复合土工膜在八户地水库土坝防渗中的应用
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【摘 要】病险水库除险加固中坝体防渗是很重要的设计部分，但是，时代的发展使得坝体防渗技术设计也提出了很高的要求，如何结合这些要求，做好病险水库除险加固中坝体防渗设计工作，值得我们的深思。本文主要以土工膜在坝体防渗中的应用为重要内容阐述了其一些主要的设计及施工要求。
【关键词】水库存在问题；土工膜防渗；施工要求。
中图分类号：TV62文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
八户地水库位于新疆奇台县西北部的西北湾乡境内，距奇台县城约20km，是一座以灌溉为主的拦河式小（1）型平原水库。
八户地水库于1967年7月动工兴建，由当地农民利用冬闲时间依靠拖拉机、推土机、手拉车及肩挑等方式进行修建，1968年11月竣工投入运行。水库属典型的“三无”工程，施工建设时的各种制度不健全，施工质量缺乏控制，坝基处理和清理工作不彻底，且坝体填筑质量差，工程不配套，致使水库建成后就成为存在多种隐患的病险库。通过调查了解，该水库在七十年代末至八十年代坝体主坝段进行过几次人工培厚，培厚时无专门技术人员负责，对培厚料的使用要求不严格，甚至出现过培厚料采用库盘淤泥的现象，同时由于受施工机械条件的限制，回填土仅用拖拉机及推土机进行碾压，回填土干密度较小。以上的维修对威胁坝体安全和正常运行的隐患仍未作处理，使得水库的综合效益的发挥受到极大的限制。上世纪八十年代以后，水库坝后多次出现渗透滑坡，且前坝坡出现坍塌现象，迫使水库降低水位限制水位运行。上世纪九十年代中期，主坝段下游坝坡出现滑坡现象，坝体有效断面缩减，后由当地政府组织农民对坝体的坝后坡进行推土培厚。由于资金和技术力量的局限，坝体的维修仅限于局部、小范围的临时加固，主要的坝体隐患未作彻底处理。
为确保水库安全运行，限制最高蓄水位664.11 m，相应库容597.3万m3，仅占原设计库容的74.66%，使得水库无法发挥正常的效益，整治病险库，已势在必行。
2工程存在主要问题
（1）水库大坝断面不规整，坝顶高程不满足规范要求；
（2）坝体填筑质量差，大坝上游坝坡风浪淘刷严重，上、下游坝坡抗滑稳定不满足规范要求；
（3）水库渗漏严重，坝后无排水设施，坝体、坝基渗流稳定不满足规范要求；
（4）抗震稳定不满足规范要求；
（5）放水涵洞基础沉陷、洞身多处出现裂缝；闸井表层砼老化脱落，闸门及启闭设备锈蚀，难以启闭；
（6）水库原溢洪道被冲毁，形成冲沟，不能安全泄洪。
（7）水库无必要的监测、管理设施等。
3 对策和措施—防渗处理
3.1防渗方案的选择和设计
原坝体土干密度低，密实度差，填筑质量不满足要求，坝体土具有弱～中等渗透性，需对坝体进行防渗处理。目前常用的坝体防渗技术主要有：在坝顶做混凝土防渗墙、高压旋喷防渗墙及槽孔砼防渗墙等，或在前坝坡铺设防渗材料等方法。从以上几种方法比较，在坝顶做防渗墙可以有效地解决坝体防渗问题，但施工和防渗质量难以控制、施工周期长，且造价高。根据本地区其它除险加固水库的成功经验，对于均质低坝，因此，设计采用在前坝坡铺设土工膜（200g/m2/PE0.5mm/200g/m2）并结合砼板护坡对坝体进行防渗和防冲刷设计。
（1）防渗方案设计
由于原坝体存在碾压不均匀、干密度及渗透系数差异较为显著等问题，设计采用铺设复合土工膜防渗，以此来提高坝体的防渗性能，降低坝体内的浸润线。对表面防护和复合土工膜的固定采取如下措施。设计将上游坝坡修整培厚形成1：2.5坝坡，为防复合土工膜被刺破，原坝体表层进行清废，清除杂草、树根、尖石等，然后采用0.15m厚C20F200砼板护砌，砼板下铺设50cm砂砾石防冻垫层，垫层下铺设土工膜（200g/m2/PE0.5mm/200g/m2）防渗。在坡顶将复合土工膜埋入埋膜沟内，如图1；在坡脚处，为了防冲，将坝面土工膜伸过阻滑墙底部延伸至截水槽底部，槽内回填粘土进行压实，如图2。
图1
（2）合土工膜的基本特征
复合土工膜是一种新颖的工程材料，它是由土工织物、土工膜、土工织物三层组成，积聚了土工织物和土工膜的优点，具有质轻、防渗性能有较好的延展性，适应变形、施工简单，造价低等特点，是一种理想的防渗材料。
根据整治原则，首先将坝坡整形，然后按拟定的防渗结构铺设复合土工膜。选定的复合土工膜为两布一膜，膜厚0.5mm。
（3）稳定复核
由于复合土工膜与土石介质间的摩擦系数及土石介质间的摩擦系数将影响防渗体的稳定，必须复核复合土工膜与坝坡、复合土工膜与保护层的抗滑稳定性。
1）复合土工膜稳定性验算
根据公式：FS＝tgδ/tgα
FS：安全系数；
δ：上垫层土料与土工膜之间的摩擦角；
α：土工膜铺设坡角。
根据上垫层土料，查资料得tgδ＝0.6。
坝体上游坡坡比为1：2.5，即tgα＝1/2.5
所以，Fs＝tgδ/tgα＝1.5＞1.25
通过计算得复合土工膜防渗系统是稳定的，满足要求。
（4）土工膜设计要求
本次坝体防渗膜采用两布一膜PE土工膜（200g／m2／PE0.5mm／200g／m2），幅宽6m。
其技术要求如下：
PE复合土工膜物理力学性能指标应符合下列要求：
密度（ρ）不应低于900g/cm3；
破坏拉应力（б）不低于12Mpa；
断裂伸长率（ε）不应低于300%；
弹性模量（E）在5℃不应低于70 Mpa；
抗冻性（脆性温度）不应低于-60℃；
联结强度应大于母材强度；
撕裂强度应大于或等于40N/mm；
抗渗强度应在1.05 Mpa水压下48小时不透水；
PE土工膜宽度和长度的选择应符合下列原则：
在满足厚度的要求下，应使膜在施工时接缝最少；
每卷膜材的重量不宜超过1t。
支持层：
PE土工膜应该铺设在密实的基础上，与膜接触的面必须平整。
支持层上有阴、阳角时，应修圆，其半径宜不小于0.5m，并应在土工膜下面加设1～2层土工织物垫层。
3.2复合土工膜的施工要求
（1）复合土工膜的铺设
在土坝上游坝面铺设复合土工膜有两种方式，一种是顺坝轴线方向铺设（顺铺）；另一种是垂直坝轴线方向铺设（横铺），本工程采用的是顺铺法。复合土工膜在坝面铺设时应预留5%的伸缩量。
（2）复合土工膜的焊接
为了加快焊接施工进度和提高焊接质量，采用先在平地上拼接焊好后再运到坝面上铺设、焊接，每条焊缝正式施焊前，先用长100cm，宽20cm的复合土工膜料进行试焊，目测缝合格后方可正式施焊，并把目测合格的试焊样品进行拉伸强度检测。本工程采用热熔焊法，搭接缝采用专用焊缝机焊接合格，焊缝搭接宽约10cm。
（3）复合土工膜的施工要点
1）复合土工膜铺设应力求平顺，松紧适度，不得绷拉过紧；复合土工膜应与土面密贴，不留空隙。
2）相邻复合土工膜块拼接可用搭接或缝接。本工程采用搭接。平地搭接宽度可取30cm，不平地面或极坎土应不小于50cm。
3）坡面铺设采用自下而上进行，坡顶、坡脚应以锚固沟或其它可靠方法固定，防止其滑动。
4）回填时，不得破坏复合土工膜，不得使用重型机械或振动压实。
4 结论
本设计已在工程的施工中得到实施，其施工方案和相关的技术要求在施工中均得到了充分的体现，效果良好，等待的将是长期运行的考验。
参考文献：
1、《碾压式土石坝设计规范》SL274－2001 ；
2、《复合土工膜设计规范》 ；
3、《防洪标准》GB50201－94。