復(fù)合土工膜在萬秀橋水庫除險加固工程中的應(yīng)用

吳吉剛，馮建國

(鄰水縣水務(wù)局，四川 鄰水，638500)

?

工程整治

復(fù)合土工膜在萬秀橋水庫除險加固工程中的應(yīng)用

吳吉剛，馮建國

(鄰水縣水務(wù)局，四川 鄰水，638500)

本文論述了復(fù)合土工膜在萬秀橋水庫土石壩防滲處理中的應(yīng)用，采用復(fù)合土工膜斜墻防滲處理，防滲效果良好，具有推廣價值。

復(fù)合土工膜 大壩 除險加固 萬秀橋水庫

1 概況

萬秀橋水庫位于四川省廣安市鄰水縣石永鎮(zhèn)境內(nèi)，距縣城約60km，水庫總庫容2363萬m3，興利庫容1290萬m3，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼有防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等功能的中型水利工程。水庫于1977年4月動工修建，1987年6月完工。整個樞紐工程由大壩、溢洪道、放水和放空設(shè)施組成。

大壩為土石混合壩，壩頂長185m，壩頂寬度6.0m，壩高43.5m,壩頂高程為383.5m，正常蓄水位381.6m。溢洪道位于大壩左側(cè)200m埡口處，是進(jìn)口為低堰有閘控制的開敞式溢洪道，堰頂高程378.1m,堰寬5m,弧形閘門尺寸5m×3.5m(寬×高)，堰后接陡槽，末端挑流消能。放水設(shè)施由放水洞和放空洞組成，均采用圓形豎井塔式進(jìn)水口。放水洞進(jìn)口底板高程369.9m,放水流量3.5m3/s；放空洞進(jìn)口底板高程349.91m,放空流量6.0m3/s。

水庫運行20多年，樞紐工程出現(xiàn)了多處隱患，存在水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)不達(dá)標(biāo)，大壩變形，上、下游壩坡不穩(wěn)，壩體、壩基和壩肩滲漏嚴(yán)重，溢洪道、放水和放空設(shè)施不能正常運行等問題，嚴(yán)重影響水庫運行安全和工程效益的發(fā)揮。2002年12月，經(jīng)水利部大壩安全管理中心核定，萬秀橋水庫大壩為三類壩。

2 除險加固設(shè)計方案選擇

通過多方案經(jīng)濟、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，在原初設(shè)審批方案基礎(chǔ)上，為便于兩壩肩銜接，經(jīng)上級審批的大壩優(yōu)化方案為：壩軸線下移7.5m,壩頂寬6m,壩頂長198m,上游壩坡從高程369.5m至壩頂按1∶2.5削坡；在原粘土心墻銜接處378.00m高程以上，填筑強風(fēng)化泥巖石渣作為防滲體；并在上游壩坡369.50m～383.00m高程鋪設(shè)土工膜，土工膜下部與防滲帷幕連接。下游壩坡從壩頂至壩腳采用砂泥巖石渣料、砂巖石渣培厚，373.00m高程以上為草皮護(hù)坡，以下壩面用干砌毛條石護(hù)坡。對壩基、壩肩進(jìn)行帷幕灌漿處理。

3 復(fù)合土工膜防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 復(fù)合土工膜規(guī)格選擇

復(fù)合土工膜規(guī)格的選擇，與下墊層平整度、材料允許拉應(yīng)力、材料彈性模量、鋪設(shè)范圍內(nèi)的最大水頭及覆蓋層最大粒徑等有關(guān)，土工膜厚度設(shè)計除應(yīng)考慮主要由水壓力要求的強度外，尚應(yīng)考慮暴露、埋壓、氣候、使用壽命等應(yīng)用條件，并按國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定確定設(shè)計厚度及實際厚度。本工程經(jīng)綜合分析計算，在上游壩坡369.50m～383.00m高程，采用規(guī)格為600g/m2兩布一膜的復(fù)合土工膜防滲，幅寬為4m。

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)自上而下依次為防護(hù)層、上墊層、防滲層、下墊層、支持層。壩體369.50m高程以上回填料為強風(fēng)化泥巖石渣料，整平夯實后鋪設(shè)15cm厚下砂墊層，然后鋪設(shè)土工膜，再鋪設(shè)15cm厚上墊砂墊層和15cm厚砂礫石墊層，最后采用15cm厚C20混凝土護(hù)坡。馬道以上，上墊層采用5cm厚的砂漿，防護(hù)層采用6cm厚的混凝土預(yù)制板護(hù)面。在369.50cm高程設(shè)計有一灌漿平臺，帷幕灌漿完成后，在帷幕灌漿軸線上開挖一條底寬1.00m、深2.50m的齒槽，土工膜直接鋪設(shè)在齒槽底部，采用粘土回填夯實。

3.3 復(fù)合土工膜防滲系統(tǒng)穩(wěn)定復(fù)核

由于復(fù)合土工膜與土石介質(zhì)間以及土石介質(zhì)相互間的摩擦系數(shù)將影響防滲體的穩(wěn)定，必須復(fù)核復(fù)合土工膜與壩坡、復(fù)合土工膜與保護(hù)層的抗滑穩(wěn)定性。復(fù)合土工膜穩(wěn)定性驗算，根據(jù)以下公式計算其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。

K=f/tgα

式中：K—抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f—上墊層與土工膜之間的摩擦系數(shù)；α—壩坡坡角。

根據(jù)上墊層土料，查資料得f=0.45；壩體上游坡坡比為1∶2.5，即tgα=1/2.5。

通過計算得出，復(fù)合土工膜防滲系統(tǒng)是穩(wěn)定的，滿足要求。設(shè)計中在高程379.625m、376.250m、372.875m處分別設(shè)置了防滑槽，防滑槽間距9.0m，深度0.30m。

3.4 復(fù)合土工膜與放水洞兩岸壩肩巖體的連接

復(fù)合土工膜防滲斜墻與兩岸壩肩巖體的連接，要求按照規(guī)范要求連接嚴(yán)密、牢靠，留有伸縮余量，防止因建筑物沉陷而使復(fù)合土工膜破壞。放水洞為直立漿砌石墻，復(fù)合土工膜與漿砌石墻連接時，首先在漿砌石墻面上間隔20cm打孔，安裝膨脹螺栓，沿連接長度通長安裝一條厚5mm寬10cm橡皮，再將復(fù)合土工膜折疊3層打眼穿入螺栓，然后再用一層橡皮、鋼壓條通過膨脹螺栓將復(fù)合土工膜固定。為防止螺栓、壓條銹蝕，在螺栓和鋼板壓條上刷三層防銹漆。

4 復(fù)合土工膜防滲斜墻的施工

4.1 施工準(zhǔn)備

4.1.1 復(fù)合土工膜材料質(zhì)量檢測。本工程所用復(fù)合土工膜為兩布一膜復(fù)合土工膜，使用前委托四川省水利科學(xué)研究院質(zhì)量檢測中心對產(chǎn)品的各項技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測，各項指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和設(shè)計要求。

4.1.2 復(fù)合土工膜具有一定的抗頂破、抗刺破能力，但在水頭較大時，常被膜下尖礫、樹根頂破。萬秀橋水庫在防滲施工中，開挖清除原壩表層干砌石及礫石墊層至粘土層，并按設(shè)計尺寸削坡挖平和欠坡回填夯實，找平并灑水窮實，使夯填土干容重不小于1.65t/m3。人工開挖防滑槽，剔除其表面的石子、樹根等堅硬尖狀物，并噴灑除草劑等藥水，整理后的坡面應(yīng)平整、密實、光滑，以防復(fù)合土工膜被刺破。達(dá)到設(shè)計平整度要求后，經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格，作為復(fù)合土工膜鋪設(shè)工作面。

4.1.3 土工膜場內(nèi)拼接。為了施工方便，保證拼接質(zhì)量，復(fù)合土工膜應(yīng)盡量采用寬幅，減少壩坡現(xiàn)場拼接量。施工前應(yīng)根據(jù)復(fù)合土工膜幅寬、現(xiàn)場長度需要，在庫內(nèi)專用場地剪裁，并拼接成符合要求尺寸的塊體，卷在鋼管上，人工搬運到工作面鋪設(shè)。

4.2 下層保護(hù)層

坡面整理并經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格后，為了防止土工膜被壩面的尖銳物體損壞，在坡面均勻地鋪設(shè)15cm厚的砂墊層。

4.3 復(fù)合土工膜的鋪設(shè)

4.3.1 復(fù)合土工膜的鋪設(shè)方法。復(fù)合土工膜鋪設(shè)分齒槽鋪設(shè)、坡面鋪設(shè)兩個部分。鋪設(shè)方法：復(fù)合土工膜的鋪設(shè)要求在平地先將4m窄幅拼接焊成20m寬幅，然后在坡面自上而下，垂直于壩軸線方向通幅鋪設(shè)。坡面鋪設(shè)在坡面驗收合格和齒槽開挖驗收合格后，從堤頂向堤腳沿垂直于堤軸線方向，緩慢展鋪到坡腳齒槽底部。

4.3.2 復(fù)合土工膜鋪設(shè)的技術(shù)要求。鋪設(shè)應(yīng)在干燥暖和天氣進(jìn)行。為了便于拼接，防止應(yīng)力集中，鋪放時不宜過緊，采用波浪形松馳方式鋪設(shè)，應(yīng)留有足夠的余幅(富余度約為1.5%)；攤開后及時拉平、拉開，要求復(fù)合土工膜與坡面吻合平整，無突起褶皺；施工人員應(yīng)穿平底布鞋或軟膠鞋，嚴(yán)禁穿釘鞋，以免踩壞土工膜，施工時如發(fā)現(xiàn)土工膜損壞，應(yīng)及時修補。

4.4 復(fù)合土工膜的拼接

4.4.1 本工程采用兩布一膜復(fù)合土工膜，其連接分2個程序進(jìn)行，即下、上層無紡織布的縫接，中層PE膜的連接。無紡織布的縫接用手提縫紉機、尼龍線進(jìn)行雙道縫接，搭接寬度10cm；PE膜采用焊接工藝連接，焊接工具采用自動調(diào)溫(調(diào)速)電熱模式雙道塑料熱合機。拼接包括土工布的縫接、土工膜的焊接，為了確保焊接質(zhì)量，焊接應(yīng)盡量在廠內(nèi)進(jìn)行，但為了施工方便，復(fù)合土工膜幅寬又不應(yīng)太寬，必須在施工現(xiàn)場拼接。

4.4.2 復(fù)合土工膜的焊接質(zhì)量是其防滲性能成敗的關(guān)鍵，所以務(wù)必做好土工膜的焊接，確保焊接質(zhì)量。因此，土工膜焊接應(yīng)由生產(chǎn)廠家派專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場操作、指導(dǎo)、培訓(xùn)，采用土工膜專用焊接設(shè)備進(jìn)行。本工程土工膜焊接采用ZPR—210V型熱合土工膜焊接機，土工布采用手提式封包機縫接。

4.4.3 焊接工藝。第一幅土工膜鋪好后，將需焊接的邊翻疊(約60cm寬)，第二幅反向鋪在第一幅膜上，調(diào)整兩幅膜焊接邊緣走向，使之搭接10cm。

4.4.4 焊接全部在現(xiàn)場進(jìn)行，要求天氣晴好，風(fēng)力3級以下，嚴(yán)禁在雨天、高溫和嚴(yán)寒天氣下施工。焊接基底表面應(yīng)干燥，焊接前用電吹風(fēng)吹去膜面上的砂子、泥土等臟物，再用干凈毛巾擦凈，保證膜面干凈；在焊接部分的底下墊一條長木板，以便焊機在平整的基面上行走，保證焊接質(zhì)量。正式焊接前，應(yīng)先根據(jù)施工氣溫、PE膜厚度，利用相同材質(zhì)的PE膜進(jìn)行試焊，施焊溫度為220℃～300℃，掌握好焊接機溫度及行走速度，確定好施工工藝參數(shù)，再進(jìn)行正式施工，焊縫應(yīng)透明、平整、順直、連續(xù)。拼接焊縫兩條，每條寬10mm，兩條焊縫間留有10mm的空腔，用此空腔檢查其焊縫質(zhì)量。

4.5 復(fù)合土工膜的錨固

復(fù)合土工膜的錨固分上部與壩頂?shù)腻^固。369.50cm高程灌漿平臺與防滲鋪蓋，其復(fù)合土工膜上部錨固采用在壩頂路緣石基礎(chǔ)底部嵌固足夠長度復(fù)合土工膜，其結(jié)構(gòu)形式為口寬0.6cm×深0.6cm的矩形槽，在槽內(nèi)夯填土。復(fù)合土工膜369.50cm高程灌漿平臺與防滲鋪蓋的錨固，369.50cm高程灌漿平臺沿灌漿軸線方向挖口寬底寬1.0m、邊坡1∶0.5、深2.5m的一條梯形溝槽，鋪設(shè)時將復(fù)合土工膜緊貼在溝內(nèi)側(cè)，在溝槽內(nèi)回填粘土夯實。

4.6 上覆保護(hù)層

復(fù)合土工膜焊接完并經(jīng)質(zhì)量驗收合格后，及時在膜上面均勻鋪設(shè)15cm砂墊層和15cm砂礫石墊層，找平拍實后澆筑15cm厚C15混凝土防護(hù)層，防止在紫外線照射下膜的老化和其它因素引起的破壞。

5 復(fù)合土工膜施工質(zhì)量控制

復(fù)合土工膜的鋪設(shè)，是該工程施工的關(guān)鍵。施工質(zhì)量控制包括材料采購、進(jìn)場原材料質(zhì)量控制、施工操作過程控制、施工完質(zhì)量檢測。

5.1 材料采購

結(jié)合工程實際及所選復(fù)合土工膜的規(guī)格，確定復(fù)合土工膜的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、幾何尺寸，選擇生產(chǎn)規(guī)模較大、產(chǎn)品質(zhì)量符合要求的生產(chǎn)廠家進(jìn)行招標(biāo)采購。

5.2 原材料質(zhì)量控制

進(jìn)場的復(fù)合土工膜必須有廠家提供的合格證書、性能及特性指標(biāo)和使用說明書。復(fù)合土工膜進(jìn)場后，隨機抽取復(fù)合土工膜，對其性能指標(biāo)委托四川省水利科學(xué)研究院質(zhì)量檢測中心進(jìn)行復(fù)測，復(fù)測結(jié)果全部合格。

5.3 施工操作過程控制

復(fù)合土工膜鋪設(shè)前，編好施工組織設(shè)計，說明鋪設(shè)方法和技術(shù)措施，經(jīng)監(jiān)理批準(zhǔn)后方使用。施工人員應(yīng)穿平底布鞋或軟膠底鞋進(jìn)行鋪設(shè)，嚴(yán)禁穿釘鞋以防踩壞土工膜，做到隨鋪隨壓；復(fù)合土工膜鋪設(shè)要與保護(hù)層鋪設(shè)相協(xié)調(diào)。拼接中復(fù)合土工膜的焊縫質(zhì)量是拼接關(guān)鍵，要加強接縫檢測。檢測方法有目測法和現(xiàn)場檢漏。目測法：復(fù)合土工膜焊接好后，觀察有無漏接，接縫是否燙損，有無褶皺，是否拼接均勻等?，F(xiàn)場檢漏有兩種：①充氣法。焊縫為雙條，兩條之間留有約10mm的空腔，將待測段兩端封死，插入氣針，充氣至0.05MPa～0.20MPa，靜觀0.5min，觀察真空表，如氣壓無下降，表明不漏，焊縫合格，否則要查找原因及時修補；②充水法。焊縫為雙條，兩條之間留有約10mm的空腔，將待測段一端封死，另一端插入水針，充水至0.05MPa～0.20MPa，如無水從孔腔漏出，表明焊縫合格，否則要查找原因及時修補。充水法較充氣法有以下優(yōu)點：①直觀性好，便于及時發(fā)現(xiàn)問題；②設(shè)備簡便，操作簡單，在現(xiàn)場便于隨時隨地檢查和抽查。鑒于以上優(yōu)點，該工程采用充水法檢查焊縫質(zhì)量，自檢合格后提交監(jiān)理單位、

質(zhì)檢部門及甲方聯(lián)合抽樣檢查，實行逐段認(rèn)證簽證，對于虛焊、漏焊的接縫應(yīng)及時進(jìn)行補焊，并對補焊部位充水檢測，直至驗收合格，才可以進(jìn)行下道工序。

6 結(jié)語

萬秀橋水庫除險加固工程，在施工過程中嚴(yán)格按復(fù)合土工膜施工技術(shù)要求，嚴(yán)格現(xiàn)場焊接的質(zhì)量控制，且經(jīng)過室內(nèi)試驗結(jié)果表明，復(fù)合土工膜各項性能指標(biāo)均能滿足設(shè)計要求，質(zhì)量得到保證。該工程于2010年8月底完工后蓄水運行，經(jīng)過3年的運行，沒有出現(xiàn)護(hù)面下滑，C15混凝土護(hù)面平整、無裂縫；壩后無水溢出點，防滲效果較好。

■

TV441：TV697.32

B

2095-1809(2015)01-0023-04