Brandbech：德国第一个利用土工膜进行加固的大坝（上）

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摘要：位于德国南部的brandbech大坝在经过75年的运行后，大坝需要加固上游坝面混凝土防渗体，利用土工膜防渗的加固方案被列入并采用，这项技术在德国使用尚属首次。

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Braunlingen 是个小镇，位于南部的黑森林地区，同时也是建于1922年的Brandbech大坝的所在地，水库的主要作用是观光、游览、水力发电、防洪和娱乐疗养。这个高16m，长130m的重力式浆砌石拱坝，1955年大坝加高时，在上游坝面进行了混凝土护砌。??

1.Brandbach大坝

Braunlingen镇的Brandbach 大坝已经运行80年，起初它主要用于水力发电与研究，但是，近年来在其它方面也体现出较大的功用。如今，这个水库，主要用于观光游览，娱乐疗养，为Braunlingen镇和南部黑森林地区的人们休闲、娱乐提供了方便。?

Kirnbergsee水库的存在不仅对于Braunlingen地区具有重要作用，事实上这个地区还被FFH1992年列为有价值的动植物栖息地。而且2000年，该水库还被用于防御洪水，Brandbach水库的库容为1.75×10 6m3，水库淹没面积为350000m2，因而，Kirnbergsee水库就象是一个宽阔的湖，最大水深为14m，水库的流域面积超过15km2，在距离3km处有Waldhausen发电站，在年均入库流量6×10 6m3的条件下年均发电量为675000MWh。?

高16.5m，长130m的重力式桨砌石拱坝，拱坝弯曲半径R=100m，内有混凝土捣实心墙，大坝上游迎水面为混凝土护衬，平均厚度为0.7m（见照片）。大坝横断面的坝基底宽12m，到坝顶部位减少至2.8m，大坝下游面护砌取材于当地一种普通的微红色的花岗岩桨砌块石护砌。?

在大坝的中间设一个五孔溢洪道，为无闸门控制的自由溢流，最大泄流量为33m3/s。在下游坝脚处设有廊道进口，是操作或观测的入口。?

在1942年大坝加固时，坝体采用水泥灌浆进而提高桨砌石的抗渗性，然而，这种方法没有达到所要求的程度。1995年又对大坝上游面混凝土采用重新防渗衬砌，同时对大坝加高了1.0m。 ?2.修复的原因?

当水库的标准提高时，有必要按新的标准对大坝进行稳定渗流分析。因此，于1996年Brandbach大坝被列为加固项目，并完成大坝稳定分析的报告。在报告中对大坝加固的方案进行了详细的论证，具体实施方案详细概述如下。

大坝现状混凝土心墙渗漏严重，而坝体混凝土砂浆填缝的作用并不能保证长久的可靠性，要实现防渗漏的功能只能由大坝上游面的混凝土衬砌来承担。?

部分混凝土接缝有漏水现象，主要是在接缝中缺少止水片，在混凝土结构中，渗水使接缝处膨胀，甚至裂开。?

砌石部位的排水系统堵塞后失效，这可能是1942年加固期间有混凝土碎渣进入引起的。?基底排水仅是部分有效，须进行修缮或更新。?

由于地基的渗透系数很小，不需进行地基处理。?

廊道入口的结构已被破坏，需要局部修整。?

采用常规方法加固大坝是可行的，但是坝内防渗墙和上下游坝面混凝土设计参数必须达到要求，防渗混凝土强度采用B25～B35，通过夯实心墙混凝土减少空隙提高其承载能力，大坝坝心的混凝土填充物要有很好的吸入负荷量及多孔性，此外，大坝与心墙接缝间和下游桨砌石间能有较好粘结性。?由于上游坝面混凝土的渗漏，有必要密封整个上游坝面，否则，大坝的渗漏进而会破坏下游桨砌石，影响大坝的稳定性，甚至会导致大坝失稳。?

3.对恢复的选择工作?

3.1选择方案?

为了选择加固的最佳方案，对各个方案进行了比选，对大坝进行灌浆的方案由于投资的原因而被放弃。事实上，大坝灌浆起不到设想的作用，简而言之，在这个方案中内衬混凝土不能象期待的那样被改善。同样，因为混凝土本身的粒状结构，封赌也不能长久有效，这在1942年的修复工作中也得到了验证。?

除此之外，由于投资大、工期长的原因，在大坝上游再设一道混凝土衬砌的方案也没能通过。一个重要的原因，对于Braunlingen城来说Brandbach水库低水位运行不能超过一个季度，因为这么长的时间水库放空对当地的旅游业和发电造成很大影响。

对Braunlingen城来说财政损失巨大。Braunlingen城与其它权威机构配合，根据大坝的详细方案，决定采用土工膜方案加固大坝。（见图1），选择土工膜即经济耐用，又维修方便，结构安全可靠，技术明确。另一个优点是工期短，上述理由对Braunlingen城来说是非常重要的。

3.2土工膜的介绍?

由瑞士Carpi Tech SA提供的土工膜，由柔韧的聚氯乙烯隔膜组成，在制造过程中平面染色和热压成土工织物 (100％的聚脂)。土工膜的作用是防渗，土工布的作用是保护土工膜聚脂不被刺破使其相对稳定，土工膜放在土工布上，土工布是由塑胶聚和体组成，用于土工膜和大坝间的排水层（见图2），使排出的水由于重力作用流出，并且渗透到防水衬层垫和坝体之间，减少由于潮湿可能产生水蒸气压力，从而确保大坝稳定。?

通过运用土工膜和土工布，大坝的排水体系不能正常工作的状况得到改善，挖制渗流量进而避免大坝心墙失稳。

土工膜和土工布系统的设计依据应该与所有的与DIA标准和相关的其它技术标准规定的技术和环境的条件相适应。应该指出，土工膜和土工布证明抵抗紫外线辐射，运用在高山上的长期经验表明土工膜的表面上不结冰，土工膜/土工布的一些技术指标见下表。?