復(fù)合土工膜防滲技術(shù)在堤防加固中的應(yīng)用

何 淼，田春玲

(吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院,吉林 長春 130021)

1 工程概況

該工程位于飲馬河自石頭口門水庫壩下至伊通河入河口處（除德惠市磚廠處往下游1.0 km無堤段外），堤防全長193.755 km，其中左岸堤防長96.535 km，右岸堤防長97.22 km。

經(jīng)現(xiàn)場對堤防沿線檢查發(fā)現(xiàn)，目前主堤大部分堤身質(zhì)量完好，但由于存在部分穿堤建筑物破損、局部砂基段滲水現(xiàn)象比較嚴(yán)重，河道塌岸較多，有的凹岸堤身已塌落，嚴(yán)重的威脅堤防安全。

2 工程等別及設(shè)計資料

依據(jù)SL252—2000《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》及GB 50286—98《堤防工程設(shè)計規(guī)范》，確定飲馬河洪水重現(xiàn)期為20年，主要建筑物為4級，臨時建筑物為5級。設(shè)計資料見表1。

3 砂基段工程設(shè)計

3.1 基本資料

經(jīng)現(xiàn)場實地勘察及資料記載，在汛期曾出現(xiàn)過嚴(yán)重滲漏險情的砂基險段共有18處。其中九臺市境內(nèi)14處，長7 090 m；德惠市境內(nèi)4處，長2 101 m，共計總長10 191 m。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)各砂基段臨水側(cè)及背水側(cè)地表有坑塘積水現(xiàn)象，部分堤段背水側(cè)現(xiàn)已被砂袋大面積壓重。

表1 設(shè)計參數(shù)表

根據(jù)地質(zhì)鉆探資料揭示，飲馬河堤基為雙層地基，上覆粉質(zhì)壤土、砂質(zhì)壤土層厚度較薄，一般在0～3.5 m之間，下部為含細(xì)礫中粗砂層，以九臺市雙豐砂基段為例進行計算。

雙豐砂基段位于九臺市龍家堡鎮(zhèn)雙豐村，飲馬河的左岸，砂基段長902 m。雙豐砂基段土層基本資料見表2。

3.2 滲透破壞類型判別

依據(jù)GB 50287-99《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，土的滲透變形判別公式

表2 雙豐砂基段地基土層基本資料表

式中：PC——土的細(xì)粒顆粒含量，以質(zhì)量百分率計，%；n——土的孔隙率，%。

查工程地質(zhì)土工試驗資料，各砂基段地基土的細(xì)顆粒含量，均小于44%，確定地基土的滲透變形均屬于管涌破壞。

3.3 堤基滲透穩(wěn)定計算

依據(jù)GB50286—98《堤防工程設(shè)計規(guī)范》，計算下列水位的組合的堤防滲流情況：

1）臨水側(cè)為設(shè)計洪水位，背水側(cè)為相應(yīng)水位。

2）臨水側(cè)為設(shè)計洪水位，背水側(cè)為低水位或無水。3）洪水降落時對臨水側(cè)堤坡穩(wěn)定最不利的情況。根據(jù)工程實際情況，這次設(shè)計只計算臨水側(cè)設(shè)計洪水位，背水側(cè)無水情況。

4）堤基滲透臨界水力坡降及平均水力坡降計算，按照《中小型水利水電工程地質(zhì)》，計算堤基土的臨界水力坡降及堤下滲流段的平均水力坡降值。

臨界水力坡降計算公式

粉質(zhì)壤土：

砂質(zhì)壤土

允許水力坡降I允=I臨/2=0.57

堤基下游上升滲流段的平均水力坡降值計算公式

式中：△s——土的比重；n——土的孔隙度，%；I——平均水力坡降；H1，H2——上、下游水位，m；T1，T2——上、下土層厚度，m；K1，K2——上、土層的滲透系數(shù)；2b——堤基寬度，m。

利用電子表格列表計算，計算成果如表3。

表3 堤防各砂基段堤基平均水力坡降計算成果表

從計算結(jié)果可以看出，堤防下游上升滲流段的平均水力坡降值為1.84，與堤基覆蓋土層的允許坡降0.57比較，不滿足滲透穩(wěn)定要求，易產(chǎn)生管涌現(xiàn)象。該段均需采取加固措施。

3.4 砂基段險段工程處理措施

飲馬河堤基屬雙層地基，經(jīng)滲流計算，部分砂基險段堤后地面滲流出逸比降不能滿足規(guī)范要求，還有一部分砂基段雖經(jīng)計算滲透穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，但在汛期曾經(jīng)出現(xiàn)過嚴(yán)重滲漏有破壞險情，為此均需采取除險加固措施，確保堤防安全。

根據(jù)工程實際，飲馬河堤防兩側(cè)均為農(nóng)田，且背水側(cè)僅有15 m長護堤地范圍可以使用，為此設(shè)計采取臨水側(cè)防滲鋪蓋和背水側(cè)壓滲蓋重相結(jié)合的措施進行加固。

3.4.1 鋪蓋設(shè)計

鋪蓋長度按照《水工建筑物》土壩地基處理，取6倍的設(shè)計水頭計算。

3.4.2 防滲材料的選擇

由于當(dāng)?shù)仞ね亮先狈?，設(shè)計采用復(fù)合土工膜（500 g/m2）防滲材料，即在堤防臨水側(cè)堤前鋪設(shè)復(fù)合土工膜。

表4 復(fù)合土工膜主要技術(shù)指標(biāo)

3.4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

為提高堤防的抗?jié)B能力，在臨水側(cè)堤坡設(shè)置復(fù)合土工膜斜墻與鋪蓋連成一體的防滲體系，水平鋪蓋設(shè)置為防止耕作土層對土工膜造成破壞，設(shè)計將復(fù)合土工膜鋪設(shè)在原地面以下1.0 m處，即將原地面土層開挖，鋪設(shè)復(fù)合土工膜后回填覆蓋土層厚1.0 m并碾壓。

斜墻復(fù)合土工膜鋪設(shè)在堤坡上，為避免大面積開挖原堤防邊坡土，埋置復(fù)合土工膜造成堤身破壞和土體的整體性差，易受沖刷破壞，根據(jù)當(dāng)?shù)厝狈κ系纫蛩?，設(shè)計采用機織混凝土模袋護坡進行結(jié)構(gòu)護面，結(jié)構(gòu)層自下而上分別為復(fù)合土工膜（500 g/m2）。機織模袋混凝土（平均厚度15 cm，最大厚度25 cm）。

周邊界處理。端部邊槽的錨固上、下游兩側(cè)與護坡段之間采取順坡開槽，將模袋混凝土埋入槽中的方式，接頭處連接平順。開槽埋入深度上、下游端均采用0.7 m。頂部采用水平延伸長度1.0 m進行封項。坡腳深度為1.0 m或1.5 m。

3.4.4 壓滲蓋重設(shè)計

按《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》第8.2計算

式中：Ja-x表層土在壩下游坡腳點a至a以下范圍x點的滲透比降，按表層土上下表面的水頭差h，除以表層土層厚度t1得出：

表土層上、下水頭差按下式計算：

若 Ja-x＞（Gs-1）（1-n1）/K，應(yīng)設(shè)置排水蓋重或排水減壓井。

經(jīng)計算（Gs-1）（1-n1）/K=0.48，Ja-x的計算成果見表5。

排水蓋重厚度t。按式（4）計算

式中：t1——表層土的厚度，m；γ——排水蓋重層的容重，砂質(zhì)壤土 γ=18.6 kN/m3，干砌石γ=20 kN/m3；γω——水的容重，γω=10 kN/m3。其他符號意義同前。

蓋重長度根據(jù)工程實際，初擬采用8.0 m。

計算成果如表5示。

表5 壓滲蓋重計算成果表

3.4.4 堤基滲透穩(wěn)定復(fù)核

采取加固措施后，驗算堤基滲透穩(wěn)定。

按 GB50286—98《堤防工程設(shè)計規(guī)范》，式（E.7.3-5）計算承壓水頭：

式中：S下——下游弱透水層等效長度，m；S上——上游弱透水層等效長度，m；其余符號意義同前。

表6 滲透穩(wěn)定計算成果表

經(jīng)滲透穩(wěn)定復(fù)核計算，各砂基段滲透比降滿足設(shè)計要求。

背水側(cè)蓋重回填砂壤土，施工時應(yīng)分層鋪填，并依靠運輸或攤鋪機械的行駛壓實。

4 復(fù)合土工膜施工要點

1）復(fù)合土工膜鋪設(shè)應(yīng)力求平順，松緊適度，不得繃?yán)^緊；復(fù)合土工膜應(yīng)與土面密貼，不留空隙。

2）相鄰復(fù)合土工膜塊拼接可用搭接或縫接。該工程采用搭接。平地搭接寬度可取30 cm，不平地面或畸形處應(yīng)不小于50 cm。

3）坡面鋪設(shè)采用自下而上進行，坡頂、坡腳應(yīng)以錨固溝或其它可靠方法固定，防止其滑動。

4）回填時，不得破壞復(fù)合土工膜，復(fù)合土工膜鋪設(shè)完成后，應(yīng)盡量減少在膜面上行走、搬動工具等，凡能對防滲膜造成危害的物件，均不應(yīng)放在膜上或攜帶在膜上行走，以免對膜造成意外損傷，不得使用重型機械或振動壓實。

6 結(jié)論

復(fù)合土工膜具有質(zhì)輕、防滲性能有較好的延展性，在該次飲馬河堤防除險加固應(yīng)急度汛工程中的應(yīng)用，實現(xiàn)了施工簡單，造價低等特點，取得了較好的效果，是一種理想的防滲材料。