垂直鋪塑防滲技術在平原水庫工程中的應用

李玉波

(南水北調(diào)東線山東干線有限責任公司，濟南 250013)

垂直鋪塑防滲技術在平原水庫工程中的應用

李玉波

(南水北調(diào)東線山東干線有限責任公司，濟南 250013)

永鎮(zhèn)水庫工程是山東省黃河三角洲農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)項目中的重點工程，采用的垂直鋪塑防滲深度達到16m多，是目前山東平原水庫工程中鋪塑最深的工程。本文介紹了垂直鋪塑防滲機理、施工機械、施工工藝、質(zhì)量控制等內(nèi)容，為其他類似工程設計和施工提供借鑒作用。

永鎮(zhèn)水庫;垂直鋪塑;施工;質(zhì)量控制

1 工程概況

永鎮(zhèn)水庫位于東營市墾利縣城以東約20km的永安鄉(xiāng)與下鎮(zhèn)鄉(xiāng)境內(nèi)的一片鹽堿澇洼地，該水庫是山東省黃河三角洲農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)項目中的重點工程，水庫的興建將解決永安、下鎮(zhèn)兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生活、牲畜、灌溉用水，進一步促進淡水養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展、促進該縣農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)發(fā)展和宜農(nóng)荒地開發(fā)，有利于整個黃河三角洲地區(qū)的全面綜合開發(fā)與建設。

永鎮(zhèn)水庫于1988年進行設計、建設，為中型水庫，庫區(qū)面積9.2km2，圍壩軸線長16.288km，設計最高蓄水位7.28m，總庫容3084萬 m3，死庫容240萬 m3，此次擴建設計總庫容3972萬 m3，設計最高蓄水位9.12m，壩軸線長10.516km，壩頂高程10.4m，壩頂寬度8.0m。

2 工程地質(zhì)條件

圍壩勘探深度內(nèi)，壩基下伏地層均為第四系全新統(tǒng)松散堆積層，自上而下分為四大層，七個亞層：

①－1為第四系全新統(tǒng)黃泛沖積堆積層，可分為三個亞層，以①－1砂壤土為主，該層分部廣泛而穩(wěn)定，層厚3.7～4.7m;①－2層為裂隙黏土，該層分部較廣泛，層厚0.4～1m;①－3層軟黏土呈透鏡體狀穿插于①－1層中，該層分布在地下水位附近，層厚0.7～1.5m，不連續(xù)分布。

②層為第四系全新統(tǒng)海相堆積層，分為兩個亞層，以②－1層粉細砂為主，層厚 8.5 ～10.2m，②－2層為淤泥質(zhì)黏土廣泛穿插于②－1層粉細砂中，該層層厚2.5～6.1m。

③層為淤泥質(zhì)壤土，該層埋深在13.0m以下，厚度1.5～2.5m。

④層為粉細砂，深灰色，稍密～中密狀態(tài)，含少量貝殼碎片，加有砂壤土薄層。

①—1層砂壤土、②—1層粉細砂透水性接近，滲透系數(shù)約為3.8m/d;①—2層裂隙黏土起著串通上下含水層的作用，可將它們轉(zhuǎn)化為均質(zhì)透水體，經(jīng)計算壩基年滲漏量472萬m3，占總庫容的15.3%。滲漏較嚴重，需進行防滲處理。設計采用垂直鋪塑進行壩基防滲，復合土工膜進行壩體防滲。

3 垂直鋪塑防滲技術

3.1 防滲機理

垂直鋪塑是利用開槽機械，在壩基或壩體中順壩軸線方向形成一條連續(xù)的寬180～300mm，深數(shù)米的溝槽，然后在溝槽內(nèi)垂直鋪設塑膜，最后回填松軟干凈的粉質(zhì)土，靠塑料的極低滲透性，形成連續(xù)完整的防滲體系，減少滲漏量的一種防滲技術。

3.2 垂直鋪塑防滲設計

3.2.1 鋪塑位置

考慮到本工程為舊壩加寬、加高和施工機械行走寬度等因素，鋪塑位置設計在庫內(nèi)靠上游壩角5m處。

3.2.2 鋪塑深度

設計防滲深度為14.7～16.2m，鋪膜底高程為－11.5m，塑膜插入不透水層0.5～0.8m。

3.2.3 塑膜設計指標

本工程設計防滲塑膜為PE，設計厚度為0.3mm，密度不低于900kg/m3，破壞拉應力不低于12MPa，斷裂伸長率不低于300%，彈性模量在5℃不低于70MPa，抗凍性(脆性溫度)不低于－60℃，連接強度應大于母材強度，撕裂強度大于或等于40N/mm，抗?jié)B強度在1.05MPa水壓下48h不滲水，滲透系數(shù)小于10－11cm/s。鋪塑搭接寬度1.0m，塑膜焊接寬度10cm，鋪塑頂預留長度1.0m。

3.3 施工機械

本工程所用的機械有往復水沖鋸割式和鏈條循環(huán)刮刀式兩種設備，兩種設備共同特點是均采用泥漿固壁，開槽與鋪塑同步作業(yè)。

a.往復水沖鋸割式鋪塑機，靠開槽機桿臂的往復運動，利用水力沖割和刀具切割土體成槽，通過聯(lián)動卷簾裝置鋪塑，這種機械效率高、施工快，適用于粉土、粉質(zhì)壤土，槽寬18～30cm，機械動力90～120kW。

b.鏈條循環(huán)刮刀式鋪塑機，靠鏈條循環(huán)運動帶動刮斗切割土體成槽，泥漿護壁，槽寬20～30cm，通過聯(lián)動裝置卷簾鋪塑，適用于不含較大塊石及樹根的各種土層，該種設備槽口外移土方量大，機械動力120～160kW。

3.4 施工方法

3.4.1 垂直鋪塑施工工藝

垂直鋪塑施工工藝流程見下圖。

垂直鋪塑施工流程圖

3.4.2 施工過程

a.開槽機就位前對鋪塑基面進行放線、清基、整平，放出鋪塑中心線，對設備進行精心組裝、檢查，確保施工的正常進行，對易損壞的零部件要求現(xiàn)場備足，以便于損壞后及時更換。

b.開槽機就位，前后打入地錨并備好牽引鋼絲繩，啟動開槽機和水泵，緩慢放下刀架，利用車載電動機帶動刀架做往復運動切割土體，加上刮片間噴頭噴水沖刷土體，形成溝槽，開槽過程中隨時檢測槽深是否達到設計要求的深度，并采用泥漿泵造漿進行泥漿護壁，防止槽壁坍塌。

c.開槽機開槽至設計深度后，把大桿提出，將焊接好和驗收合格的塑膜整齊地卷至滾桿上，將滾桿與大桿底部用螺母連接牢固，然后下入滾桿，放下大桿，并將滾桿拉成垂直狀態(tài)，下至開槽深度，邊開槽，邊鋪塑，鋪膜深度可由卷膜滾桿長度和預留塑膜段確定是否滿足設計深度，為防止塑膜滑落槽中以及塑膜和水平鋪塑連接，鋪設塑膜時，按設計要求在溝槽頂部預留1m左右的塑膜鋪設在地面上，然后用黏土或砂袋壓住。

d.當開槽深度達3.0m左右時，即可開啟反循環(huán)泵，將槽內(nèi)破碎的泥土顆粒抽出，泵送回已鋪塑段(在開槽階段需開挖一沉淀池，用于儲存泵送回泥漿顆粒的沉淀)。泥漿回淤位置與鋪膜位置應保持一定距離，以減少沉淀物對鋪塑的影響，同時又利于循環(huán)泥漿中顆粒在穩(wěn)定狀態(tài)下的沉淀淤積。

e.當一段溝槽鋪塑完畢并距離開槽機一定距離后，為防止槽壁塌方將塑膜滑入槽內(nèi)，應及時回填壤土或粉質(zhì)黏土。

3.5 垂直鋪塑質(zhì)量控制

垂直鋪塑的施工質(zhì)量控制主要是控制塑膜、開槽、鋪塑、槽孔回填等施工環(huán)節(jié)。

3.5.1 塑膜質(zhì)量控制

塑膜應選擇有生產(chǎn)許可證的正規(guī)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，其物理性能、水力學性質(zhì)、力學性能、耐久性能應符合設計文件或現(xiàn)行有關規(guī)范要求，外觀不允許有針眼、疵點和厚薄不均現(xiàn)象，施工前應按施工規(guī)范要求進行檢驗，經(jīng)檢驗質(zhì)量不合格或不符合設計要求的，不得投入使用。本工程所用的塑膜為聚乙烯土工膜，使用前對產(chǎn)品的出廠質(zhì)保書、產(chǎn)品合格證進行了檢查，并按連續(xù)生產(chǎn)同一牌號、同一配方、同一規(guī)格、同一工藝的產(chǎn)品，以重量不大于5t為一批進行了單位面積重量、厚度、抗?jié)B強度、滲透系數(shù)等的指標檢驗，質(zhì)量符合設計要求。

3.5.2 開槽質(zhì)量控制

a.槽孔軸線偏差不超過10cm，槽寬按設計溝槽開挖寬度控制，寬度一般為20～30cm。

b.實際開挖槽深應超出設計深度10cm左右，用測繩測量，也可以通過測量開槽機桿臂的傾角來計算槽深。

c.為防止槽壁塌方，開槽過程中泥漿固壁非常重要?？衫瞄_槽機開槽過程中所形成的泥漿固壁，當原地層土質(zhì)造漿性能指標不能滿足要求時，可采用一部分膨潤土造漿和原地層造漿兩者結(jié)合的辦法或在泥漿中摻入NaCO3(純堿)、氫氧化鈉(NaOH)，以提高泥漿性能指標。

膨潤土泥漿具有相對密度低、黏度低、含砂量少、失水量少、泥皮薄、穩(wěn)定性強、固壁能力高、造漿能力大等特點。膨潤土質(zhì)量的優(yōu)劣，可按照下列標準控制：將膨潤土分散在100ml清水中，靜置24h觀察沉淀情況，判斷優(yōu)劣，決定取舍(見下表)。泥漿的性能可通過測量泥漿相對密度、黏度、含砂率、膠體率、失水量等判斷。開槽過程中，應嚴格控制槽內(nèi)泥漿比重，一般為1.05～1.4g/cm3，比重過大，塑膜容易上浮。

膨潤土質(zhì)量優(yōu)劣表

3.5.3 塑膜鋪設質(zhì)量控制

a.塑膜鋪設前，施工單位應填寫塑膜驗收申請，進行塑膜驗收。檢查膜的焊縫寬度和焊接質(zhì)量，外觀有無破損麻點孔眼等缺陷，發(fā)現(xiàn)膜面有孔眼等缺陷或損傷應及時用新鮮母材修補，補疤每邊應超過破損部位10～20cm。

b.槽段開挖后，應檢查槽位，槽深、槽寬等指標，驗收合格后方可鋪膜。

c.塑膜的比重比水小，展鋪時容易引起浮膜，應隨時向槽中填土以壓膜，確保塑膜平展度。

d.采用鋪塑機進行鋪塑，接頭采用搭接方式，搭接寬度控制為1m。

3.5.4 槽孔回填質(zhì)量控制

回填可利用開槽時泥漿泵抽出的泥漿進行自然回淤，并與回填土料相結(jié)合，土料應選用干凈的粉質(zhì)壤土?；靥钜皶r，當塑膜鋪設后應及時回填1m左右土層，以固定塑膜下端，防止塑膜上浮，塑膜鋪設一定長度后再回填到鋪膜頂高程。

3.5.5 防滲效果

永鎮(zhèn)水庫工程經(jīng)過兩年多的蓄水運行，防滲效果良好，滿足了設計和規(guī)范要求。

4 結(jié)語

垂直鋪塑防滲工藝，具有設備和工藝簡單、施工方便、速度快、造價低、防滲材料適用土基變形能力強、防滲效果好的特點，對于平原水庫、江河、堤防等工程進行垂直截滲是一種行之有效的方法。

Application of Vertical Plastic Pavement Seepage Control Technique in Plain Reservoir Project

LI Yu-bo
(South-to-North Water Diversion East Route Shandong Trunk Co．，Ltd．，Jinan250013，China)

Yong Town Reservoir Engineering is one of the key projects in Yellow River Delta Comprehensive Agricultural Development Project in Shandong Province．The seepage control depth of vertical plastic pavement is up to 16m or more，which is the deepest project of plastic pavement in Shandong plain reservoir projects currently．Vertical plastic pavement seepage control mechanism，construction machinery，construction process，quality control，etc．，are introduced in the paper，thereby providing reference for designing and constructing other similar projects．

Yong Town Reservoir;vertical plastic pavement;construction;quality control

TV62

B

1005-4774(2013)09-0016-03