淺談土工塑料薄膜在中小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

李獻(xiàn)忠

（寧鄉(xiāng)縣水利水電勘察設(shè)計(jì)院 長(zhǎng)沙市 410600）

土壩土工塑料薄膜防滲工程，對(duì)保護(hù)層土料要求比較嚴(yán)格，土料必須為粘性土，且干容重必須大于1.5kg/cm3。大多數(shù)產(chǎn)生滲漏的水庫(kù)大壩土質(zhì)差，一般為砂質(zhì)土，當(dāng)?shù)厝狈φ承酝?，在人力、物力、技術(shù)等條件缺乏的情況下，就地取材，在粘性土缺乏的地區(qū)，利用砂性土作塑料薄膜防滲保護(hù)層的探求，通過在寧縣雙華水庫(kù)的試驗(yàn)，取得了很好的效果。

1 工程概況

雙華水庫(kù)位于寧鄉(xiāng)縣沙田鄉(xiāng)雙華村，為?。á颍┬退畮?kù)，1966年12月興建，庫(kù)容22.8萬(wàn)m3，集雨面積0.96km2，最大壩高13.7m，最大水深11.78m，壩頂長(zhǎng)62m，壩頂寬6m，內(nèi)外坡比均為1∶3.0。

該水庫(kù)由于修建時(shí)質(zhì)量低劣，加之土質(zhì)為砂性土壤，導(dǎo)致大壩滲漏嚴(yán)重，整個(gè)壩體在庫(kù)內(nèi)正常水位時(shí)，在壩軸向中部，從坡腳往上6m左右的范圍內(nèi)，有570m2的面積明顯滲水，壩坡已出現(xiàn)稀泥現(xiàn)象，滲漏已達(dá)（80～90）L/min，且有5處明顯管涌現(xiàn)象，管涌直徑達(dá)2cm左右。這樣，既不能蓄水，又使水庫(kù)長(zhǎng)期留有隱患，隨時(shí)有垮壩的可能。

為了根治險(xiǎn)情，保證蓄水，2006年冬對(duì)該水庫(kù)進(jìn)行了土工塑料薄膜防滲處理，在無(wú)粘土作保護(hù)層的情況下，采用砂質(zhì)土保護(hù)層，取得了很好的效果?，F(xiàn)水庫(kù)已達(dá)到正常蓄水位。大壩未出現(xiàn)處理前的滲漏、管涌現(xiàn)象，外坡明顯干燥，內(nèi)坡穩(wěn)定，在水位波動(dòng)情況下，未發(fā)生滑坡。

2 防滲塑膜計(jì)算

采用聚乙烯土工塑料薄膜防滲，其主要性能如下：比重：（0.91-0.93）g/cm3；抗拉強(qiáng)度：≥100kg/cm2；拉斷時(shí)延伸值：≥280%；使用溫度范圍：（-50～+60）℃；抗凍性：-60℃。

土工塑料薄膜厚度計(jì)算：需要的厚度取決于漏水通道尺寸、水壓力和材料的性能。

漏水通道截面為條形時(shí)（如裂縫）需要厚度為：

漏水通道截面為圓形時(shí)（如孔洞）需要厚度為：

式中 P——水壓力（kg/cm2）；

[σ]——土工膜允許抗拉強(qiáng)度（kg/cm2）；

δ——土工膜設(shè)計(jì)厚度（cm）；

S——漏水裂縫寬度（cm）；

D——漏水孔的尺寸（cm）；

f——土工膜裂縫或孔洞上受水壓后的重度（cm）。

當(dāng)S=1cm或D=2cm時(shí)，f=0.14，P=11.78t/m2=1.178 kg/cm2；當(dāng)S=1cm或D=2cm，[σ]=100kg/cm2；F=0.14S= 0.14×1=0.14cm。

3 保護(hù)層穩(wěn)定分析

因當(dāng)?shù)責(zé)o粘性土，只能采用砂質(zhì)土，為了增大土料與土工膜的摩擦角，鋪膜基面做成階梯形，保護(hù)層厚度取0.5m，根據(jù)砂質(zhì)土特點(diǎn)，其技術(shù)數(shù)據(jù)如下：土料與土工膜的摩擦角ф1=25°；土料內(nèi)摩擦角為ф2=30°；土料凝聚力C=0；土料干容重rd>1.5t/m3；土料飽和容重rm2t/m3。

在水位變動(dòng)情況下，穩(wěn)定分析采用折線滑動(dòng)面法分析，計(jì)算示意如圖1。

圖1 折線滑動(dòng)面法壩坡穩(wěn)定分析

ADC——滑動(dòng)面

式中內(nèi)坡m＝3，ф1＝25°，ф2＝30°。

保護(hù)層厚度DF＝0.5m，堤高H1＝11.78m，Kc為邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。

假設(shè)不同的水位H進(jìn)行試算，求得最小安全系數(shù)。

利用BASⅠC程序進(jìn)行計(jì)算。

程序中：A1=a1、A2=a2、Y1=ф1、y2=ф2，最小安全系數(shù)Kc= 1.81＞[Kc]＝1.15滿足要求。

當(dāng)壩坡無(wú)水或全部浸水時(shí)，只要坡角小于土體的內(nèi)摩擦角和土體與薄膜的摩擦角，則邊坡是穩(wěn)定的，即邊坡大于1∶2.2，邊坡穩(wěn)定。

4 鋪蓋形式及施工方法

鋪蓋形式如圖2所示。

圖2 鋪蓋斷面形式

首先清理基面，要求基面堅(jiān)實(shí)、平坦，將稀泥、亂石、雜草清除干凈，再按規(guī)格尺寸挖成階梯形。開挖時(shí)，垂直面不可能絕對(duì)垂直，但要盡量陡一些。再在上面鋪一層粉砂土，并將其拍打密實(shí)。鋪膜時(shí)由下到上水平鋪設(shè)，膜與膜間以及膜與基面間壓平貼緊，雖不宜張拉過緊，但也不能夾有大量氣泡、礫石等雜物。薄膜拼接采用熱瀝青粘接，搭縫0.1m左右，瀝青溫度65℃左右，接縫處嚴(yán)禁泥沙落入。為施工方便，可在接縫薄膜下臨時(shí)墊一塊板，多層鋪膜時(shí)，搭縫應(yīng)錯(cuò)開。薄膜鋪好后，再用粉砂土將階梯填平及時(shí)將薄膜履蓋起來(lái)。再夯筑保護(hù)層。干容重達(dá)1.5t/m3以上，并防止雜物礫石等將膜打壞。然后鋪上墊層，干砌塊石防浪。

周邊接縫處理方法：在壩坡坡腳和壩肩山體上開挖一條至基礎(chǔ)的截水溝。壩頂在最高水位以上開挖一條深1m左右的截水溝。四邊貫通，將薄膜夾在溝中，再用粘土回填夯實(shí)止水，周邊處理與壩坡施工同時(shí)進(jìn)行。

5 大壩土工膜防滲的應(yīng)用和分析

通過對(duì)雙華水庫(kù)大壩土工膜防滲的設(shè)計(jì)與施工以及運(yùn)動(dòng)中的觀測(cè)，得出以下總結(jié)：

（1）大壩壩體滲漏與施工質(zhì)量有關(guān)，但同樣與壩體土質(zhì)有相當(dāng)大的關(guān)系，大多數(shù)壩體是砂質(zhì)土壤。

（2）在當(dāng)?shù)卣惩晾щy的情況下，砂質(zhì)土作為土工膜防滲保護(hù)層是可行的，其壩體的穩(wěn)定主要取決于砂土與土工膜的摩擦角，為了增大其摩擦角，應(yīng)將其基面做成階梯形或鋸齒形。從理論上講，當(dāng)土壤的粒經(jīng)大于土工膜厚度，并且干容重達(dá)到其要求值時(shí)，土體與土工膜的摩擦角是不會(huì)比土體的內(nèi)摩擦角小多少的。通過計(jì)算，以砂質(zhì)土作為保護(hù)層時(shí)，壩坡最陡可達(dá)1∶2.1，但需應(yīng)用塊石護(hù)坡以防浪。

（3）周邊必須用粘土止水，如粘土困難可用混凝土代替。

（4）砂土夯筑要緊，干容重根據(jù)粒徑級(jí)配應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求值。

（5）對(duì)于山丘區(qū)，特別是強(qiáng)風(fēng)化巖石區(qū)利用砂質(zhì)土用土工膜防滲，很有推廣價(jià)值。

6 結(jié)語(yǔ)

土工塑料薄膜是一種新型建筑材料，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已廣泛使用在土建和水利工程中，目前在我國(guó)由于價(jià)格比較貴，數(shù)量和品種也少，其應(yīng)用也受到了一定限制，隨著我國(guó)工業(yè)水平大大提高，今后預(yù)計(jì)我國(guó)在這一方面也將有一個(gè)大發(fā)展。土工塑料薄膜雖然滲透系數(shù)很小，接近于不透水，但由于它太薄、太輕、易破、施工困難，對(duì)基面及墊層料、保護(hù)層要求較嚴(yán)格，所以大面積使用還是具有一定困難，若將土工織物和土工膜經(jīng)機(jī)械加工成組合材料—土工薄膜，它具有土工織物導(dǎo)滲與塑料薄膜防滲兩方面功能，而且其厚度比單用塑料薄膜增加幾十倍，重量也增加不少，這樣強(qiáng)度比較高使用起來(lái)也方便得多，防滲作用也得到了保證，造價(jià)比單用塑料土工膜貴些，但保護(hù)層、墊層基面處理、費(fèi)用等考慮它尚為經(jīng)濟(jì)，故土工膜具有施工簡(jiǎn)便、工期短、防滲效果好，造價(jià)省等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的防滲材料。