水平铺盖防渗法在病险水库治理中的应用
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摘要：复合土工膜作为水平铺盖防渗法的一种，防渗效果良好,具有推广价值。本文论述了复合土工膜在某病险水库土坝防渗处理中的应用，望对类似工程有所帮助。
关键词：水平铺盖防渗法；复合土工膜；病险水库治理
中图分类号：TV697.3 文献标识码：A
一、复合土工膜及其在水平铺盖防渗法应用中的优点
复合土工膜是水平铺盖防渗法的一种，是以塑料薄膜作为防渗基材，与无纺布复合而成的土工防渗材料。它的防渗性能主要取决于塑料薄膜的防渗性能。复合土工膜是将土工膜和土工织物通过共同压制或用聚合物粘和等方式复合在一起的土工制品。它有一布一膜、两布一膜、三布两膜等多种。所用的土工膜的原材料一般是聚乙烯(PE)，
聚氯乙烯(PVC)。而所用的土工织物为有纺和无纺土工织物两种。应用较多的是两布一膜的聚乙烯无纺针刺土工织物。
复合土工膜在渠道防渗、堤坝防渗等方面已有大量成功的经验，工程应用表明，复合土工膜(一般采用两布一膜即可)用作水闸铺盖的防渗材料具有良好的技术和经济效果。表现在：
(1)防渗效果好。土工膜具有极低的渗透系数，比粘土铺盖渗透系数低很多，而且具有长期稳定的防渗效果。
(2)施工简单易行，进度快，施工质量容易保证。
(3)具有一定的保温和防冻胀作用，可减少防冻胀成本。
(4)复合土工膜具有较好的力学性能，具有比普通土工膜更好的抗拉、抗顶破和抗撕裂强度，能承受足够的施工期和长期运行的受力和具有较高的适应变形能力；而且复合土工膜外层的土工织物具有很好的与土结合的性能。复合土工膜与土之间的摩擦系数较普通土工膜大，抗滑稳定性好。
二、水平铺盖防渗法在病险水库治理中的应用
（一）工程概况
某水库流域面积1.1km2，库容19万m3，灌溉农田500亩，解决6000多人饮用水问题，是一宗防洪、灌溉、居民饮水相结合的小（二）型水库。水库按二十年一遇洪水设计，二百年一遇洪水校核。工程主要建筑物有均质土坝、溢洪道和放水涵。土坝顶长54.6m，最大坝高20.6m；开放式溢洪道，净宽5.0m；放水涵内径0.4×0.4m，放水开关为斜卧管（级窦放水）。工程于1992年11月开工，1994年4月建成。原设计总库容11万m3，兴利库容为8.5万m3，最大坝高14.6m。2000年10月为满足农业用水需要，对土坝进行了加高，最大坝高到20.6m，加高6.0m，兴利库容提高到11.5万m3。限于当时的经济社会条件，水库设计标准低，配套设施不够完善，施工也较为粗放。经过近20年的运用，工程建筑物老化，存在工程隐患。危及水库安全并影响正常效益的发挥。主要问题如下：
(1)坝体施工时采用人工上土，未经机械碾压，坝体透水性较强，主坝渗水量大，水库一直不能蓄水至设计水位；
(2)主坝迎水坡块石风化破碎，浪蚀土体较严重；背水坡没有排水沟和上坝步级，坝面受雨水侵蚀造成表土流失；反滤体堵塞；溢洪道为木制闸门，底板侧墙批荡砂浆剥离，砌石松动，泄洪时水流沿底板渗入山体，出流不畅，因此已废弃多年无法使用；
(3)放水斜卧管（级窦）漏水严重，涵管底淘空断裂，危及主坝安全；
(4)没有进库道路及管理用房等。
为确保水库安全运行并发挥正常效益，亟须进行除险加固。该水库除险加固及配套建设的主要内容有：
(1)主土坝土工膜防渗处理，确保水库正常蓄水；(2)改建溢洪道：砌筑实用堰，底板侧墙衬护；(3)级窦放水涵改为虹吸式放水涵；(4)新修进库道路3.5km及水库管理用房98平方米。
除险加固工程于2011年10月陆续开工，2013年4月完工并蓄水。从蓄水情况来看，除险加固工程效果良好，水库渗漏基本消失，水库水位顺利达到设计水位；虹吸放水涵及溢洪道运行正常。下面仅对复合土工膜防渗技术在该水库除险加固工程中的应用情况进行总结。
（二）复合土工膜防渗结构设计
1、复合土工膜规格选择
复合土工膜规格的选择与下垫层平整度、材料允许拉应力、材料弹性模量、铺设范围内的最大水头及覆盖层最大粒径等有关，土工膜厚度设计除应考虑主要由水压力要求的强度外，尚应考虑暴露、埋压、气候、使用寿命等应用条件，并按国家现行有关标准的规定确定设计厚度及实际厚度。本工程经综合分析计算，坝坡防渗层采用规格为200g/0.3mm/200g的针刺短线涤纶两布一膜(PE膜)，库底铺盖防渗层采用规格为150g/0.25mm针刺短线涤纶一布一膜(PE膜)，幅宽均为4m。
2、复合土工膜防渗体结构层设计
复合土工膜防渗结构自上而下依次为防护层、上垫层、防渗层、下垫层、支持层，由于坝体和库底土层为细粒土，整平夯实后可直接铺设土工膜，因此不再设下垫层。上垫层和防护层针对不同部位作了不同处理。坝体马道（1493.00m）以下，上垫层采用平均厚度20cm厚的砂砾石，满足防滤要求，防护层采用30cm厚的干砌石护面。马道以上，上垫层采用5cm厚的砂浆，防护层采用6cm厚的混凝土预制板护面。库底铺盖在复合土工膜上直接覆盖60～80cm压实细粒土作为保护层。
3、库底铺盖埋铺设计
坝前25m范围内铺设规格为150g/0.25mm的复合土工膜(PE膜)铺盖，在距坝脚25m的库底，开挖一防渗齿槽，槽深1.5m，开挖边坡1：1，口宽3m，将复合土工膜嵌入槽内，并用壤土夯填。
4、复合土工膜与水库输水洞和溢洪道周边的连接
复合土工膜防渗斜墙与水库输水洞和溢洪道刚性建筑物的连接，要求连接严密、牢靠，留有伸缩余量，防止因建筑物沉陷而使复合土工膜破坏。输水洞和溢洪道导流墙浇筑为直立墙，复合土工膜与混凝土连接时，首先在砼面上间隔20cm打孔，安装膨胀螺栓，沿连接长度通长安装一条厚5mm宽10cm橡皮，再将复合土工膜折叠3层打眼穿入螺栓，然后再用一层橡皮、钢压条通过膨胀螺栓将复合土工膜固定。为防止螺栓、压条锈蚀，在螺栓和钢板压条上刷三层防锈漆。
（三）防渗塑膜工程施工
基础清基铺盖基础碾压坝坡及铺盖面平整土工膜铺设及搭接处理膜上覆土
1、施工准备
复合土工膜材料质量检测，使用前委托相关实验部门对产品的各项技术指标进行检测，各项指标需均符合标准规定和设计要求。坡面应平整、密实、光滑，以防复合土工膜被刺破，要经监理工程师验收合格后，才可以铺设复合土工膜。为了施工方便，保证拼接质量，复合土工膜应尽量采用宽幅，减少坝坡现场拼接量，施工前应根据复合土工膜幅宽、现场长度需要，在库内专用场地剪裁。
2、铺膜前基面的处理
基面一定在按设计要求清理好，这是确保防渗效果的关键，特别是对尖石、树根等杂物要彻底清除干净，基面不允许有局部凹凸现象，清理好的基面要用夯锤或夯板夯紧，使之密实平整。
3、塑膜的铺设
塑膜采用幅宽为6m的卷材。施工应在气温5℃以上、风力四级以下并无雨天气进行。由于塑膜具有一定的伸缩性，考虑到温度的变化，铺设时不要拉的太紧，使其处于自然状态，为适应变形，宜留出必须的放松量（大约3%～5%）置成波纹状折皱。但也不能放的太松，以免夹有大的气泡，搭接不紧，使塑膜易滑动。铺膜完毕后，应仔细检查，接头是否符合要求，膜面是否有破漏等，否则应及时采取补救措施，直至合格后才能回填保护层。施工人员严禁穿硬底鞋。
4、塑膜的搭接处理
复合土工膜焊接质量的好坏是复合土工膜防渗性能成败的关键，所以务必做好土工膜的焊接，确保焊接质量。 焊接前用电吹风吹去膜面上的砂子、泥土等脏物，保证膜面干净，在焊接部分的底下垫一条长木板，以便焊机在平整的基面上行走，保证焊接质量，正式焊接前，根据施工 气温进行试焊，确定行走速度和施焊温度，一般掌握行走速度1．5～2．5m／s，施焊温度为220～300。C。拼接焊缝两条，每条宽10mm，两条焊缝间留有10mm的空腔，用此空腔检查其焊缝质量。
5、膜上覆土
盖膜土属土缓坡部分，不能专门碾压，但在采用机械填筑过程中也有较好的压实作用，经实地挖坑检查，土缓坡干容重rd=1.45—1.74t/m3。在施工过程中，应采用边铺膜边覆盖土，尽可能减少塑膜在阳光下的曝晒时间，防止塑膜老化，延长塑膜的使用寿命，同时，为防止机械上土破坏塑膜，施工时应从铺盖前沿开始倒土，由推土机逐步向里推土覆盖。
（四）防渗效果分析
本次水库除险加固工程在施工过程中严格按复合土工膜施工技术要求,严格现场焊接的质量控制,且经过室内试验结果表明,复合土工膜各项性能指标均能满足设计要求,质量得到保证。该工程于2013年4月底完工后蓄水运行,经过半年的运行,干砌石护面平整,没有出现护面下滑、堆石。坝后无水溢出点,防渗效果较好,对于病险水库的除险加固,具有较大的经济效益和很好的推广使用价值。
参考文献
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