范围内铺设复合土工膜铺盖。铺盖前端开挖齿槽，将复合土工膜嵌入齿槽，坝顶开槽后将复合土工膜嵌入原坝体中，坝体与溢洪道、输水洞连接处将复合土工膜与建筑物混凝土连接，形成半封闭的不透水防渗结构体。加固后坝顶高程为1495.00m，坝顶宽4.0m，上游坝坡为1：3～1：4.5，在上游坝坡1493.00m高程处设1.5m宽的马道兼作人行道，下游坝坡坡比1：2。

1.复合土工膜规格选择

复合土工膜规格的选择与下垫层平整度、材料允许拉应力、材料弹性模量、铺设范围内的最大水头及覆盖层最大粒径等有关，土工膜厚度设计除应考虑主要由水压力要求的强度外，尚应考虑暴露、埋压、气候、使用寿命等应用条件，并按国家现行有关标准的规定确定设计厚度及实际厚度。本工程经综合分析计算，坝坡防渗层采用规格为200g/0.3mm/200g的针刺短线涤纶两布一膜(PE膜)，库底铺盖防渗层采用规格为150g/0.25mm针刺短线涤纶一布一膜(PE膜)，幅宽均为4m。

2.复合土工膜防渗体结构层设计

复合土工膜防渗结构自上而下依次为防护层、上垫层、防渗层、下垫层、支持层，由于坝体和库底土层为细粒土，整平夯实后可直接铺设土工膜，因此不再设下垫层。上垫层和防护层针对不同部位作了不同处理。坝体马道（1493.00m）以下，上垫层采用平均厚度20cm厚的砂砾石，满足防滤要求，防护层采用30cm厚的干砌石护面。马道以上，上垫层采用5cm厚的砂浆，防护层采用6cm厚的混凝土预制板护面。库底铺盖在复合土工膜上直接覆盖60～80cm压实细粒土作为保护层。

3.复合土工膜防渗系统稳定复核

由于复合土工膜与土石介质间的摩擦系数及土石介质间的复核复合土工膜与坝坡、复合土工膜与保护层的抗滑稳定性。

复合土工膜稳定性验算根据公式K＝f/tgα计算抗滑稳定安全系数。

K：抗滑稳定安全系数；

f：上垫层与土工膜之间的摩擦系数；

α：坝坡坡角。

根据上垫层土料，查资料得f＝0.45。

坝体上游坡坡比为1：3，即tgα＝1/3

通过计算得复合土工膜防渗系统是稳定的，满足要求，设计中在高程1491.90m、1490.80m、1489.70m、1488.60m分别设置了防滑槽，防滑槽间距3.3m，深度0.25m。

4.库底铺盖埋铺设计

坝前25m范围内铺设规格为150g/0.25mm的复合土工膜(PE膜)铺盖，在距坝脚25m的库底，开挖一防渗齿槽，槽深1.5m，开挖边坡1：1，口宽3m，将复合土工膜嵌入槽内，并用壤土夯填。

5.复合土工膜与水库输水洞和溢洪道周边的连接

复合土工膜防渗斜墙与水库输水洞和溢洪道刚性建筑物的连接，要求连接严密、牢靠，留有伸缩余量，防止因建筑物沉陷而使复合土工膜破坏。输水洞和溢洪道导流墙浇筑为直立墙，复合土工膜与混凝土连接时，首先在砼面上间隔20cm打孔，安装膨胀螺栓，沿连接长度通长安装一条厚5mm宽10cm橡皮，再将复合土工膜折叠3层打眼穿入螺栓，然后再用一层橡皮、钢压条通过膨胀螺栓将复合土工膜固定。为防止螺栓、压条锈蚀，在螺栓和钢板压条上刷三层防锈漆。

三、复合土工膜的施工

1.施工准备

(1）复合土工膜材料质量检测。本工程所用复合土工膜为两布一膜和一布一膜针刺复合土工膜，使用前委托甘肃省水利科学研究院实验中心对产品的各项技术指标进行检测，各项指标均符合标准规定和设计要求。

(2）复合土工膜具有一定的抗顶破、抗刺破能力，但在水头较大时，常被膜下尖砾、树根顶破。二坝水库在防渗施工中，开挖清除原坝表层干砌石及砾石垫层至粘土层，并按设计尺寸削坡挖平和欠坡回填夯实，找平并洒水夯实，使夯填土干容重不小于1.65t/m3。人工开挖防滑槽，剔除其表面的石子、树根等坚硬尖状物，并喷洒除草剂等药水，整理后的坡面应平整、密实、光滑，以防复合土工膜被刺破。达到设计平整度要求后，经监理工程师验收合格，为复合土工膜铺设提供工作面。

(3）土工膜场内拼接。为了施工方便，保证拼接质量，复合土工膜应尽量采用宽幅，减少坝坡现场拼接量，施工前应根据复合土工膜幅宽、现场长度需要，在库内专用场地剪裁，并拼接成符合要求尺寸的块体，卷在钢管上，人工搬运到工作面铺设。

2.复合土工膜的铺设和质量控制

(1）复合土工膜的铺设方法

复合土工膜铺设分库底铺设、坡面铺设两个部分。铺设方法：复合土工膜的铺设要求在平地先将4m窄幅拼接焊成20m宽幅，然后在坡面自上而下，垂直于坝轴线方向通幅铺设。坡面铺设在坡面验收合格后，从堤顶向堤脚沿垂直于堤轴线方向缓慢展铺到坡脚齿槽外顶处与库底土工膜丁字形相接。库底铺设在库底开挖验收合格后，从齿槽外顶向库内沿垂直于堤脚轴线方向缓慢展铺到库内25m处。

(2）复合土工膜的铺设技术要求和质量控制

铺设应在干燥暖和天气进行，为了便于拼接，防止应力集中，复合土工膜铺设采用波浪形松驰方式，富余度约为1.5%，摊开后及时拉平、拉开，要求复合土工膜与坡面吻合平整，无突起褶皱，施工人员应穿平底布鞋或软胶鞋，严禁穿钉鞋，以免踩坏土工膜，施工时如发现土工膜损坏，应及时修补。土工膜的焊接有专业人员按照施工规范和要求进行施工。

四、防渗效果分析

二坝水库除险加固工程与2004年3月开工，于2004年10月全面竣工投入使用。该工程于2004年10月底进行完工后蓄水运行，经过三年的运行，对其防渗效果进行了观测和效果评价。

为了观察土工膜防渗效果和坝体的渗漏情况，在主坝体上每200m设置一个坝后水位观测管。根据其水位变化情况进行定期水位和渗流量观测。(见表1略)

从观测成果分析看，在水库防渗加固前，平均渗漏为量2326.85m3/ｄ，年渗漏损失84.93万m3；采用复合土工膜防渗技术后，平均渗漏为量388m3/ｄ。坝体渗漏损失为14.16万m3，水库渗漏损失减少83.3％，年减少渗漏损失70.75万m3。

通过工情观测，坝体砌石护面平整，没有出现护面、堆石下滑。坝后无水溢出点，防渗效果较好，该项工程防渗技术的设计应用对于中小型病险水库工程的除险加固，具有很好的推广使用价值。

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