復合土工膜在哈日朝魯水庫除險加固中的應(yīng)用

宋迪 徐國銳

摘 要：文章論述了復合土工膜在哈日朝魯水庫土壩防滲處理中的應(yīng)用，采用復合土工膜斜墻防滲處理，防滲效果良好，具有推廣價值。通過文章的介紹與分析，結(jié)合具體案例，促使復合土工膜在中小型病險水庫除險加固上得到更好的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：復合土工膜；水庫；防滲

復合土工膜是水庫大壩工程中一種新型防滲建筑材料，其具有質(zhì)量輕、性價比較高、施工便捷、抗老化性強、耐久性好等優(yōu)點，近二十年來在我國水利工程中得到廣泛應(yīng)用，并取得較好的防滲加固效果和社會經(jīng)濟效益。

1 工程概況

哈日朝魯水庫在內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市阿魯科爾沁旗扎嘎斯臺鎮(zhèn)境內(nèi)，壩址位于烏力吉木倫河左側(cè)的一級支流黑木倫河下游，距旗政府天山鎮(zhèn)約70km。

哈日朝魯水庫是一座以灌溉為主，兼顧生態(tài)、養(yǎng)殖、旅游等綜合利用的中型水庫。該水庫工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級。蓄水工程正常運用洪水重現(xiàn)期20年；非常運用洪水重現(xiàn)期100年，地震設(shè)防烈度為Ⅵ度[1]。

2 除險加固設(shè)計方案的選擇

由于當?shù)氐臍夂驐l件及牲畜的踩踏，壩體風蝕、浪淘嚴重，受當時建設(shè)環(huán)境及客觀條件限制，壩前庫底沒有鋪蓋防滲，施工中未對水庫壩基進行防滲處理，壩體夯填不密實，壩后也未做排水體，防滲效果較差，本次除險加固設(shè)計為清除剩余壩體，在原址重建水庫大壩、新修迎水面壩坡、背水面壩坡以及排水體。即本次除險加固設(shè)計水庫大壩為細砂均質(zhì)壩，采用設(shè)計壩頂高程？犖305.60m，并保持原壩軸線不變，壩頂軸線長為1650m，最大壩高8.6m，壩頂寬為6.0m，迎水面邊坡為1：3.0，采用15cm厚現(xiàn)澆砼的護坡形式，下鋪設(shè)15cm厚砂礫墊層，下再鋪設(shè)500g/m2復合土工膜（兩布一膜）；下游邊坡為1：3，采用30cm碎石護坡形式；上游壩腳采用70cm×100cm的漿砌石護腳。

大壩筑壩土料巖性為細砂，天然含水量12.3%，比重2.65，干密度1.63g/cm3，滲透系數(shù)5.3×10-3cm/s，壩體呈中密-密實狀態(tài)，屬中等透水，壩體存在滲漏。除險加固防滲設(shè)計方案如下。

第一方案：壩坡上游采用斜墻土工膜（500g/m2兩布一膜）[2]，下游設(shè)貼坡排水。

第二方案：壩坡上游采用斜墻土工膜（500g/m2兩布一膜），壩基布置成垂直鋪設(shè)復合土工膜（700g/m2兩布一膜）[2]，擬設(shè)計垂直防滲插入透水層深度為8m，下游設(shè)貼坡排水。

第三方案：壩坡上游采用斜墻土工膜（500g/m2兩布一膜），壩基采用0.6m厚的水泥攪拌樁，擬設(shè)計垂直防滲插入透水層深度為8m，下游設(shè)貼坡排水。

技術(shù)上比較，目前土工膜廣泛用于防滲工程，不但用于壩體防滲，而且壩基用此做防滲效果也比較好，從理論到實踐都是可行的。

經(jīng)濟上，土工膜工程造價相對較低，第三方案比第二方案在經(jīng)濟上可節(jié)約投資120萬元，所以本次設(shè)計不采取第三方案。

第一方案沒有垂直防滲，滲透穩(wěn)定計算出最大出逸比降0.375>0.35（允許水力比降），滲透出口段不穩(wěn)定。所以本次設(shè)計不采取第一方案。

根據(jù)滲流穩(wěn)定計算結(jié)果，本次防滲設(shè)計選擇第二方案。即壩坡上游采用斜墻土工膜（500g/m2兩布一膜），壩基布置成垂直鋪設(shè)復合土工膜（700g/m2兩布一膜），擬設(shè)計垂直防滲插入透水層深度為8m，下游設(shè)貼坡排水。

3 復合土工膜的選擇

本次設(shè)計復合土工膜的選擇，按《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50290-98的規(guī)定，本工程主壩壩體防滲，上游壩坡選用鋪設(shè)500g/m2二布一膜的復合土工膜（膜厚0.35mm），為保護土工膜設(shè)河沙墊層15cm，然后再進行壩坡現(xiàn)澆砼護坡。壩基采用700g/m2二布一膜的復合土工膜防滲，膜厚0.5mm。在主壩迎水面坡腳處，用開槽機開槽、重泥漿護壁，防滲長度1652m，壩基防滲最大處理深度為8m。

3.1 滲透變形判別

根據(jù)地勘報告，壩體細砂的不均勻系數(shù)小于5，土的滲透變形類型為流土型，土的臨界水力比降采用公式Jcr=（Gs-1）（1-n），經(jīng)計算細砂的臨界水力比降為1.01，安全系數(shù)取2.0，則細砂層允許水力比降值為0.51，根據(jù)當?shù)毓こ探?jīng)驗，建議壩體細砂允許水力比降值為0.2，壩坡逸出點允許比降為0.35。中砂的不均勻系數(shù)小于5，土的滲透變形類型為流土型，土的臨界水力比降采用公式Jcr=（Gs-1）（1-n），經(jīng)計算中砂的臨界水力比降為1.02，安全系數(shù)取2.0，則中砂層允許水力比降值為0.51，根據(jù)當?shù)毓こ探?jīng)驗，建議壩基中砂允許水力比降值為0.13，逸出點允許比降為0.32。

本次壩體做防滲后計算得平均滲透比降為0.1，小于允許水力比降，說明壩體及壩基內(nèi)部滲透穩(wěn)定。壩坡最大出逸比降為0.262<0.35，壩基水平段最大出逸比降為0.197<0.32，說明壩體及壩基出口段滲透穩(wěn)定。

3.2 抗滑穩(wěn)定計算

本次設(shè)計壩體邊坡穩(wěn)定計算采用河海大學力學研究所開發(fā)的AUTOBANK V6.1進行計算，計算原理采用有限元理論，模型為有部分截水墻的斜墻土壩有貼坡排水情況的計算。采用碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范，分別考慮了穩(wěn)定滲流期，施工期，水位降落期三種情況。采用瑞典圓弧法，計算方法采用簡化畢肖普法，自動搜索最危險滑裂面，求得最小安全系數(shù)。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL274-2001），水庫大壩屬3級，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)正常運用條件k允=1.3，非常運用條件Ⅰk允=1.20，由成果知主壩上、下游各個工況的穩(wěn)定安全系數(shù)均在允許范圍內(nèi)，壩體邊坡穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

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和類似工程的處理經(jīng)驗，設(shè)計選定采用復合土工膜處理土壩滲漏的除險加固方案。這對于中小型病險水庫的除險加固，具有較大的經(jīng)濟效益和很好的推廣使用價值。

參考文獻

[1]赤峰市水利規(guī)劃設(shè)計研究院.赤峰市阿魯科爾沁旗哈日朝魯水庫除險加固工程初步設(shè)計報告[R].2012.

[2]GB50290-98.土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

作者簡介：宋迪（1982-），女，赤峰市新城區(qū)，研究生，工程師，主要從事水利水電工程水工建筑物設(shè)計工作。