汪 瀅

淺談復(fù)合土工膜在山區(qū)小水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

汪 瀅

一、工程概況

舒城縣地處安徽中部，共有小水庫148座，有效灌溉農(nóng)田達(dá)13萬畝，為舒城縣的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)。舒城縣小水庫建于20世紀(jì)六七十年代，多為群眾自建，無規(guī)劃、無設(shè)計(jì)，少數(shù)為“三邊工程”。從多年運(yùn)行管理中看，大壩填筑質(zhì)量不高，多數(shù)已發(fā)生滲漏等工程隱患。

舒城縣小水庫大壩多為土壩，特別是山區(qū)小水庫壩體主要填筑材料為附近山體殘、坡積土，由人工堆積而成，工程質(zhì)量先天不足，造成病險(xiǎn)水庫較多，病險(xiǎn)情況復(fù)雜的局面。在20世紀(jì)90年代前，舒城縣開展了病險(xiǎn)水庫加固除險(xiǎn)工作，并應(yīng)用了粘土錐探灌漿等方法進(jìn)行加固除險(xiǎn)、防滲處理，取得了一定的成效。但由于當(dāng)時(shí)財(cái)政投資、群眾投勞不足，加之受施工技術(shù)水平的限制，有的水庫大壩處理方案措施不當(dāng)，現(xiàn)在還有相當(dāng)一部分水庫工程的病險(xiǎn)情沒有得到真正解決，特別是大壩滲漏水問題，較為突出。病險(xiǎn)情的存在導(dǎo)致部分水庫不能正常蓄水，影響其發(fā)揮應(yīng)有的效益。

二、復(fù)合土工膜防滲斜墻設(shè)計(jì)

1.方案選定和設(shè)計(jì)

針對(duì)水庫工程分析判斷存在的問題，結(jié)合山區(qū)水庫大壩壩體由人工填筑而成，填筑成分復(fù)雜，土體均勻性差，松散～密實(shí)狀，主要由坡、殘積土、粉土、粉質(zhì)粘土、粒砂、礫卵和碎（塊）石等組成，且壩體基礎(chǔ)穩(wěn)定。經(jīng)多方案比較，根據(jù)整治原則，首先將壩坡培厚整形，然后按擬定的防滲結(jié)構(gòu)鋪設(shè)復(fù)合土工膜。

設(shè)計(jì)確定壩基采用混凝土防滲墻與壩坡復(fù)合土工膜防滲相結(jié)合，即壩坡復(fù)合土工膜下部、岸邊與現(xiàn)澆截滲墻相接、上部與壩頂防浪墻相連的防滲體系，在大壩上游坡面采用預(yù)制混凝土鎖塊防護(hù)。

2.復(fù)合土工膜防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）復(fù)合土工膜規(guī)格選擇

復(fù)合土工膜規(guī)格的選擇與下墊層平整度、材料允許拉應(yīng)力、材料彈性模量、鋪設(shè)范圍內(nèi)的最大水頭及覆蓋層最大粒徑等有關(guān)，土工膜厚度設(shè)計(jì)除應(yīng)考慮主要由水壓力要求的強(qiáng)度外，尚應(yīng)考慮暴露、埋壓、氣候、使用壽命等應(yīng)用條件，并按國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定確定設(shè)計(jì)厚度及實(shí)際厚度。經(jīng)綜合分析計(jì)算，壩坡防滲層采用規(guī)格為200g/0.5mm/200g的針刺短線滌綸兩布一膜（PE膜），幅寬為6.0m。

（2）復(fù)合土工膜防滲體結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)

復(fù)合土工膜防滲結(jié)構(gòu)自上而下依次為防護(hù)層、上墊層、防滲層、下墊層、支持層，由于壩體土層為碎石土，中等透水性，整平、棄除碎石、并夯實(shí)后，可直接鋪設(shè)土工膜，因此不再另設(shè)下墊層。上墊層采用粒徑1～2cm河卵石，防護(hù)層為厚12cm的混凝土預(yù)制塊。

（3）復(fù)合土工膜防滲系統(tǒng)穩(wěn)定復(fù)核

復(fù)合土工膜穩(wěn)定性驗(yàn)算根據(jù)下式計(jì)算：K＝f/tgα

式中：K為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f為上墊層與土工膜之間的摩擦系數(shù)；α為壩坡坡角。

根據(jù)墊層土料，f＝0.55。壩體上游坡坡比為 1：3.0，即 tgα＝1/3。通過計(jì)算復(fù)合土工膜防滲系統(tǒng)是穩(wěn)定的，滿足要求。

3.壩基（肩）滲漏處理設(shè)計(jì)

山區(qū)水庫壩（肩）基滲漏主要是沿建基面滲漏。建基面滲漏采用在上游修建截水墻處理，截水墻底部埋入弱風(fēng)巖層內(nèi)1.0m。截水墻底部寬度根據(jù)基礎(chǔ)的允許滲透坡降，按下式確定：

B=H/J

式中：B為截滲墻趾板寬度，單位m；H為設(shè)計(jì)水頭，單位m；J為基礎(chǔ)的允許滲透坡降，對(duì)弱風(fēng)化巖石，J=10～15。

舒城縣山區(qū)小水庫壩前截滲墻趾板處設(shè)計(jì)水頭小于20m，為弱風(fēng)化巖石，防滲趾板寬度為1.2～2.0m，趾板厚度1.0m，截滲墻頂寬1.0m。

另，上游壩址處地下水位極高，淤泥厚達(dá)3～5m，清淤量大，又處在死水位以下，排水量又大，施工很困難。為減少淤泥開挖量，減少排水，壩前防滲趾板基礎(chǔ)上接混凝土防滲墻，墻頂高出放水涵進(jìn)口底板0.3m。這樣也相應(yīng)減少壩面防滲膜斜面長度。

三、復(fù)合土工膜施工

1.復(fù)合土工膜防滲施工程序

復(fù)合土工膜總的施工程序?yàn)椋簤误w基礎(chǔ)面驗(yàn)收→鋪設(shè)墊層→檢查驗(yàn)收→復(fù)合土工膜鋪設(shè)→底層土工布縫合→焊接→檢測→修補(bǔ)→復(fù)檢→上層土工布縫合→伸縮節(jié)施工（錨固）→驗(yàn)收→二期混凝土施工→保護(hù)層料施工→混凝土鎖塊護(hù)坡施工。

2.復(fù)合土工膜的施工準(zhǔn)備

在復(fù)合土工膜施工前，由業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理及施工單位等對(duì)其基礎(chǔ)面進(jìn)行聯(lián)合檢查，驗(yàn)收合格后，方可鋪膜。

3.復(fù)合土工膜的鋪設(shè)

（1）復(fù)合土工膜的拼接

本工程采用兩布一膜復(fù)合土工膜，復(fù)合土工膜的連接分2個(gè)程序進(jìn)行，即下、上層無紡織布的縫接，中層PE膜的連接。無紡織布的縫接用手提縫紉機(jī)、尼龍線進(jìn)行雙道縫接，搭接寬度10cm；PE膜采用焊接工藝連接，焊接工具采用自動(dòng)調(diào)溫（調(diào)速）電熱模式雙道塑料熱合機(jī)。拼接包括土工布的縫接、土工膜的焊接，為了確保焊接質(zhì)量，焊接應(yīng)盡量在廠內(nèi)進(jìn)行，但為了施工方便，復(fù)合土工膜幅寬又不應(yīng)太寬，必須在施工現(xiàn)場拼接。每條焊縫正式施焊前，先用長100cm，寬20cm的復(fù)合土工膜料進(jìn)行試焊，目測縫合格后方可正式施焊，并要把目測合格的試焊樣品進(jìn)行拉伸強(qiáng)度檢測。

焊接工藝：第一幅土工膜鋪好后，將需焊接的邊翻疊（約60cm寬），第二幅反向鋪在第一幅膜上，調(diào)整兩幅膜焊接邊緣走向，使之搭接10cm。

（2）復(fù)合土工膜的鋪設(shè)方法

在土壩上游壩面鋪設(shè)復(fù)合土工膜有兩種方式，一種是順壩軸線方向鋪設(shè)（順鋪）；另一種是垂直壩軸線方向鋪設(shè)（橫鋪），在實(shí)際應(yīng)用中采用橫鋪法。一般情況下，將土工膜鋪至設(shè)計(jì)高程。在內(nèi)壩腳處，開挖截水墻至弱風(fēng)化層，現(xiàn)澆C20混凝土截水墻，進(jìn)行壩基防滲，在壩體與山體的結(jié)合部清基開槽至風(fēng)化層，用C20混凝土現(xiàn)澆固定。

（3）復(fù)合土工膜的鋪設(shè)技術(shù)要求

鋪設(shè)應(yīng)在干燥暖和天氣進(jìn)行，為了便于拼接，防止應(yīng)力集中，復(fù)合土工膜鋪設(shè)采用波浪形松馳方式，富余度約為1.5%，攤開后及時(shí)拉平、拉開，要求復(fù)合土工膜與坡面吻合平整，無突起褶皺，施工人員應(yīng)穿平底布鞋或軟膠鞋。施工時(shí)如發(fā)現(xiàn)土工膜損壞，應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)。

四、復(fù)合土工膜施工質(zhì)量控制

復(fù)合土工膜的鋪設(shè)，是工程施工的關(guān)鍵。施工質(zhì)量控制包括材料采購、進(jìn)場原材料質(zhì)量控制、施工操作過程控制、施工完質(zhì)量檢測。

1.原材料質(zhì)量控制

進(jìn)場的復(fù)合土工膜必須有廠家提供的合格證書，性能及特性指標(biāo)和使用說明書。復(fù)合土工膜進(jìn)場后，隨機(jī)抽取復(fù)合土工膜對(duì)其性能指標(biāo)進(jìn)行復(fù)測。

2.施工操作過程控制

復(fù)合土工膜鋪設(shè)前應(yīng)做好施工組織設(shè)計(jì)，經(jīng)監(jiān)理批準(zhǔn)后使用。拼接中復(fù)合土工膜焊縫質(zhì)量是拼接關(guān)鍵，施工中尤其要加強(qiáng)接縫檢測。復(fù)合土工膜鋪設(shè)要與保護(hù)層鋪設(shè)相協(xié)調(diào)。

焊接全部在現(xiàn)場進(jìn)行，要求天氣晴好，風(fēng)力3級(jí)以下，嚴(yán)禁在雨天、高溫和嚴(yán)寒天氣下施工，焊接基底表面應(yīng)干燥，焊接前用電吹風(fēng)吹去膜面上的砂子、泥土等臟物，再用干凈毛巾擦凈，保證膜面干凈，在焊接部分的底下墊一條長木板，以便焊機(jī)在平整的基面上行走，保證焊接質(zhì)量，正式焊接前，應(yīng)先根據(jù)施工氣溫、PE膜厚度，利用相同材質(zhì)的PE膜進(jìn)行試焊，施焊溫度為220℃～300℃，掌握好的焊接機(jī)溫度及行走速度，確定好施工工藝參數(shù)，再進(jìn)行正式施工，焊縫應(yīng)透明、平整、順直、連續(xù)。拼接焊縫兩條，每條寬10mm，兩條焊縫間留有10mm的空腔，用此空腔檢查其焊縫質(zhì)量。

五、復(fù)合土工膜在水庫防滲漏工程應(yīng)用中的主要優(yōu)缺點(diǎn)

1.優(yōu)點(diǎn)

解決了山區(qū)水庫大壩缺少粘土防滲材料的矛盾，且土工膜整體性強(qiáng)、防滲效果好；施工方便，工期短，減少了壩體大面積開挖，避免影響壩體安全；技術(shù)控制簡單；減少投資，與其他方案比較，一般均節(jié)約投資20%～30%。

2.缺點(diǎn)

土工膜焊接工藝要求高，接頭是防滲的薄弱點(diǎn)；土工膜很薄，施工過程中易破，必須謹(jǐn)慎施工。

六、結(jié)語

舒城縣共有40多座水庫先后采用了土工膜防滲處理，經(jīng)過近年來的蓄水運(yùn)行，大壩內(nèi)坡混凝土預(yù)制塊護(hù)面平整，沒有出現(xiàn)護(hù)面下滑、塌陷，壩后無滲水點(diǎn)，防滲效果較好。土工膜防滲技術(shù)在水庫大壩除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用，很好地解決了該縣水庫大壩滲漏處理上的一些技術(shù)難題，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值

安徽省舒城縣小水電開發(fā)公司 231300）