復(fù)合土工膜在錦屏縣虎形水庫除險加固工程中的應(yīng)用

楊政勇

(貴州省水利水電基本建設(shè)工程處，貴陽550025)

1 工程概況

虎形水庫工程始建于1975年10月，開工修建期間受當(dāng)時自然、環(huán)境等因素的影響，直至1983年9月基本建成。大壩為均質(zhì)土壩，壩頂長91.5 m，壩頂寬度4.0 m，壩頂高程為634.10 m，正常蓄水位631.0 m，死水位610.00 m，大壩迎水面平均坡比為1∶2.29，最陡段為1∶1.7，背水面平均坡比為1∶1.55，坡度偏陡。

水庫建成后，由于存在的問題較多，水位一直限蓄在628.0 m 高程以下，很少滿蓄。當(dāng)水位達(dá)到627.00 m以上時，背水面在619.0 高程左右就發(fā)現(xiàn)“冒汗”現(xiàn)象，經(jīng)勘察和調(diào)查，壩體背水面有數(shù)處滲水點或滲水痕跡，在上、下游壩坡面上發(fā)現(xiàn)的小沉降或塌陷多達(dá)20 余處，且在下游面壩趾有一股上升泉出露，流量達(dá)11 L/s，流量穩(wěn)定，實測壩趾下游的總滲流量為27 L/s。

根據(jù)存在壩坡比偏陡，浸潤線出逸高達(dá)壩高1/2左右，壩身及壩基滲漏比較嚴(yán)重，說明大壩存在著較多的危險隱患，如長期高水位運行，下游壩坡將產(chǎn)生滑坡和管涌的可能。

經(jīng)過專家組現(xiàn)場檢查、安全鑒定，通過對該水庫大壩安全各方面的綜合評價，鑒定虎形水庫大壩屬三類壩，需對水庫進(jìn)行加固處理。

2 除險加固設(shè)計方案的選擇

通過多方案經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較，結(jié)合本工程的壩體材料與施工條件等實際情況和類似工程的處理經(jīng)驗，設(shè)計選定采用復(fù)合土工膜處理土壩滲漏的整治方案。

對壩體上游進(jìn)行土工復(fù)合膜防滲處理，沿上游壩基周邊布置C15 混凝土截水墻，并對基礎(chǔ)進(jìn)行帷幕灌漿處理;改造和加固原灌溉放水設(shè)施;對大壩邊坡進(jìn)行整形處理，對下游排水棱體進(jìn)行置換且增設(shè)部分干砌石排水處理。

加固后壩頂高程為634.10 m，壩頂寬4.0 m，前壩坡為1∶2.0 ～1∶2.73 ～1∶3.3，在前壩坡620.10 m高程處設(shè)1.6 m寬的馬道，后壩坡坡比1∶2.0 ～1∶2.0 ～1∶2.5，在前壩后坡610.80 m、614.80 m、623.50 m、高程處設(shè)1.6 m寬的馬道。

3 復(fù)合土工膜防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計

復(fù)合土工膜防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計包括3個方面的內(nèi)容:

3.1 復(fù)合土工膜規(guī)格選擇

按國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定及本工程綜合分析計算，壩坡防滲層采用規(guī)格為200g/0.4mm/200g 復(fù)合土工膜(兩布一膜)，幅寬均為6 m。

3.2 復(fù)合土工膜防滲體結(jié)構(gòu)層設(shè)計

復(fù)合土工膜防滲結(jié)構(gòu)自上而下依次為C15 混凝土六邊形預(yù)制塊(邊長25 cm、厚10 cm)防護(hù)層、20 cm厚粗砂保護(hù)層、土工復(fù)合膜(二布一膜)防滲層、10 cm厚細(xì)砂墊層、清除原壩面干砌塊石后的壩面支持層。

為防止壩面沿土工膜接觸面滑移，分別在上游壩坡627.73 m、620.10 m、616.25 m、高程處設(shè)置防滑鍵槽［1］。

3.3 復(fù)合土工膜防滲系統(tǒng)穩(wěn)定復(fù)核

復(fù)合土工膜防滲系統(tǒng)穩(wěn)定復(fù)核包括土工膜水力計算和土工膜穩(wěn)定計算兩個部分:

3.3.1 土工膜水力計算

正常滲透量按《聚乙烯(PE)土工膜防滲工程技術(shù)規(guī)范》SL/T231—98 式(2.4.1)計算公式為:

式中:Q 為正常滲透量，m3/s;K 為PE 土工膜滲透系數(shù)，為10－14m/s;A 為PE 土工膜滲透面積，本工程為4 610 m2;ΔH—PE 為土工膜上下水位差，本工程為32.08 m;δ 為PE 土工膜厚度，本工程為0.4 mm。

將各已知數(shù)代入上式計算得正常滲透量Q =3.70 ×10－6m3/s。

3.3.2 土工膜穩(wěn)定計算

PE 土工膜與膜上保護(hù)層之間的抗滑穩(wěn)定按《聚乙烯(PE)土工膜防滲工程技術(shù)規(guī)范》SL/T231—98式(2.4.2)計算公式為:

式中:K 為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù);f 為PE 土工膜與膜上保護(hù)層之間的摩擦系數(shù)，采用工程類比法，取f =tg29°，α 為壩坡坡角，°，本工程α =26.6°。

將各已知數(shù)代入上式計算得PE 土工膜與膜上保護(hù)層之間的抗滑安全系數(shù)K =1.11。PE 土工膜與膜上保護(hù)層之間的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不能滿足SL274—2001《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》有關(guān)正常運用條件下K =1.25 的要求。

為防止壩面沿土工膜接觸面滑移，分別在上游壩坡627.73 m、620.10 m、616.25 m高程處設(shè)置防滑鍵槽，滿足防滑穩(wěn)定要求。

4 復(fù)合土工膜防的施工

復(fù)合土工膜鋪設(shè)的工藝流程為:施工準(zhǔn)備→復(fù)合土工膜鋪設(shè)→復(fù)合土工膜拼接→保護(hù)層鋪設(shè)。

4.1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備包括以下3 點:

4.1.1 復(fù)合土工膜質(zhì)量檢測

在工程正式開始施工之前先對于復(fù)合土工膜的質(zhì)量進(jìn)行檢測，只有在確定了其質(zhì)量完全符合各項檢測標(biāo)準(zhǔn)以后才能夠使用材料參與施工。具體的檢測可以委托當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)材料質(zhì)量檢測部門進(jìn)行檢測，以確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

4.1.2 復(fù)合土工膜制作

復(fù)合土工膜在制作時就考慮到了施工場地的復(fù)雜，因而其具有一定的韌性，不會輕易被刺破，但是在水庫的使用中有時候會因為水較多，水頭較大使得其被一些尖銳的物體刺破。

在進(jìn)行水庫的上游施工時應(yīng)當(dāng)先將原有護(hù)坡塊石拆除，清除壩面雜物、草皮，然后按設(shè)計要求采用人工自上而下的工序開挖原壩坡土方，再按設(shè)計壩坡比回填、碾壓黏土。黏性土支持層表面平整光滑達(dá)到設(shè)計平整度要求后，經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格，可進(jìn)行下一道工序施工。土質(zhì)基底的干密度≥1.4 t/m3。均勻誤差≤10%?；钻?、陽角修圓半徑應(yīng)≥50 cm［2］。

4.1.3 土工膜的拼接

在施工過程中一切應(yīng)當(dāng)以施工的質(zhì)量為保證，因而在施工時應(yīng)該盡量減少其拼接量，在設(shè)計時就應(yīng)當(dāng)盡量計算好所需的土工復(fù)合膜的大小，盡量減少不必要的拼接。在施工時應(yīng)當(dāng)將已經(jīng)計算好的土工膜裁剪好以后卷于鋼管表面，然后人工進(jìn)行鋪設(shè)。

4.2 復(fù)合土工膜的鋪設(shè)

主要包括2個方面的內(nèi)容:

4.2.1 復(fù)合土工膜的鋪設(shè)方法

復(fù)合土工膜的鋪設(shè)方法為采用上游坡面自上而下，垂直與壩軸線方向鋪設(shè)。

由于薄膜表面光滑于砂土間的摩擦系數(shù)小于土石料的內(nèi)摩擦系數(shù)，對壩坡穩(wěn)定不利。為防止土工膜與壩體接觸面的滑動，上游壩面增設(shè)防滑齒槽，將土工膜放入槽溝內(nèi)，其上用混凝土預(yù)制塊作齒壓膜，以防止膜面滑動，如圖1 所示。

復(fù)合土工膜與周邊連接采用混凝土槽固結(jié)，即將復(fù)合土工膜嵌固在混凝土齒槽內(nèi)，如圖2 所示。

4.2.2 復(fù)合土工膜的鋪設(shè)技術(shù)要求

在進(jìn)行土工膜的鋪設(shè)時應(yīng)當(dāng)保證其平鋪，在鋪設(shè)時以波浪式的方法進(jìn)行鋪設(shè)，應(yīng)當(dāng)留有一定的富余，一般的富余度大概在1.5%左右。在完全攤開以后就應(yīng)當(dāng)及時的對其近拉開鋪平，避免其發(fā)生重疊，更不能存在褶皺與突起。對于相關(guān)的鋪設(shè)人員應(yīng)當(dāng)按規(guī)定進(jìn)行著裝，對于鞋應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一穿平底鞋，不允許穿釘鞋，以免破壞土工膜。對于施工過程中發(fā)現(xiàn)的土工膜存在破損的部位應(yīng)當(dāng)及時進(jìn)行修補［3］。

圖1 壩面防滑槽圖

圖2 上游周邊左右截水墻大樣圖

4.3 復(fù)合土工膜的拼接

為了加快焊接施工進(jìn)度和提高焊接質(zhì)量，采用先在平地上拼接焊好后再運到壩面上鋪設(shè)、焊接，每條焊縫正式施焊前，先用長100 cm，寬20 cm的復(fù)合土工膜料進(jìn)行試焊，目測縫合格后方可正式施焊，并把目測合格的試焊樣品進(jìn)行拉伸強度檢測。本工程采用熱熔焊法，搭接縫采用專用焊縫機焊接合格，焊縫搭接寬約10 cm。

土工膜焊接的質(zhì)量好壞是整個工程中最為重要的一個環(huán)節(jié)，因而對于其焊接工作一定要重視，應(yīng)當(dāng)由專業(yè)人員運用專門的焊接設(shè)備進(jìn)行作業(yè)，確保其焊接的質(zhì)量。

5 土工膜施工應(yīng)注意以下事項

具體注意以下4 項:

1)焊接時基底表面應(yīng)干燥，含水率宜在15%以下。膜面應(yīng)用于紗布擦干擦凈。

2)不得將火種帶入施工現(xiàn)場。

3)不得穿釘鞋、高跟鞋及硬底鞋在PE 膜上踩踏。

4)車輛等機械不得碾壓土工膜面及其保護(hù)層。

6 防滲效果分析

虎形水庫的整個除險加固設(shè)計方案中復(fù)合土工膜起著極為重要的作用，在施工過程中一定要嚴(yán)格的按照相關(guān)的施工工序進(jìn)行施工，以確保施工的質(zhì)量。

對于其中的一些呢關(guān)鍵性工序如復(fù)合土工膜的焊接等工序必須要由專業(yè)的人員進(jìn)行操作，確保整個工程都能夠順利的進(jìn)行。

本工程具體完工時間為2009年9月20日，完工一年班以后檢測發(fā)現(xiàn)水庫的運行狀況良好，并沒有發(fā)生任何的障礙，并且水庫的防滲性能也得到了一定的提升?？梢钥闯鰪?fù)合土工膜在中小型水庫的除險加固中具有著很大的優(yōu)勢，應(yīng)當(dāng)加以推廣使用。

［1］徐建榮. 土工膜用于壩面的防滲加固［J］. 大壩與安全，1994(02):69.

［2］沈效昌. 土工薄膜在石砭峪水庫大壩防滲堵漏工程中的應(yīng)用［J］. 防滲技術(shù)，1996(01):96 －97.

［3］田安建. 復(fù)合土工薄膜防滲材料在土壩施工中的應(yīng)用［J］. 廣東水電科技，1995(04):106.