淺議土工合成材料在水庫土壩加固中的應(yīng)用

崔海華

摘要：通過對我國目前水庫除險加固工程的調(diào)查和研究，結(jié)合工程實際對土工合成材料優(yōu)缺點以及在部分土壩加固中的技術(shù)應(yīng)用加以淺議，以期起到應(yīng)用新材料、推發(fā)新技術(shù)的目的。

關(guān)鍵詞：水庫土壩除險加固 土工合成材料 綜合處理 新技術(shù)

1我國病險水庫概況

1.1水庫概況

我國現(xiàn)有各類水庫84926座，其中大型水庫415座，屬水利部門管理的342座，中型水庫2618座，小型水庫81893座，而土壩占水庫總數(shù)的70%。目前全國病險水庫有37000座，約占全國現(xiàn)有水庫總數(shù)的44%。

1.2病險水庫除險加固基本情況

國家對水庫加固十分重視，1998年以來中央對2381座病險水庫進(jìn)行了除險加固，目前已經(jīng)完成了2190座大型水庫和中型水庫的除險加固任務(wù)。小型水庫加固工作正在有序進(jìn)行。

2病險水庫存在的主要問題

1.1水庫基本組成

絕大多數(shù)水庫主體建筑物由大壩、溢洪道、輸水洞三部分組成，大壩作為最重要的永久建筑物，主要起攔蓄來水的作用；溢洪道和輸水洞均有下泄來水的作用，但溢洪道主要用來下泄來勢較大的洪水，保證水庫的防洪安全，輸水洞一般用來有序利用水庫蓄水，發(fā)揮水庫興利效益。

1.2病險水庫存在主要問題

參閱部分水庫安全鑒定結(jié)論和水利部安全管理中心的核查意見，病險水庫土壩一般主要存在以下問題。（1）大壩壩頂欠高，水庫大壩防洪能力不滿足規(guī)范要求；（2）大壩壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求。（3）大壩浸潤線不正常，運行過程中，出現(xiàn)滲流異?，F(xiàn)象；

3 水庫土壩加固的研究

在全國已建的水庫中，土石壩占70%，本文主要研究土工合成材料在土壩除險加固中的應(yīng)用，并通過實例體現(xiàn)新技術(shù)、新措施的優(yōu)勢。大壩，它的安全不僅關(guān)系到發(fā)揮防洪、供水等效益，也關(guān)系到下游人民生命財產(chǎn)的安全，因此大壩加固亦是工程的的重點。大壩加固主要解決：壩高不滿足防洪安全的問題、壩坡不穩(wěn)定和大壩滲漏的問題。

本文提出采用當(dāng)代先進(jìn)加固技術(shù)——土工合成材料對土壩加固，并介紹了其主要特點。

3.1土工合成材料簡介

土工合成材料是一種新興的巖土工程材料，可以分成土工織物、土工膜、土工復(fù)合材料和特種土工合成材料。它以人工合成的聚合物，如塑料、化纖、合成橡膠等為材料，制成各類各型產(chǎn)品，至于土體內(nèi)部，表面或者各層土體之間，發(fā)揮加強或者保護土體的作用。目前，土工合成材料已經(jīng)在水利水電、建筑、公路、鐵路、港口等工程中推廣使用。

3.2土工合成材料的功能概述

土工合成材料的應(yīng)用非常廣泛，總結(jié)起來有下列五種基本功能：

1過濾作用，即把土工織物置于土體表面或相鄰?fù)翆又g，可以有效地阻止土顆粒的通過，從而防止了由于土顆粒的過分流失而造成的滲透變形；2排水作用。有些土工合成材料可以收集土體中的水分，并沿著土工合成材料內(nèi)的通道，把水排出土體中，加速土體固結(jié)，或者減小土體內(nèi)的滲透壓力；3加筋作用, 主要是一些特種土工合成材料，埋設(shè)在特定的方向，利用其抗拉強度，限制側(cè)向位移，增強土體的穩(wěn)定性；4防滲作用。土工膜和某些復(fù)合型土工合成材料，可以防止液體滲透、氣體的擴散。5防護作用，多種土工合成材料鋪設(shè)在建筑物表面，可以防止水流的沖刷。

由于以上功能，土工合成材料廣泛使用在各種土木工程中，在水庫除險加固中，也嘗試針對工程實際問題，采用土工合成材料對土壩加固。

3.3土工合成材料在土壩上、下游壩坡穩(wěn)定問題上的應(yīng)用

壩高不滿足防洪要求、壩坡不穩(wěn)定的處理，傳統(tǒng)的做法是：加大壩高，上、下游壩坡培厚。這種方法有以下后果：放緩的壩坡占用上、下游空間，導(dǎo)致水庫上游庫容減少、下游占用大量耕地，弊端在大壩較高時體現(xiàn)的尤其明顯。如果采用新技術(shù)將新型材料——土工格柵分層植入上、下游壩坡，增大壩坡填土的抗拉、抗壓力度，起到增大壩坡穩(wěn)定性的效果，僅對壩頂進(jìn)行局部加高，不進(jìn)行上、下游壩坡培厚，則可達(dá)到節(jié)約耕地、少占水庫庫容，減少工程投資的效果。此外，土工格柵加固法，還具有施工便捷，工期短，不受氣候影響等優(yōu)點。

廣州岑村水庫為一小（2）型水庫，位于鐵爐山公園西南側(cè)，總庫容25.18萬方，岑村水庫大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程42.5m，壩基高程29.0m，最大壩高13.5m，頂寬7m，有交通要求。上游游壩坡1:1.5，下游壩坡1:1.5，除險加固中，該水庫大壩上、下游壩坡均不滿足穩(wěn)定要求，若采取上、下游覆壩的方法，則：將減少近2.5萬方興利庫容；同時下游存在拆遷問題，難以解決，效果不佳。設(shè)計中采用對水庫大壩上、下游壩坡分層植入土工格柵的辦法，以增加壩坡整體穩(wěn)定性，使壩坡穩(wěn)定問題得到很好解決，同時，減少了施工用地，減少工程投資76萬元，取得很好的社會效益。該大壩填填土受力原理見下圖：

3.4 土工合成材料在土壩防滲問題上的應(yīng)用

土壩滲漏是一個嚴(yán)重的問題，一般采取做混凝土防滲墻或帷幕灌漿進(jìn)行處理。該方法防滲效果較好，但存在對地質(zhì)勘探要求高、投資大、施工難的問題。采用易于施工，也較為經(jīng)濟的上游壩坡鋪設(shè)一層土工膜防滲是很好的處理辦法。這種方法對地質(zhì)勘探要求很低，施工便捷、周期短，投資較小，效果很好。

我國廣西田村水庫土石壩，壩高48米，壩頂長139米。原設(shè)計用粘土作為心墻防滲體，但施工中，壩高筑到10米后，陰雨綿綿，致使粘土含水量高，無法使用。則改用溢洪道開挖的風(fēng)化砂填筑心墻，在其表層鋪設(shè)土工膜，并將土工膜底端埋設(shè)在上游面粘土內(nèi)。很好的克服了施工難的問題，并取得很好防滲效果。

3.5合成材料在水利工程其他方面的應(yīng)用

我國三峽工程，一期圍堰和二期圍堰的上部都采用了復(fù)合土工薄膜心墻防滲結(jié)構(gòu)。一期圍堰土工薄膜的底端與圍堰下部的柔性材料防滲墻相連接；二期圍堰土工薄膜的底端與圍堰下部的塑性混凝土防滲墻相連接。在這個世紀(jì)大工程的施工過程中立了功。

最近以來，人們對土工合成材料加筋土結(jié)構(gòu)在與環(huán)境保持和諧一致方面也作了嘗試，用土工格柵加筋、帶有面板的加筋體表面依然很美觀，特別是在加筋體表面鋪設(shè)三維植草網(wǎng)墊之后，更能美化環(huán)境，可見合成材料應(yīng)用領(lǐng)域還有很大開拓空間，應(yīng)該重視并延伸。

4 結(jié)語

綜上所述土工合成材料有以下優(yōu)點和優(yōu)勢：

1性能優(yōu)越

土工合成材料應(yīng)用于土體結(jié)構(gòu)之后，高分子材料的優(yōu)勢都能充分發(fā)揮，產(chǎn)生良好的效果；

2施工方便、快速

土工合成材料本身重量輕，多為卷材，鋪設(shè)或者安裝都很方便。特別是早期在土工膜的接縫方面，只是簡單的搭接或粘合劑粘結(jié)，現(xiàn)在已經(jīng)可以焊接，超聲波接縫等等。此外與土方回填碾壓及混凝土澆筑相比，土工合成材料的鋪設(shè)受天氣的影響小。

3耐久性好，及時需要更換土工合成材料，也比較方便。

4價格低廉，使用土工合成材料，往往比其他工程措施要經(jīng)濟廉價。

目前我國土壩的除險加固工程措施還比較傳統(tǒng)，大量新技術(shù)、新材料沒有得到推廣和應(yīng)用，客觀上對國家資金造成一定程度的浪費，同時，也不利于新興土工合成材料產(chǎn)業(yè)在水利行業(yè)的發(fā)展,通過以上對合成材料的優(yōu)勢和具體實踐應(yīng)用，希望合成材料在水利工程上的應(yīng)用更加廣泛。■

參考文獻(xiàn)

1．張光斗，王光綸《水工建筑物》。水利電力出版社，1992

2．潘家錚，何璟《中國大壩50年》中國水利水電出版社，2000

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4.《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(Sl274-2001)

5．《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GＢ50286——98）