復(fù)合土工膜在小水庫防滲中的應(yīng)用

邵 杰，王恒詩，單蘭濤，董 曉

（1.江蘇省連云港市水利規(guī)劃設(shè)計院有限公司，222006，連云港；2.江蘇省連云港市贛榆區(qū)水利局，222100，連云港）

一、工程概況

1.基本情況

某水庫位于江蘇省連云港市贛榆區(qū)塔山鎮(zhèn)，1984 年建成，為?。?）型水庫。水庫總庫容11.56萬m3，其中興利庫容4.26萬m3，最大壩高7.80 m，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)200年一遇。該水庫設(shè)計效益以防洪、灌溉為主，結(jié)合發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用。

2.存在問題

經(jīng)現(xiàn)場檢查，水庫整體壩段存在不同程度滲水現(xiàn)象，壩坡、壩腳長期陰潮，局部壩段滲水嚴(yán)重。選取典型斷面（最大壩高處0+100斷面）進(jìn)行壩體滲流、滲透穩(wěn)定計算，滲流、滲透穩(wěn)定采用河海大學(xué)工程力學(xué)研究所編制 《水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)(AutoBANK v5.6)》計算。

從計算成果可以看出，現(xiàn)狀大壩背水坡壩體、壩基均會產(chǎn)生滲透變性破壞，迎水坡壩體會產(chǎn)生滲透變形破壞，滲流、滲透穩(wěn)定不滿足要求，需進(jìn)行防滲處理。

水庫建造時受當(dāng)時技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件制約，施工效果較差，且經(jīng)過30多年運行后工程老化嚴(yán)重，整體壩段存在不同程度滲水現(xiàn)象。水庫滲漏不僅降低了蓄水能力，削弱了水庫效益，也存在嚴(yán)重的安全隱患。當(dāng)?shù)刂鞴懿块T組織有關(guān)專家對水庫進(jìn)行了安全鑒定，現(xiàn)狀大壩壩頂高程不能滿足防洪要求，大壩滲透穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，評定為三類壩，亟須進(jìn)行除險加固。

二、防滲處理方案設(shè)計

針對現(xiàn)狀水庫存在滲水且局部滲水嚴(yán)重問題，擬采用水庫所在地區(qū)常用的兩種防滲處理方案進(jìn)行比選。

1.方案一：復(fù)合土工膜防滲處理

將壩體填筑成標(biāo)準(zhǔn)斷面后，在迎水面鋪膜段鋪設(shè)5cm粗砂墊層，在砂墊層上鋪設(shè)防滲土工膜，防滲土工膜采用兩布一膜（200 g/m2/0.5 mm/200 g/m2），鋪膜頂高程應(yīng)高出校核洪水位，取66.30 m，鋪設(shè)完成后在迎水面設(shè)置C25素混凝土防滲護(hù)坡。護(hù)坡底格梗以下防滲土工膜向庫內(nèi)平鋪5.00 m后以1∶1.0邊坡嵌入本區(qū)相對不透水層強(qiáng)風(fēng)化片麻巖，深度不小于0.80m，膜底高程定為56.50m，水平鋪膜段土工膜表面回填壤土，厚度不小于0.50m。

復(fù)合土工膜防滲處理加固斷面見圖1。

圖1 復(fù)合土工膜防滲處理加固斷面圖

防滲土工膜鋪設(shè)工序及要點：①土工膜應(yīng)盡量用寬幅，減少拼接量；應(yīng)使在不利條件下能滿意拼接；在工廠應(yīng)盡量拼成要求尺寸的塊體，卷在鋼管上妥善運至工地。②平整場地，清除一切尖角雜物；做好排滲設(shè)施，挖好固定溝。③在庫底處平地上借拖拉機(jī)或人工滾放；在坡面上，將卷材裝在卷揚機(jī)上自坡頂徐徐展放至坡底。④鋪放時不應(yīng)過緊，應(yīng)留足夠余幅（約1.5%），以便拼接和適應(yīng)氣溫變化；鋪放時應(yīng)隨鋪隨壓，以防風(fēng)吹；接縫應(yīng)于最大拉應(yīng)力方向平行；坡面彎曲處特別注意剪裁尺寸，務(wù)使妥貼。⑤施工發(fā)現(xiàn)損傷應(yīng)立時修補(bǔ)；密切注意防火；施工人員應(yīng)穿無釘鞋或膠底鞋。⑥土工膜拼接應(yīng)進(jìn)行試拼接，所用膠料應(yīng)在蓄水后不溶解。⑦土工膜鋪好后應(yīng)盡快填土，土料不得損傷土工膜；汛期來臨前，鋪好預(yù)計擋水位以下的膜后，應(yīng)立即砌筑好護(hù)坡體，汛后再完成上部鋪設(shè)，注意兩期膜的妥善連接。

2.方案二：多頭小直徑攪拌樁防滲墻防滲處理

將壩體填筑成標(biāo)準(zhǔn)斷面后，采用多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻進(jìn)行防滲處理，防滲墻頂高程高出校核洪水位，取66.30 m，防滲墻底高程伸入本區(qū)相對不透水層強(qiáng)風(fēng)化片麻巖，深度不小于1.00 m，防滲墻底高程定為56.30 m，樁長10 m，單元攪拌頭直徑為400 mm，搭接處最小成墻厚度不小于260 mm，搭接96 mm，軸距304 mm。

多頭小直徑攪拌樁施工工序及要點：①按設(shè)計圖紙測量放線，確定連續(xù)墻的軸線；對將要施工的連續(xù)墻段開挖導(dǎo)流溝，導(dǎo)流溝寬約0.8 m、深1 m；在挖導(dǎo)流溝過程中，遇到地下障礙物須及時清除；確定機(jī)械行走作業(yè)路面的承載力，然后作出相應(yīng)處理。②設(shè)置鉆孔標(biāo)志，確定每一鉆的位置；用平面幾何方法確定每次移位樁機(jī)底盤的平面位置。③移動主機(jī)至設(shè)計鉆孔位置，并把樁機(jī)調(diào)正，水平對準(zhǔn)孔位。④攪拌站噴漿，鉆頭觸地，開動鉆機(jī)，鉆進(jìn)過程中要保證孔口有翻滾的水泥漿。⑤鉆頭到達(dá)樁底高程后做提鉆攪拌，也必須保證孔口有翻滾的水泥漿。⑥樁機(jī)橫移就位調(diào)平，然后重復(fù)上述過程。⑦防滲墻水泥宜為普通硅酸鹽42.5級，水泥摻入量15%（重量比），防滲墻無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.6 MPa（90 d齡期）。防滲墻滲透破壞時的水力梯度i不小于60。⑧施工時嚴(yán)格控制漿液水灰比、注漿壓力、注漿量、鉆頭提升速度，保證注漿連續(xù)性。

表1 防滲處理前后大壩滲流、滲透穩(wěn)定計算成果對比表

3.方案比較

復(fù)合土工膜防滲處理方案施工工藝簡單，施工質(zhì)量容易控制，每米壩長概算約1 000元（采用當(dāng)?shù)?018年材料指導(dǎo)價）；多頭小直徑攪拌樁防滲墻處理方案施工工藝相對復(fù)雜，防滲墻成墻效果相對難以控制，每米壩長概算約1 900元。通過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較，復(fù)合土工膜防滲處理方案優(yōu)點明顯，本次防滲加固方案采用復(fù)合土工膜防滲處理。

三、效果與效益分析

1.防滲處理效果分析

大壩采用復(fù)合土工膜防滲處理后，選取相同斷面相同計算工況再次對壩體進(jìn)行滲流、滲透穩(wěn)定分析，防滲處理前后計算結(jié)果對比見表1。

從計算結(jié)果可以看出，在水庫迎水坡鋪設(shè)復(fù)合土工膜進(jìn)行防滲處理后，浸潤線逸出高程低，壩體、壩基滲流量小，壩體、壩基滲透出逸比降小，且均小于土體滲透比降允許值，防滲效果大為改善。

2.防滲處理效益分析

對大壩進(jìn)行復(fù)合土工膜防滲處理后，提高了水庫防洪能力，保障了水庫下游人口及農(nóng)田安全；提高了水庫蓄水能力，確保水庫的灌溉面積達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，改善附近地區(qū)的供水水質(zhì)、水量，帶動沿線農(nóng)田水利工程的完善，提高區(qū)域抗御自然災(zāi)害的能力，有助于農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的改善；提高了水庫的養(yǎng)殖能力，大大改善了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民群眾的生活水平和用水條件，促進(jìn)了當(dāng)?shù)厣a(chǎn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

四、結(jié) 語

復(fù)合土工膜施工質(zhì)量是實現(xiàn)其防滲效果的關(guān)鍵。施工質(zhì)量控制包括材料質(zhì)量控制和施工過程控制。結(jié)合工程實踐及所選復(fù)合土工膜規(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。采購進(jìn)場的復(fù)合土工膜必須由廠家提供的合格證書、性能及特性指標(biāo)和使用說明書。進(jìn)場后的復(fù)合土工膜應(yīng)進(jìn)行隨機(jī)取樣，委托第三方檢測其性能指標(biāo)，確保其質(zhì)量合格。施工前制定方案報監(jiān)理、業(yè)主批準(zhǔn)，然后進(jìn)行技術(shù)交底。嚴(yán)格按照防滲土工膜鋪設(shè)工序及要點進(jìn)行施工，每道工序完成應(yīng)自檢合格后提交監(jiān)理單位，驗收合格后方可進(jìn)行下道工序。

連云港市小型水庫較多，水庫滲漏問題普遍存在，防滲處理是解決水庫滲漏、保障水庫功能及安全運行的重要措施。通過鋪設(shè)復(fù)合土工膜進(jìn)行防滲處理，不僅可以達(dá)到防滲效果，還能提高水庫的經(jīng)濟(jì)和社會效益。