土工合成材料在石佛寺水庫中的應(yīng)用

王修娟

(遼寧省石佛寺水庫管理局，沈陽110166)

1 工程概況

石佛寺水庫樞紐一期工程包括:主壩、副壩、泄洪閘、水庫范圍內(nèi)遼河支流的改造等工程。設(shè)計(jì)總庫容為1.85 億m3，滯洪庫容為1.60 億m3，控制流域面積16.48 萬km2，按100 a 一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，300 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)校核，設(shè)計(jì)防震烈度Ⅶ度。本工程屬圍壩型平原水庫，主副壩總長42.6 km，泄洪閘16 孔總寬248.5 m。閘址處地基主要為砂土、礫砂、基巖。砂土與礫砂屬強(qiáng)透水層，滲透系數(shù)為10－2～10－4cm/s。

2 土工合成材料的作用及力學(xué)性能

土工合成材料可分為土工織物、土工膜、土工復(fù)合材料和土工特種材料，按其作用，可歸納為具有反濾、排水、隔離、加筋、防滲和防護(hù)6 類。石佛寺水庫根據(jù)工程的需要，選用了多種形式的土工合成材料，材料特性如表1 所示:

表1 石佛寺水庫土工合成材料力學(xué)性能匯總表

3 土工合成材料在圍堰中的應(yīng)用

3.1 圍堰結(jié)構(gòu)

石佛寺一期導(dǎo)流圍堰位于主壩右岸，圍堰的結(jié)構(gòu)形式如下:上游圍堰堰頂寬3 m，下游圍堰堰頂寬度為5.5 m，圍堰平均高度為8 m，縱、橫圍堰總長1 200 m，上、下游坡度分別為1∶3.0和1∶2.5。圍堰采用砂土料修筑，圍堰基礎(chǔ)采用垂直鋪塑方式進(jìn)行防滲處理，防滲材料采用土工膜，圍堰上游坡面采用復(fù)合土工膜防滲，塊石、碎石護(hù)坡，下游坡面采用厚25 cm的編織袋裝土護(hù)坡，圍堰基礎(chǔ)防滲深度5～10 m。

3.2 意義

基礎(chǔ)防滲體結(jié)構(gòu)主要有水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、高壓帷幕灌注樁等型式，而鋪直鋪塑的造價(jià)要比它們都低［1］。石佛寺水庫采用垂直鋪塑與上游坡面土工膜結(jié)構(gòu)組成聯(lián)合防滲體，防滲效果顯著，既節(jié)約了投資，又滿足了圍堰防滲要求。

4 在堆石排水棱體中的應(yīng)用

4.1 堆石排水棱體結(jié)構(gòu)

石佛寺水庫主壩段BA0 +419 ～BA3 +706 段，長3.282 km，平均壩高12.1 m，壩頂寬6 m，上下游邊坡均為1∶3.0。BA0 +533 ～BA2 +000 段壩體下游設(shè)置貼坡式堆石排水棱體，BA2 +000 ～BA3 +706 段壩體下游設(shè)置堆石排水棱體。其結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 排水棱體結(jié)構(gòu)圖

4.2 意義

石佛寺蓄水試驗(yàn)應(yīng)急防護(hù)工程和生態(tài)建設(shè)荷花種植工程實(shí)施后，為了滿足庫區(qū)蘆葦、蒲草和荷花等水生植物生長的需要，水庫正常蓄水位高程為46.20 m，通過近4 a對(duì)壩下游外形的監(jiān)測(cè)，壩體沉降很微小，無明顯位移。在長期的滲透壓力下，土工布既防止了土顆粒過量流失而對(duì)壩體造成破壞，又保證了滲透水流及時(shí)排出壩體，保證了大壩安全運(yùn)行。

5 在加筋擋土墻中的應(yīng)用

5.1 土工格柵布置

石佛寺水庫泄洪閘引渠、尾渠護(hù)岸工程44.9 m高程以下采用模袋混凝土護(hù)坡，右岸上游44.9 ～53.2 m及下游44.9 ～49.0 m采用舒布洛克干壘塊加筋擋土墻護(hù)坡，加筋材料采用經(jīng)編(高強(qiáng)滌綸絲)土工格柵，墻面前端采用400 g/m2土工布、碎石反濾。

5.2 意義

石佛寺水庫土方填筑平均單價(jià)為每立29.85元，開挖料回填的價(jià)格，加上土工格柵的價(jià)格，折合到開挖料中，每立開挖料回填價(jià)為14.26 元，泄洪閘墻后開挖料回填量共4.4 萬m3，利用土工格柵加筋后節(jié)約投資69 萬元。

可見，利用土工合成材料對(duì)粉細(xì)砂進(jìn)行加筋，即解決了黏土筑壩帶來的占用耕地多，土方運(yùn)距單價(jià)高等問題，又解決了棄料處理的難題。對(duì)節(jié)約工程造價(jià)有著重要的意義。

6 在工程護(hù)坡中應(yīng)用

6.1 工程布置

在石佛寺水庫主壩左岸采用土工模袋護(hù)坡，其護(hù)坡范圍為BA0 +474 ～BB0 +050，共3.282 km，護(hù)坡高程為44.5 ～50.25 m。在泄洪閘上游左、右岸土工模袋防護(hù)范圍為鋪蓋以上150 m和450 m，防護(hù)高程為41.0 ～45.0 m，防護(hù)坡度為1∶3，為了防止水流淘刷，引渠左右岸渠底各設(shè)4.5 m寬沉排模袋護(hù)底。在泄洪閘下游左、右岸防護(hù)范圍為防沖槽以下200 m和300 m，另外，在尾渠左右岸分別設(shè)置143 m 和243 m長的沉排模袋護(hù)底。

6.2 意義

在石佛寺水庫應(yīng)用土工模袋對(duì)坡面和渠底進(jìn)行防護(hù)，具有施工簡便，施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，它取代了傳統(tǒng)的混凝土水下施工先修圍堰再抽水，形成干地后再施工的方法，同時(shí)提高了堤壩抗沖刷能力和抗?jié)B能力，達(dá)到了固土護(hù)坡的良好效果。

7 功能分析

通過對(duì)上述土工合成材料幾種主要作用的分析與運(yùn)用，得出石佛寺水庫所用土工合成材料的總量為35.6 萬m2。其主要作用、使用部位及工程量如表2 所示。

表2 石佛寺水庫土工合成材料功能與用量統(tǒng)計(jì)表

可見，在石佛寺水庫工程建設(shè)中充分利用了土工合成材料的各種特性。實(shí)際上，土工合成材料在作用的機(jī)理上，可能是幾種功能同時(shí)存在的，只不過是在不同的條件下以一種為主要作用，另一種作用稍差些。

［1］陳毅光．土工合成材料在水庫大壩反濾體中的應(yīng)用［J］．廣東水利水電，2007(03):66 －67．