關(guān)于土工膜全庫盤防滲技術(shù)在水庫施工中的實踐應(yīng)用的研究

張玲燕

（臨澤縣沙河水利管理所，甘肅 張掖 734200）

現(xiàn)階段，土工膜作為新世紀的研發(fā)產(chǎn)物，屬于以高分子聚合物的防水材料，可以將其分成高密度聚乙烯（HDPE）、低密聚乙烯（LDPE）、EVA 土工膜、幾種類型，具有顯著的耐化學腐蝕性能以及耐熱耐寒優(yōu)勢，將其應(yīng)用在水庫工程中，借助其良好的延伸性和適應(yīng)變形效能，可以有效提高工程防水防滲效果，解決滲漏問題。

1 工程概況

某市一水庫最大蓄水面積為63.2×104m3，總庫容為89.7×104m3，最高蓄水位25.13m，最大壩高22 m，屬于灌注型水庫，主要被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉，關(guān)系到周邊居民每年的經(jīng)濟收入。其中此水庫占地面積約為1364 畝，主要通過鋼筋混凝土達到防水的效果，防水橋處于整個水庫的西南角，主體壩呈現(xiàn)U 型，周邊土壤多以含礫中砂層為主，，庫區(qū)下部有半膠結(jié)砂卵石層，為提高其防滲效果，決定采用土工膜全庫盤防滲技術(shù)（如圖1）。

圖1 壩體土工膜上下層示意圖（1-5 分別為砂礫石、含砂礫層、中細砂、土工膜、含砂礫層）

2 土工膜全庫盤防滲技術(shù)在水庫施工中的主要運用要點

2.1 土工膜材質(zhì)與類型選擇

在應(yīng)用土工膜全庫盤防滲技術(shù)時，要對土工膜的材質(zhì)和類型進行確定，從根本上保證整個工程的防滲效果。當前，市場中現(xiàn)存土工膜的材質(zhì)主要分為兩個類型，其一為聚乙烯，其二為聚氯乙烯，其中第一種具有較高的抗拉強度，隔水效果和粘連作用方面更顯著，壽命使用更長，所以結(jié)合本工程的實際情況，決定選用聚乙烯材料的土工膜（如圖1）。同時，在選擇土工膜形式過程中，可以選擇復合膜或單一膜，需要結(jié)合施工基本情況，科學合理的進行選擇。其中，單一膜在鋪設(shè)時因其摩擦系數(shù)較小，為避免其出現(xiàn)下滑情況，需在膜上添加紋路來增加摩擦系數(shù)，該種方式不僅浪費人力、物力，還影響施工效率，具有一定的局限性，而復合膜具有強度高、抗老化性能強、質(zhì)量可靠的特點，所以本工程中土工膜材料決定選用復合土工膜。

2.2 水庫防滲設(shè)計

2.2.1 水平截滲平面設(shè)計

在對水庫水平截滲平面進行設(shè)計時，結(jié)合工程實際情況，決定采用兩布一膜水平防滲形式開展鋪設(shè)工作。具體鋪設(shè)時，采用開挖→整平→壓實的方式鋪設(shè)壩底，在全部鋪設(shè)結(jié)束后，順著壩坡將其與壩腳與壩體防滲連接處銜接，使壩底與壩體二者之間形成完整的防滲體系。

2.2.2 庫底防滲設(shè)計

在對壩底進行設(shè)計時，主要包括以下幾方面（如圖2）：

圖2 水庫防滲剖面圖示

其一，支持層。當處于設(shè)計前期準備階段時，應(yīng)提前利用先進設(shè)備和技術(shù)，仔細調(diào)查施工現(xiàn)場實際情況，并對水庫底部展開壓實操作，使其厚度超過50cm，壓實度超過0.90，當確保其滿足設(shè)計高程后，將其作為整個鋪設(shè)層的支持層。值得注意的是，為對支持層鋪設(shè)時，為避免防滲層出現(xiàn)被刺破的情況，要對庫底的樹根、石塊以及其它尖銳物質(zhì)進行清理，保證其表面平整干凈。其二，排水排氣層。在本工程中，為提高工程效率，排水排氣層主要由兩布一膜下層土工布代替，并根據(jù)水庫壩角具體位置，要求施工人員可以根據(jù)以往作業(yè)經(jīng)驗，鋪設(shè)一條完整的透水管道，并保證東西方向間隔60 厘米，西北方向間隔20 厘米，使其符合相關(guān)規(guī)定。當壩角位置的水管與排氣管距離60 厘米左右時，將管貫穿在壩頂排氣井內(nèi)，為保證滲漏的水可以直接排到截滲溝中，需在入庫泵站和出庫涵閘壩基兩個位置分別設(shè)置一條鋼管。其三，防滲層。在水壓力長時間作用下，土工模在擠壓情況下，易出現(xiàn)頂破或穿刺的情況，所以對于土工膜的厚度需嚴格控制，計算公式如下：

以上公式中，各個字母代表的含義為： P：膜上存在的水壓力；b：膜下具體存在的裂縫寬度；FS：安全系數(shù)，正常情況下取值范圍在4-5 之間；Tf：最大抗拉強度；根據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，膜下墊層越細，其級配越高，膜的厚度與承受水頭二者的關(guān)系呈正比（如表1）。結(jié)合本工程的實際情況，考慮到薄膜的實際張應(yīng)力和受力情況，并參考其他因素，最終選定土工膜的采質(zhì)為PE 膜，并將其厚度控制在0.5 毫米左右，采用兩布一膜的方法，遵循分層方式，上下均勻鋪設(shè)無紡土工布，中間鋪設(shè)PE 膜的方式開展，以保證整個工程的防水效果，避免外在因素對土工膜的損壞。其四，保護層。保護層主要采用素土，在土工膜上鋪設(shè)無尖銳物質(zhì)厚度在50cm 左右的素土，達到防沖和壓實的目的。另外，在蓄水位和死水位之間的庫底，在水位下降時，一旦滲漏的水量不能在規(guī)定時間下沉干凈，將存在嚴重的反滲透壓力，所以在對水庫設(shè)計階段，要將該因素考慮到位。

表1 土工膜相關(guān)技術(shù)參數(shù)

2.2.3 水庫壩體防滲設(shè)計

在對壩體進行設(shè)計時，在墊層時主要以10cm 厚的中粗砂為主，在其上鋪設(shè)無紡土工布+PE 膜+無紡土工布的復合土工膜，最后將混凝土預制塊和碎石作為墊層，做好壓實工作。值得注意的是，若想從根本上提高混凝土預制塊的可靠性，應(yīng)通過控制抗凍等級達到這一目的，也要重視護坡牢固性，應(yīng)在實際作業(yè)過程中，在特定位置澆筑防滑齒槽（如圖3所示）。

圖3 排水層典型平面布置圖

2.3 土工膜施工

2.3.1 基面的處理

當處于土工膜鋪設(shè)工作準備階段時，需要委派工作人員，及時將周邊各種雜物清除干凈，并仔細對坡度展開平整處理，有洞穴、裂縫的位置要填平，確保整個基底干凈平整，以避免后續(xù)雜物穿透土工膜造成不可逆損害，影響施工質(zhì)量。根據(jù)本工程中基底的實際情況，決定采用換填方法對施工面進行處理，將原有土層挖出，再將預先準備好的砂礫石換填，并做好夯實工作，以保證整個施工面的平整度；對庫盤進行清理時，為降低蓄水后出現(xiàn)沉降變形的情況，要確保其密實度。主要在原有土層基礎(chǔ)上，借助推土機將土層推平，并做好碾壓壓實工作。在此基礎(chǔ)上，利用測量儀器對其相對密度進行檢驗，確保密度滿足施工要求后，方可開展土工膜鋪設(shè)工作。

2.3.2 土工膜鋪設(shè)

其一，在對支持層施工時，因水庫地下水位與地面的距離在1.50m 左右，所以在對其進行施工時，要利用明溝降水方式，將地下水位降低到設(shè)計支持層以下的0.50m 左右，在此基礎(chǔ)上開挖，做好土方工作，并對其進行整平壓實，使其密實度達到0.90。其二，在對軟式透水管進行鋪設(shè)時，要先將透水管用無紡土工布進行包裹，再采用尼龍繩對其進行捆扎，做好備用工作。結(jié)合設(shè)計方案和設(shè)計圖紙，在指定位置開挖溝槽，面積大約為20cm×20cm，將已經(jīng)準備好的軟式透水管放入溝槽中，再利用中粗砂將其填埋，并做好壓實工作。處于實際作業(yè)階段時，應(yīng)考慮透水管的承載力，重視鋼絲圈的運用，但為進一步提高其穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)在倒管的情況，施工時必須先將其兩端進行固定，在采用中粗砂對其進行覆蓋，以此有效避免透水管出現(xiàn)受力不均的情況，引起倒管現(xiàn)象的出現(xiàn)，影響其排水排氣的效果。在對透水管進行連接時，先將一端支撐鋼絲圈去掉，再將包裹材料打開，采用直接連接的方式，將其與另一節(jié)透水管連接，在確認牢固后用絲繩對其進行扎牢；在對T 管進行連接時，應(yīng)清除鋼絲圈，之后進行捆扎操作，再采用尼龍繩對其進行捆扎，以確保各部分透水管銜接緊密，符合施工需求。另外，在對軟式透水管進行鋪設(shè)時，受透水管材料因素的影響，要避免其在陽光下暴曬，鋪設(shè)后要在24 小時內(nèi)回填覆土，以此保證其鋪設(shè)質(zhì)量，延長其使用壽命。其三，在對無紡土工布進行鋪設(shè)時，為避免其在施工前出現(xiàn)損壞，要做好儲存工作，將其儲存在安全無積水的環(huán)境下，并且用不透明塑料對其進行覆蓋，避免陽光對其暴曬，使其出現(xiàn)老化的現(xiàn)象，影響后續(xù)施工。在具體鋪設(shè)時，主要采用人工滾鋪法，根據(jù)工程的實際情況，以一端為源頭對其進行鋪設(shè)，使整個布面保持平整，為保證其應(yīng)用質(zhì)量，要將其變形余量考慮到位；縫合土工布過程中，施工人員應(yīng)利用手提縫包機進行工作，靈活把控時針距離，間隔控制在6 毫米，還要注重縫合強度的控制，拼接的縫合寬度要超過0.1m。還要絕對禁止出現(xiàn)點縫的情況，要保證其連續(xù)開展，并且最小縫針要距離織邊2.5cm左右；對于縫合的線，為保證其應(yīng)用效果，要確保其在抗化學腐蝕和抗紫外線方面具有顯著效果。在本工程中，主要采用張力大于60N 的樹脂材料，在全部縫合結(jié)束后，要做好檢驗工作，如出現(xiàn)跳針或不合格的情況，要立即進行縫合修補，保證其縫合質(zhì)量。其四，處于PE 膜作業(yè)階段時，應(yīng)結(jié)合水庫的基本情況，選擇合理的鋪設(shè)方法，其中頂部到坡腳緩慢的方法被廣泛運用，之后融合人工的方式對其進行找齊，確保中間所形成的結(jié)點為T 字形，還要保證接面整潔干凈，及時將雜物清除干凈，防止降低焊接效果。在此過程中，施工人員需規(guī)范進行鋪設(shè)，避免出現(xiàn)人為損壞的影響情況；當鋪設(shè)膜工作結(jié)束之后，應(yīng)在邊角處每間隔5 米放置砂袋，增加壓實效果。

2.3.3 土工膜接縫

處于接縫焊接階段時，應(yīng)按照施工工序，有序開展焊接工作，具體工作過程中，應(yīng)學會利用現(xiàn)代化機械，為保證各工序有序開展，應(yīng)提前進行焊接試驗。整個試驗過程中，應(yīng)保證溫度處于200 攝氏度左右，之后采用合理的焊接作業(yè)方法，使其能夠從各個方面保障焊接工作的有效性。當焊縫作業(yè)結(jié)束之后，應(yīng)通過充氣的方法，展開系統(tǒng)化質(zhì)量檢驗，將充氣長度控制在30-60m，充氣壓力控制在0.15-0.20MPa，在壓力無明顯變化時，方可確定為合格，以避免出現(xiàn)漏縫或虛焊的情況，影響施工質(zhì)量。另外，考慮到復合土工膜厚度較薄，根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果顯示，壩體滲流計算存在較高的難度，為了降低整個工作難度，需要重視滲透系數(shù)的處理，計算結(jié)果如表2 所示。

表2 最大斷面滲流計算成果

2.3.4 保護層施工

在對土工膜保護層進行施工時，因本工程施工量較大，所以決定采用機械方式進行施工，但該種方式具有一定的弊端，為避免其對土工膜造成損壞，需在施工前做好試驗工作。對具有特性的施工區(qū)域進行夯實等作業(yè)，之后運用各種現(xiàn)代機械設(shè)備，在土工膜表面鋪設(shè)保護材料。具體鋪設(shè)時，為避免出現(xiàn)膜被光氧老化的情況，保護層以厚度在50cm的素土為主，在確保素土中不含有尖銳硬物等突出物后，借助機械設(shè)備將素土鋪設(shè)在土工膜上，對其進行推平夯實，確保其壓實度在0.96 以上，滿足要求后，方可結(jié)束施工。

3 土工膜全庫盤防滲技術(shù)施工注意事項

其一，在施工前，重視各種原材料的選購工作，要求質(zhì)檢人員保持較高職業(yè)素養(yǎng)，認真做好本職工作，系統(tǒng)化檢測材料，確保土工膜的質(zhì)量符合工程需求，最大化的提高其防滲性能。其二，在鋪填砂礫料時，為保證鋪料層厚度在可控范圍內(nèi)，還要仔細參考整個區(qū)域土層的厚度，仔細計算土料面積；為了防止推土機作業(yè)過程中，出現(xiàn)鋪土厚度不均的情況，要定機定人進行鋪料，并嚴格按照鋪設(shè)工序進行操作，保證整個層面的平整度。其三，在對土工膜進行鋪設(shè)時，要確保其嚴格按照設(shè)計要求進行鋪設(shè)，保證其整齊、平順、無破損，并且與膜下的細砂可以緊密銜接，絕對禁止其出現(xiàn)架空的情況，其四，鋪設(shè)復合土工膜之前，應(yīng)利用現(xiàn)有資源，仔細測量斷面尺寸，最大程度上減少誤差，之后對土工膜進行合理剪裁，確保剪裁后的尺寸與現(xiàn)場尺寸相符，為后續(xù)焊接工作提供便利，從而達到減少資源浪費的目的；焊接時，施工人員需穿平底鞋，絕對避免帶剪刀、刀片等硬物，減少土工膜出現(xiàn)損壞的概率，以保證其滿足工程規(guī)范要求。其五，為避免土工膜在鋪設(shè)期間被大風吹損，可在其表面用沙袋壓住，在施工全部結(jié)束后方可移除；如施工過程膜土工膜受損，則立即停止施工，對其進行有效修理，在確保受損部位補充完整后，方可再次施工。

4 結(jié)論

綜上所述，土工膜全庫盤防滲技術(shù)的應(yīng)用，具有施工簡便、周期短、投入成本低的優(yōu)勢。本文結(jié)合工程案例，對其設(shè)計方法、施工工序進行深入探究，可以得出能夠在強化水庫工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上，讓水庫具有較高的防滲性能，還對水庫工程的穩(wěn)定運行具有推進的意義。