柯柯亞二庫樞紐工程庫盤防滲技術

趙萬強

（吐魯番地區(qū)水利水電勘測設計研究院，新疆吐魯番838000）

?

柯柯亞二庫樞紐工程庫盤防滲技術

趙萬強

（吐魯番地區(qū)水利水電勘測設計研究院，新疆吐魯番838000）

摘要：柯柯亞二庫樞紐工程采用全庫盤防滲技術，本文介紹了防滲體厚度及滲漏量的計算。希望對其他大面積防滲體設計提供參考作用。

關鍵詞：庫盤；防滲

1　工程概況

柯柯亞二庫工程位于鄯善縣中部柯柯亞河流上，距上游柯柯亞水庫12.0km，距鄯善縣城30km，是柯柯亞河流上的二級水庫樞紐工程，是一座?。ㄒ唬┬蛿r河式水庫，壩軸線長3.21km，總庫容945.0萬m3。庫盤成簸箕形，形成的水面面積約70萬m2，水庫主要包括主、副壩、進水建筑物（防沖渠）、壩頂溢洪道、灌溉兼泄洪放水洞、工業(yè)供水涵管，壩型為混凝土面板砂礫石壩，最大壩高27.1m，全庫盤復合土工膜防滲?？驴聛喍煊?012年開始建設，計劃2014年完工蓄水。

柯柯亞二庫具有工業(yè)供水、城鎮(zhèn)供水、農業(yè)灌溉等綜合效益，是一項綜合利用水利工程。與上游柯柯亞水庫聯(lián)合承擔下游15.58萬畝的農業(yè)灌溉及每年2712.6萬m3的工業(yè)及城鎮(zhèn)供水任務。

2　庫區(qū)地形地質條件

柯柯亞二庫位于柯柯亞河中游的戈壁河谷，河谷成U形，寬600～1000m，庫區(qū)出露的巖性主要為第四系上更新統(tǒng)沖洪積砂卵礫石，據滲透試驗資料顯示，庫盤砂礫石層的滲透系數(shù)K為1.25× 10-2cm/s～3.56×10-2cm/s，屬中等～強透水層。根據地形、地質特點，柯柯亞二庫采用全庫盤非織造布復合土工膜防滲。

3　防滲體設計

全庫盤采用復合土工膜防滲，復合土工膜防滲體包括上保護層、復合土工膜和下支持層。

3.1 塑膜厚度

根據《土工合成材料工程應用手冊》采用前蘇聯(lián)全蘇水工科學研究院的經驗公式計算，并考慮其他因素確定塑膜厚度。

計算塑膜應力的經驗公式為

式中

t—塑膜的厚度，mm；

［σ］—薄膜的容許拉應力，kg/cm2；

ρ—塑膜承受的水壓力，t/m2；

d—與膜接觸的土砂卵石的最大粒徑（d＜22），mm；

E—在設計溫度下膜的彈性模量，kg/cm2；

經理論計算，水頭為27m時塑膜厚度為0.73mm。水頭為20m時塑膜厚度為0.54mm。（見表1），上述計算結果均為塑膜的理論厚度。

表1　塑膜厚度計算結果

3.2 非織造布復合土工膜的選擇

柯柯亞二庫最大壩高27.1m，正常蓄水位841.87m，最大水頭25.6m，庫盤防滲面積約70萬m2。庫盤沿河道縱向長度1023m，河道縱坡2%～3%，庫盤水深由0m增至25.6m。

依據工程實際情況，將庫區(qū)劃分為兩個區(qū)域：水深＜20m為淺水區(qū)，水深＞20m為深水區(qū)分別選用土工膜。依據上述計算結果并參照已建工程進行類比后確定淺水區(qū)選用（200g/0.6mm/200g）非織造布復合土工膜、深水區(qū)選用（200g/0.8mm/200g）非織造布復合土工膜。單層土工織物布厚采用200g/m2滌綸短纖維非織造布。具體技術參數(shù)見表2。

表2　復合土工膜基本項技術要求

注1：第6項如測定時試樣難以剝離或未到規(guī)定剝離強度基材或膜材斷裂，視為符合要求。

注2：實際斷裂強度低于標準強度時，標準強度對應伸長率不作符合性判定。

由于本樞紐工程承擔下游城鎮(zhèn)供水任務，所選用塑膜應符合GB9687-88《食品包裝用聚乙烯成型品衛(wèi)生標準》，非織造布復合土工膜應符合GB9691-88《食品包裝用聚乙烯樹脂衛(wèi)生標準》，其他輔助材料應符合相應的國家現(xiàn)行有關標準的規(guī)定，塑膜原材料采用全新聚乙烯樹脂料。

非織造布在我國應用較為廣泛的是丙綸、滌綸、聚酯纖維三種化纖合成材料織物，丙綸老化速度快且衛(wèi)生指標不能滿足上述要求，滌綸和聚酯纖維老化速度慢，老化速度相差近一倍。相比聚酯纖維造價較滌綸高。本工程所選非織造布為滌綸短纖非織造布。

3.3 防滲結構

庫盤防滲結構由上向下為：上保護層（40cm厚砂礫石蓋重）→防滲體（非織造布復合土工膜（兩布一膜））→下支持層（15cm厚級配砂礫料墊層）→庫盤砂礫料整平基礎。

（1）上保護層與下支持層選擇

上保護層采用40cm厚砂礫石主要起蓋重保護作用，由于庫底均為深厚砂礫石覆蓋層滲透系數(shù)K 為1.25×10-2cm/s～3.56×10-2cm/s，屬中等～強透水層，無需考慮膜下的頂托力。

下支持層：依據本章節(jié)3.1塑膜厚度計算中限制與膜下接觸卵石最大粒徑＜22mm。非織造布復合土工膜是柔性材料，全靠支持層的支持而存在，支持層應使復合土工膜受力均勻，免受局部集中應力的損壞。由于該工程區(qū)域砂礫石料儲量充足，因此下支持層采用15cm厚最大粒徑＜20mm級配砂礫料墊層。

（2）非織造布復合土工膜連接

本工程塑膜接頭采用雙焊縫熱熔焊接，通過現(xiàn)場打壓實驗檢驗施工質量，充氣壓力達到0.15～0.2MPa，保持1～5min，壓力無明顯下降即為合格。

（3）滲流計算

柯柯亞二庫樞紐工程大壩屬于4級建筑物，壩高較低，庫盤采用非織造布復合土工膜做防滲體，在防滲體沒有發(fā)生破壞時認為是無滲流的，即認為垂直膜面是不透水的。因此按不透水層計算滲流，可認為是不滲流的。即便發(fā)生滲流，也是由于防滲體的局部破壞而產生的集中滲漏，而筑壩材料采用滲透性較大的砂礫料，不會在壩體中形成規(guī)則的流網。在壩體與壩基的滲流量計算時，只計算非織造布復合土工膜全防滲時的正常滲流量和缺陷滲流量。根據《土工合成材料工程應用手冊》，計算方法如下。

非織造布復合土工膜的滲透引起的滲漏量計算公式為

式中：

Qg—土工膜的滲流量，m3/s；

Kg—土工膜的滲流系數(shù)，m/s；

i—水力梯度；

ΔH—土工膜上、下的水頭差，m；按正常水深2 /3計算；

A—土工膜的滲透面積，m2；

Ts—土工膜的厚度，m。

經計算可知，非織造布復合土工膜的正常滲流量為0.14m3/天（見表3），約占供水量的0.0002%，滿足小于0.5%滲漏要求。

表3　土工膜的滲流量計算

（4）缺陷滲漏量

施工缺陷包括：土工膜接縫焊接時局部粘結不結實，成為具有一定長度的窄縫：施工搬運過程的損壞；施工機械和工具的刺破：合理施工可減少第三項缺陷。一般人力施工較機械施工缺陷少。

根據國外六項工程滲漏量實測數(shù)據的統(tǒng)計分析得出，施工產生的缺陷約4000m2出現(xiàn)一個。尺寸的等效孔徑一般為1～3mm，施工過程中要嚴格控制施工質量。

土工膜的施工缺陷引起的缺陷滲漏量計算公式為

式中：

Q—土工膜缺陷引起的單層土工膜防滲層的缺陷滲漏量，m3/s；

A—土工膜缺陷孔的面積總和，m2；

g—重力加速度，m/s2；

Hw—土工膜上下水頭差，m；

μ—流量系數(shù)；取0.65。

假設土工膜鋪設700000m2內共有18處出現(xiàn)了施工缺陷。如果缺陷的等效孔徑為d =10mm，即半徑r=5mm的孔洞，則缺陷滲漏量計算結果見表4。

表4　質量缺陷引起的土工膜滲漏量計算

經計算可知，非織造布復合土工膜缺陷引起的滲漏量為1377m3/天。約占供水量的1.8%。不滿足小于0.5%～1%滲漏要求。經試算后得出施工中質量缺陷不得超出8處。

4　結論

復合土工膜作為一種新型復合防滲材料具有較好的耐腐蝕性能。適用領域廣，采用復合土工膜庫盤防滲的土石壩具有施工簡單、壩體填筑加快、適應不同地層、防滲效果好、投資較少等優(yōu)點，可應用在庫盤處于斷層破碎帶、深厚砂礫石覆蓋層的中小型水庫。

參考文獻

［1］編寫委員會.土工合成材料工程應用手冊（第二版）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社.

［2］袁新明.塑料薄膜防滲渠道斷面的優(yōu)化設計［J］.防滲技術，1992（01）.

［3］敖維馴.工程實用優(yōu)化技［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，1989（06）.

［4］顧淦臣.復合土工膜土石壩的設計和計算［J］.水利規(guī)劃與設計，2000（04）.

［5］岑威鈞，沈長松.復合土工膜防滲土壩壩坡的抗滑穩(wěn)定性研究［J］.水利規(guī)劃設計，2002（04）.

作者簡介：趙萬強（1987年—），男，助理工程師。

收稿日期：2015-01-06

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.03.036

中圖分類號：TV223.4

文獻標識碼：B

文章編號：1672-2469（2016）03-0102-03