束一鳴

(河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇南京 210098)

由高分子聚合物制成的土工膜和復(fù)合土工膜質(zhì)輕柔軟而易于施工，滲透系數(shù)小而防滲性能佳，延伸率大而適應(yīng)結(jié)構(gòu)變形，因此將其用于水庫(kù)大壩防滲工程是合乎情理的。用于水庫(kù)大壩防滲工程的土工膜以塑料類為主，主要為聚氯乙烯膜(PVC膜)和聚乙烯膜(PE膜)。一般高水頭大壩所用的防滲膜較厚，而厚度大于1mm的PE膜較硬，難以適應(yīng)復(fù)雜施工，因此工程中趨于選擇PVC膜。我國(guó)水庫(kù)大壩土工膜防滲工程自20世紀(jì)80年代以來(lái)逐漸增多，工程規(guī)模逐漸增大，與黏土、混凝土、鋼材等水利工程傳統(tǒng)建材相比，土工膜作為水庫(kù)大壩的防滲構(gòu)件還有較大的發(fā)展空間。國(guó)際上，200 m級(jí)的大壩采用無(wú)保護(hù)層的裸露土工膜防滲已有約20年，突破了“高分子防滲膜易老化、不耐用”習(xí)慣思維的約束。與此相比，我國(guó)水庫(kù)大壩土工膜防滲工程歷經(jīng)三四十年的發(fā)展，已逐漸在水利水電工程中占有一席之地，但發(fā)展相對(duì)滯緩。因此有必要對(duì)我國(guó)水庫(kù)大壩土工膜防滲工程的發(fā)展歷程進(jìn)行回顧和梳理，以促進(jìn)其健康、快速發(fā)展。

1 國(guó)內(nèi)水庫(kù)大壩土工膜防滲工程發(fā)展歷程及特點(diǎn)

1.1 土工膜防滲起源于加固工程

a．遼寧桓仁水庫(kù)為大(1)型工程，庫(kù)容34.6億m3，大壩為混凝土單支墩大頭壩，壩高78.5m，因裂縫漏水于1967年采用2層厚度為1 mm的瀝青聚合物膜粘貼錨固在上游壩面進(jìn)行防滲加固［1］。這是我國(guó)大陸第一座用土工膜防滲加固的大壩，使用了較低端的瀝青聚合物膜。

b．陜西省西駱峪水庫(kù)興建于1958年，1970年正式投入使用。由于地質(zhì)問(wèn)題導(dǎo)致水庫(kù)滲漏嚴(yán)重，滲漏量有時(shí)達(dá)到蓄水量的近1/2。庫(kù)區(qū)發(fā)現(xiàn)塌坑156個(gè)，不規(guī)則裂縫200余條。1978年庫(kù)區(qū)鋪設(shè)3層厚度為0.06mm的PE膜防滲，共鋪膜25萬(wàn)m2，占庫(kù)底面積的50.5%，總投資78萬(wàn)元，1980年5月底完工，水庫(kù)恢復(fù)正常運(yùn)行［2］。該工程在我國(guó)大陸尚缺乏專業(yè)土工膜的年代將農(nóng)用膜作為替代品大量應(yīng)用于水庫(kù)庫(kù)盤(pán)防滲。

c．云南省李家菁砂壤土均質(zhì)土壩為一中型工程，1956年始建，由于碾壓不密實(shí)，導(dǎo)致漏水嚴(yán)重，1987年進(jìn)行防滲處理并加高至35 m，在1∶3的上游壩面上鋪設(shè)規(guī)格為(400 g/m2)/0.15 mm/(400 g/m2)的兩布一膜型復(fù)合膜(400 g/m2的 PET織物，0.15 mm厚的PE膜，以及400 g/m2的PET織物，下同)，復(fù)合膜上面用預(yù)制混凝土板作為護(hù)坡，復(fù)合膜底部埋置在砂卵石地基的黏土截水槽內(nèi)。下游趾貼坡塊石排水體的內(nèi)側(cè)鋪設(shè)無(wú)紡織物作為反濾層。共鋪設(shè)復(fù)合膜17000m2，無(wú)紡織物3000m2，比黏土防滲方案節(jié)省造價(jià)25%，且防滲效果佳［3］。該工程的特點(diǎn):①在膜防滲主要用于土壩加固工程的年代里，將膜防滲應(yīng)用于土壩加高工程中，具有一些新建工程的特色;②為我國(guó)第一座高度超過(guò)30 m以專用復(fù)合土工膜進(jìn)行防滲加固的面膜土石壩。

d．河北臨城水庫(kù)黏土斜墻土石壩高31 m，上游壩坡1∶2.5。工程始建于1958年8月，1960年12月竣工，總庫(kù)容為1.62億m3，為大(2)型工程。蓄水后下游壩面先后出現(xiàn)程度不同的裂縫共計(jì)154條，壩面形成8條滲漏通道，滲漏量達(dá)0.8～0.9 m3/s，不僅水量損失嚴(yán)重，而且威脅大壩安全。1990年在壩面鋪設(shè) 74000 m2的1 mm/(300 g/m2)PVC一布一膜型復(fù)合膜，土工織物面與黏土斜墻接觸，PVC面上鋪砂，再鋪碎石，表面為干砌塊石護(hù)坡，加固后運(yùn)行正常［4］。該工程的特點(diǎn)是第一次將壩面膜防滲加固應(yīng)用于大型土石壩工程中。

e．湖南東江混凝土雙曲拱壩高157 m，底寬35 m，厚高比0.223，壩頂高程294 m，1991年建成，為當(dāng)時(shí)最高的雙曲拱壩。施工中死水位以下部位產(chǎn)生一些較為嚴(yán)重的裂縫，有些裂縫延伸到上游壩面，除采用結(jié)構(gòu)措施處理外，還在拱壩上游面用氯丁膠粘貼面積為2239.5m2、厚度為1.5～2.0mm的氯丁橡膠膜和氯化丁基橡膠膜，膜與混凝土間的抗剪切扯離應(yīng)力為0.85 MPa，抗剝離應(yīng)力為0.22 MPa，平均單價(jià)為62元/m2，施工速度快、造價(jià)低［5］。該工程的特點(diǎn)是在新建混凝土壩施工中直接采用土工膜作防滲處理。

f．主要為西安市供水的石砭峪水庫(kù)為一中型工程，壩高85 m。1971年用定向爆破法將堆石筑壩至高程705 m，該高程以上30 m壩體采用人工搬運(yùn)壩體輪廓線外的爆破塊石進(jìn)行堆筑。1980年初，即壩體堆石體完成9年后施工瀝青混凝土斜墻，蓄水后漏水嚴(yán)重，且1993年7月27日在高程690～698 m的瀝青混凝土斜墻處出現(xiàn)了4.5 m×4.0 m的塌坑，沖走大量塊石，修復(fù)后水位長(zhǎng)期控制在700 m高程以下運(yùn)行(壩頂高程735 m)，給西安市的供水造成嚴(yán)重影響。2001年5月完成(700 g/m2)/1 mm/(700g/m2)PVC復(fù)合膜的壩面防滲加固工程，工期8個(gè)月，比原來(lái)設(shè)置混凝土防滲墻的方案節(jié)省7000萬(wàn)元，且施工簡(jiǎn)便［6］。該工程至今仍為我國(guó)大陸以面膜形式加固的最高堆石壩。

g．青海省海東地區(qū)互助縣本坑溝水庫(kù)位于湟水河的二級(jí)支流上，高程2500 m以上，水庫(kù)以灌溉、防洪為主，大壩為黏土心墻壩，壩高45 m，上游壩坡1∶3，蓄水后壩體及壩肩出現(xiàn)滲漏。2006年9月完成(700 g/m2)/(0.3～0.4 mm)一布一膜型復(fù)合膜壩面防滲加固工程，復(fù)合膜頂部與防浪墻連接，左右岸錨固在弱風(fēng)化基巖上，底部錨固在混凝土防滲墻頂?shù)膲γ鄙希?］。該壩地處我國(guó)高原寒冷地區(qū)，是我國(guó)中小型水庫(kù)大壩采用土工膜防滲加固措施方興未艾數(shù)十年的一個(gè)縮影。

綜上可知:①我國(guó)水庫(kù)大壩土工膜防滲加固工程自1967年算起至今已達(dá)48年，尤其在最近數(shù)年的全國(guó)中小型水庫(kù)土石壩加固工程中，土工膜防滲加固方案具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。②用于大型混凝土壩壩面防滲加固始于1960s，用于大型土石壩壩面防滲加固始于1990 s，相對(duì)滯后。原因?yàn)榛炷翂蔚姆罎B加固只是局部處理，而土石壩一般為整個(gè)壩體甚至還包括庫(kù)盤(pán)的防滲加固，不僅工程量大，而且關(guān)乎整個(gè)工程安全。③土工膜防滲加固工程的發(fā)展遵循由易到難的規(guī)律，例如對(duì)于土石壩，先用于庫(kù)盤(pán)防滲，然后用于壩面防滲。

1.2 土工膜防滲永久工程與臨時(shí)工程并舉

1980 s后期至1990s初期以后，國(guó)內(nèi)相繼建造了相當(dāng)數(shù)量的中等高度(壩高30 m以上)的土工膜防滲大壩及水庫(kù)，與此同時(shí)，許多大型工程的圍堰采用土工膜防滲形式。

a．廣西柳州和平水電站田村堆石壩，壩高48 m，原設(shè)計(jì)為黏土心墻堆石壩，堆石料為砂巖和風(fēng)化砂巖，1989年4月填筑到10 m高度時(shí)，由于連日陰雨且6月將入主汛，心墻必須填筑到25 m高度才能度汛，原計(jì)劃難以實(shí)現(xiàn)。只能在心墻部位改填風(fēng)化料，其上游側(cè)設(shè)置土工膜防滲。采用了維滌織物涂聚氯乙烯的復(fù)合膜，織物厚0.6mm，涂膜厚3mm，1990年建成，工期比原計(jì)劃縮短1年，大壩至今運(yùn)行正常［8］。該壩是我國(guó)第一座高度大于30 m的“芯膜”(類比于黏土心墻)堆石壩。

b．浙江小嶺頭堆石壩，壩高36 m，上下游壩坡均為1∶1.3，在上游無(wú)砂混凝土墊層上鋪設(shè)(250 g/m2)/0.5 mm/(400 g/m2)的PVC復(fù)合膜，保護(hù)層(護(hù)坡)為10 cm厚的預(yù)制混凝土板，1991年開(kāi)工，1994年建成蓄水［9］。該壩是我國(guó)第一座壩高超過(guò)30 m的“面膜”(類比于混凝土面板)堆石壩。

c．甘肅酒泉夾山子水庫(kù)，壩高32.5 m，壩頂長(zhǎng)720 m，壩左右兩岸防滲長(zhǎng)度1700 m，庫(kù)底防滲面積56.6萬(wàn)m2，庫(kù)盤(pán)及兩岸均分別采用厚0.2～0.4 mm的PE復(fù)合膜防滲，膜自下而上在壩面鋪設(shè)26 m，與黏土斜墻連接。該水庫(kù)工程1988年開(kāi)工，1995年竣工蓄水［10］，是我國(guó)第一座膜防滲面積超過(guò)50萬(wàn)m2的水庫(kù);同時(shí)也標(biāo)志著比較低端的玻璃絲瀝青膜退出西部水庫(kù)庫(kù)盤(pán)防滲工程。

d．溫泉水庫(kù)為庫(kù)容2.55億m3的大型工程，地處昆侖山區(qū)深處，海拔 3900 m以上，年平均氣溫-2.9℃，極端最低氣溫-40℃，最高氣溫25.5℃，處于典型的高原干旱寒冷氣候條件下，土壤最大凍深3.13m。礫石大壩高17.5 m，采用上游面(200 g/m2)/0.6 mm/(250 g/m2)復(fù)合土工膜防滲，1993年8月開(kāi)始蓄水，1996年年底竣工［11-12］。該壩為我國(guó)地處近4000 m高程的土工膜防滲大壩，對(duì)高寒地區(qū)缺土或不適宜土料施工的大壩防滲體材料選擇具有啟示作用。

e．陜西神木采兔溝水庫(kù)是以供水為主的中型工程，大壩為面膜砂壩，壩高33.8m。工程位于毛烏素沙漠南緣、黃河支流禿尾河的中游，庫(kù)區(qū)兩岸為沙漠地貌，最大凍土深度146 cm。壩體以附近沙漠砂料填筑，壩上游面與壩趾前200 m庫(kù)盆及兩岸采用(300 g/m2)/0.5 mm/(300 g/m2)PE復(fù)合膜防滲;上游壩坡1∶3.0及1∶3.5，現(xiàn)澆 4 m×4 m、厚度為18 cm的C25混凝土板護(hù)坡;下游壩坡1∶2.5及1∶2.75，采用菱形布置的現(xiàn)澆9.25 m×9.25 m的C25混凝土網(wǎng)格骨架，植物護(hù)坡。2006年8月1日開(kāi)工建設(shè)大壩主體土方及防滲工程，2007年10月底完成，工程于2010年蓄水。該工程的特點(diǎn)是在沙漠地帶就地取砂筑壩，以復(fù)合膜用作壩面、庫(kù)盆及庫(kù)岸防滲的供水水源工程。

f．從1980 s至今，土工膜作為大型工程圍堰的防滲體一直方興未艾。如長(zhǎng)江三峽工程二期上游圍堰(高88.5 m)、福建閩江水口水電站二期上游圍堰(高48 m)均采用混凝土防滲墻防滲，墻頂以上20 m高度內(nèi)采用復(fù)合“芯膜”防滲形式［13］。已建的長(zhǎng)江干流上的溪洛渡工程下游圍堰、向家壩等大型工程的圍堰也采用復(fù)合膜作為塑性混凝土防滲墻頂部的防滲體;待建的諸如雙江口等大型工程的高圍堰也將采用土工膜防滲形式?？梢?jiàn)，土工膜防滲已成為高圍堰上部防滲的主流形式。

1.3 新建大型土工膜防滲工程寥若晨星

盡管從1980 s至今已涌現(xiàn)了大量中小型新建土工膜防滲大壩及水庫(kù)，但新建的大型工程卻依稀可數(shù)。

a．湖北王甫洲水利樞紐為平原低水頭綜合利用工程，水庫(kù)總庫(kù)容3.1億m3，為大(2)型工程。河道兩岸圍堤長(zhǎng)12.6 km，最大堤高13 m。圍堤原設(shè)計(jì)為黏土心墻與鋪蓋防滲，后考慮附近土料屬膨脹性黏土，且運(yùn)距遠(yuǎn)，為方便施工、縮短工期、降低造價(jià)而改用土工膜防滲方案。砂礫石堤體迎水坡坡度為1∶2.75，坡面鋪設(shè)(200g/m2)/0.5mm/(200g/m2)PE復(fù)合膜32.4萬(wàn)m2，下部接0.5 mm/(200 g/m2)一布一膜 PE復(fù)合膜鋪蓋(長(zhǎng)30～105 m，面積為75.4萬(wàn)m2)，復(fù)合膜防滲面積合計(jì)為107.8萬(wàn)m2。堤面采用現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡，鋪蓋采用厚1 m的砂礫石作保護(hù)層。工程于1998年5月開(kāi)工，1999年3月完工。該工程節(jié)省平均運(yùn)距為18 km的黏土用量165萬(wàn)m3，減少了土料場(chǎng)征地，避免了修建運(yùn)輸?shù)缆罚s短工期 2/3;除此之外，節(jié)省直接費(fèi)用約1500萬(wàn)元［14］。該工程是復(fù)合膜防滲面積超過(guò)100萬(wàn)m2的大型工程，為采用膜防滲方案，將該大(2)型工程的擋水建筑物降級(jí)為3級(jí)建筑物，以滿足“3級(jí)建筑物低壩經(jīng)過(guò)論證可采用土工膜防滲體壩”［15］的規(guī)定。

b．目前唯一建于大江大河干流上的大型面膜土石壩為黃河干流西霞院土石壩，為小浪底水利樞紐的配套工程，該壩于2007年建成蓄水。

c．第一座壩高大于50 m的大型面膜堆石壩為四川田灣河梯級(jí)水電站仁宗海面膜堆石壩，壩高56 m，為大(2)型工程的1級(jí)建筑物，2009年建成蓄水。

d．山東泰安抽水蓄能電站上庫(kù)是第一座庫(kù)盆采用土工膜防滲形式的大(1)型工程，裝機(jī)容量100萬(wàn)kW，上庫(kù)壩高100 m，上水庫(kù)主體土建工程于2001年7月開(kāi)工，2005年5月建成蓄水。

e．江蘇溧陽(yáng)抽水蓄能電站是目前在建的庫(kù)盆土工膜防滲水頭最大的抽水蓄能電站，工程裝機(jī)容量150萬(wàn)kW，為大(1)型工程，上水庫(kù)壩高165 m，2008年底開(kāi)工，預(yù)計(jì)2015年建成發(fā)電。

2 代表性土工膜防滲庫(kù)壩工程

2.1 大江大河上的大型工程

西霞院土石壩工程位于黃河小浪底水利樞紐工程下游16km的黃河干流上，為小浪底工程的反調(diào)節(jié)水庫(kù)和配套工程，為大(2)型工程。擋水建筑物由土石壩段、泄水閘段和發(fā)電廠房壩段組成，其中土石壩段長(zhǎng)2609 m，高20.2 m，上游壩坡為1∶2.75，下游壩坡為1∶2.25。由于工程地處河南洛陽(yáng)市，若采用黏土心墻土石壩方案，需征用周?chē)罅扛?，不僅造價(jià)高，而且對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞。盡管規(guī)范［15］規(guī)定“3級(jí)低壩經(jīng)過(guò)論證可采用土工膜防滲體壩”，但該工程還是采用(400 g/m2)/0.8 mm/(400 g/m2)和(400 g/m2)/0.6 mm/(400 g/m2)PE復(fù)合膜的面膜防滲形式［16-17］。

為保證工程質(zhì)量，業(yè)主除派駐復(fù)合膜監(jiān)造外，還與供貨廠商一起改進(jìn)彎曲壩段復(fù)合膜的制造工藝;在施工階段，對(duì)土工膜與底部混凝土防滲墻、土工膜與河床側(cè)混凝土導(dǎo)墻的錨固及鋪設(shè)方式進(jìn)行完善，通過(guò)滲透試驗(yàn)證明錨固方法有效可靠［18］。12.8萬(wàn)m2的土工膜施工從2006年3月開(kāi)始，2007年12月完成。蓄水運(yùn)行1年后，對(duì)防滲膜進(jìn)行檢查，結(jié)果表明土工膜運(yùn)行可靠。該工程建于大江大河干流上且膜防滲壩長(zhǎng)度長(zhǎng)，是重視復(fù)合膜制造質(zhì)量、嚴(yán)控現(xiàn)場(chǎng)施工工藝和施工質(zhì)量的成功范例。

2.2 較高面膜堆石壩工程

四川田灣河梯級(jí)水電站仁宗海面膜堆石壩，為1級(jí)建筑物。壩頂高程 2934 m，壩高56 m，上游壩坡1∶1.8，在厚 6 cm的無(wú)砂混凝土支持層上鋪(400g/m2)/2 mm/(400 g/m2)的 HDPE復(fù)合膜防滲，面積為6萬(wàn)m2，復(fù)合膜上為面積45 cm×45 cm、厚度12cm的互扣預(yù)制混凝土板護(hù)坡。復(fù)合膜與壩頂混凝土防浪墻、壩基混凝土防滲墻、兩岸混凝土趾板的連接采用錨固方式，與混凝土防滲墻的錨固以鍍鋅錨栓+槽鋼為主，兩側(cè)以鍍鋅膨脹螺栓+角鋼為輔［19］。

該工程于2004年開(kāi)工，2009年建成蓄水，是我國(guó)已建最高的面膜堆石壩;雖不建設(shè)在大江大河上，但建筑物級(jí)別高，且建在高程近 3000 m的高原上;不僅重視設(shè)計(jì)，而且重視施工工藝;采用厚2 mm的HDPE膜，施工操作難度較大。

2.3 較高“芯膜”堆石壩工程

云南楚雄州空龍河上的塘房廟水庫(kù)，海拔2400 m，位于寒冷山區(qū)。大壩在初步設(shè)計(jì)階段采用黏土心墻堆石壩，因當(dāng)?shù)匦膲ν亮咸烊缓勘茸顑?yōu)含水量高8.7%，而當(dāng)?shù)貧夂蛴植贿m宜土料翻曬和施工，施工圖設(shè)計(jì)階段改為“芯膜”堆石壩形式。最大壩高 53 m，屬中等高度壩，上下游壩坡均為1∶1.8。復(fù)合防滲土工膜在壩內(nèi)由下而上呈“之”字形鋪設(shè)，土工膜向上下游兩側(cè)方向依次為風(fēng)化砂過(guò)渡料、碎石過(guò)渡層、堆石料，下游風(fēng)化砂和碎石之間設(shè)土工織物反濾［20］。

該壩2000年建成，為我國(guó)當(dāng)時(shí)最高的“芯膜”堆石壩，是在當(dāng)?shù)厝狈m宜防滲土料情況下采用膜防滲結(jié)構(gòu)的堆石壩。

2.4 抽水蓄能電站上庫(kù)庫(kù)盆膜防滲工程

溧陽(yáng)抽水蓄能電站裝機(jī)容量150萬(wàn)kW，上水庫(kù)大壩為高165 m的面板堆石壩。庫(kù)盆填渣厚度0～70m不等，不均勻沉降大，防滲要求高，經(jīng)過(guò)比選采用土工膜與黏土組合防滲，結(jié)構(gòu)布置從上至下依次為碎石護(hù)面層(厚0.3 m)、黏土防滲層(厚4.5 m)、HDPE土工膜(厚 1.0 mm)、砂墊層(厚 0.5 m)、第1層反濾層(厚0.5 m)、第2層反濾層(厚0.5 m)以及過(guò)渡層(厚1.0 m)。

將反濾層與過(guò)渡層作為膜下排氣排水層，并將庫(kù)底開(kāi)挖區(qū)與回填區(qū)的排水分開(kāi)布置。將開(kāi)挖區(qū)的排水再次分成8個(gè)區(qū)，在每個(gè)排水區(qū)鋪設(shè)間距為15 m的主、次排水管，主排水管與排水觀測(cè)廊道相通，滲漏水下滲后經(jīng)過(guò)大壩底部排水層匯集到壩腳外量水堰［21］。該水庫(kù)是我國(guó)第一座庫(kù)盆用土工膜與黏土組合防滲的抽水蓄能電站上水庫(kù)。

2.5 平原水庫(kù)工程

1990 s以來(lái)，山東省為調(diào)蓄供水建設(shè)了許多平原水庫(kù)，如德州的丁東水庫(kù)［22］、濟(jì)南的鵲山水庫(kù)［23］、東營(yíng)的純化水庫(kù)［24］等，均采用復(fù)合膜防滲形式。純化水庫(kù)土壩壩高12 m，壩面和鋪蓋均采用(300 g/cm2)/0.3 mm/(200 g/cm2)PE復(fù)合膜，壩基截滲采用0.3 mm厚PE膜;丁東水庫(kù)壩高9 m，壩面延伸至庫(kù)盤(pán)60 m再連接垂直截滲8.5 m，均采用0.22 mm/(380 g/cm2)一布一膜型復(fù)合膜;而鵲山水庫(kù)的壩基截滲深度8～11 m。此類水庫(kù)采用的復(fù)合膜防滲形式與黏土斜墻+黏土鋪蓋或黏土心墻+混凝土防滲墻等傳統(tǒng)防滲形式相比，具有施工簡(jiǎn)便、工期短、造價(jià)低的特點(diǎn)。

3 土工膜防滲工程國(guó)內(nèi)外發(fā)展差距及其原因

3.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)比

3.1.1 膜防滲碾壓混凝土壩

國(guó)外已有34座碾壓混凝土壩采用整壩面膜防滲系統(tǒng)，其中19座為覆蓋型，15座為裸露型，且裸露型已成為發(fā)展趨勢(shì)［25］。2002年哥倫比亞建成高188 m的MielⅠ壩［26］和美國(guó)2003年建成高97m的Olivenhain壩［27］均采用更加先進(jìn)的壩面“膜+排水”滲控系統(tǒng)，使碾壓混凝土壩體內(nèi)的滲透壓力基本消失，壩體成為名副其實(shí)的支撐體;Olivenhain壩采用了具有土工網(wǎng)的復(fù)合排水系統(tǒng)，成為排除滲入膜后重力水的“高速公路”。

我國(guó)僅有1994年建成的河北溫泉堡碾壓混凝土拱壩(壩高48 m)做了在壩面下部17.5 m高度范圍內(nèi)粘貼復(fù)合土工膜進(jìn)行防滲的嘗試，蓄水后檢查發(fā)現(xiàn)土工膜防滲效果良好［28-29］。

3.1.2 膜防滲堆石壩

1993年建成的法國(guó)Figari壩(壩高35 m，上游壩坡1∶1.7)、2000年建成的Ortolo壩(壩高37 m，上游壩坡1∶1.7)、2000年建成的 La Galaube壩(壩高43 m，上游壩坡1∶2)均采用現(xiàn)澆厚10 cm以上的聚丙烯(PP)加筋混凝土板護(hù)坡，在防滲膜與現(xiàn)澆混凝土板之間為較厚的無(wú)紡織物［30］。

1996年建成的阿爾巴尼亞 Bovilla壩，壩高91 m，坡度1∶1.6，采用復(fù)合膜壩面防滲結(jié)構(gòu)。復(fù)合膜墊層為噴水泥漿的礫石層，墊層上鋪設(shè)3 mm/(700 g/m2)一布一膜型PVC-PET復(fù)合膜，膜上鋪設(shè)800g/m2PP無(wú)紡織物，一方面防止?jié)仓炷涟?護(hù)坡)對(duì)膜造成損傷，另一方面PP纖維可起到加筋素混凝土的作用?，F(xiàn)澆混凝土板6 m×3 m(順坡向長(zhǎng)×壩軸線向長(zhǎng))，壩上部厚20cm，壩下部厚30cm;膜的周邊錨固在混凝土趾板上［31］。

從壩高角度看，我國(guó)的膜防滲堆石壩(土石壩)相比國(guó)外差距并不大，但設(shè)計(jì)水平、施工裝備、施工工藝、施工人員業(yè)務(wù)水平等還有待提高［32］。

3.1.3 其他壩型

國(guó)際上，膜防滲技術(shù)已應(yīng)用于混凝土重力壩、混凝土拱壩、混凝土支墩壩的整個(gè)壩面防滲系統(tǒng)的修復(fù)和接縫的處理。奧地利的K?lnbrein雙曲拱壩(壩高200 m)、意大利的Alpe Gera混凝土重力壩(壩高174 m)，均在壩面承受最大水頭處用土工膜進(jìn)行防滲加固。

據(jù)ICOLD(國(guó)際大壩委員會(huì))2010年統(tǒng)計(jì)，采用膜防滲進(jìn)行加固的混凝土重力壩有32座(其中防滲膜裸露結(jié)構(gòu)31座)，混凝土支墩壩3座(均為膜裸露結(jié)構(gòu))，混凝土拱壩8座(其中防滲膜裸露結(jié)構(gòu)4座)，混凝土連拱壩9座(均為防滲膜裸露結(jié)構(gòu))。我國(guó)采用現(xiàn)代土工膜對(duì)混凝土壩或砌石壩進(jìn)行防滲加固尚處于起步階段。

值得注意的是，上述工程采用防滲膜裸露結(jié)構(gòu)意味著防滲膜無(wú)保護(hù)層，全裸在陽(yáng)光下、空氣中或水中，其裸露工作壽命將與混凝土材料匹配，這是革命性的技術(shù)進(jìn)步，完全顛覆了“土工膜易老化、適用于臨時(shí)工程”的傳統(tǒng)觀念。

3.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展差距緣由

我國(guó)膜防滲加固僅限于土石壩，鮮見(jiàn)混凝土壩;新建大型工程面膜防滲結(jié)構(gòu)很少用于高壩工程中，多見(jiàn)高圍堰工程中。膜防滲堆石壩多數(shù)為30 m以下的低壩，從1990s上半葉的壩高36 m至2000s下半葉的壩高56 m，從小流域小支流走向大江大河，從大型工程的圍堰到大型工程的大壩，花了約20年時(shí)間。總體而言，我國(guó)膜防滲堆石壩起步較早，發(fā)展滯緩，梳理主要影響因素如下:

a．缺乏國(guó)際交流的外部環(huán)境。同樣興起于1980s的鋼筋混凝土堆石壩和碾壓混凝土壩在我國(guó)發(fā)展迅猛，筑壩高度和筑壩技術(shù)已處于國(guó)際領(lǐng)先地位，其中也得益于頻繁而深入的國(guó)際技術(shù)交流。而膜防滲高土石壩技術(shù)，一些國(guó)外承包商申請(qǐng)了專利保護(hù)，從材料供應(yīng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工建造實(shí)行一條龍承包，具體的技術(shù)與建造經(jīng)驗(yàn)不作交流，只作一般的報(bào)道。

b．缺乏自主研發(fā)的內(nèi)部動(dòng)力。在缺少深入國(guó)際交流的背景下，需要從材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)、宏觀特性、制造工藝、工程設(shè)計(jì)方法、施工工藝等方面對(duì)高分子聚合物土工膜進(jìn)行全方位的認(rèn)知和掌握，在國(guó)內(nèi)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制尚在完善的背景下，欠缺自主研發(fā)的動(dòng)力。

c．缺乏規(guī)范的適時(shí)認(rèn)可。早期水庫(kù)大壩膜防滲工程不多，工程經(jīng)驗(yàn)積累不足，相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范作出“3級(jí)低壩經(jīng)過(guò)論證可采用土工膜防滲體壩”［15］的規(guī)定可以理解，而在一些大型工程相繼突破規(guī)范建成且運(yùn)行正常的情況下仍長(zhǎng)期維持苛刻的規(guī)定條款，客觀上滯緩了我國(guó)土工膜防滲工程的發(fā)展。

4 水庫(kù)大壩土工膜防滲工程發(fā)展前景

a．在面廣量大的中小型工程中將得到蓬勃發(fā)展。1998年長(zhǎng)江特大洪水后的堤防加固工程廣泛采用膜防滲方案，在較大規(guī)模的中小型水庫(kù)大壩加固工程中，土工膜防滲加固措施同樣被廣泛采用，一些新建中小型水庫(kù)大壩仍較多采用土工膜防滲方案。隨著中西部區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)家和地方對(duì)水利工程的投入將日益增多，而性價(jià)比高的膜防滲結(jié)構(gòu)將是這些面廣量大的地方中小型水利工程的熱門(mén)選擇。

b．在深覆蓋層大中型工程中具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在深覆蓋層、高地震烈度、缺少合適黏土(或取土嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境)的壩址建堆石壩或以軟巖筑堆石壩時(shí)，鋼筋混凝土面板堆石壩與黏土心墻堆石壩方案將受到限制，而適宜較大變形、質(zhì)量易于控制、造價(jià)相對(duì)經(jīng)濟(jì)、運(yùn)輸及施工相對(duì)方便的土工膜防滲方案具有較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

c．經(jīng)驗(yàn)的積累將使建設(shè)土工膜防滲工程成為常態(tài)。在我國(guó)水庫(kù)大壩工程建設(shè)中，土工膜防滲工程的挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存，隨著建設(shè)經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)儲(chǔ)備的積累，大中型水庫(kù)大壩在方案比選時(shí)將會(huì)順理成章地選擇膜防滲結(jié)構(gòu)。2014年發(fā)布實(shí)施的《水電工程土工膜防滲技術(shù)規(guī)范》［33］總則規(guī)定“防滲水頭大于70 m的土工膜防滲工程，應(yīng)進(jìn)行專門(mén)研究”，表明工程界對(duì)土工膜水庫(kù)大壩防滲工程的信心大增。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)水庫(kù)大壩土工膜防滲工程起源于20世紀(jì)60年代的大壩加固工程，興起于20世紀(jì)80年代的新建大壩工程，長(zhǎng)期在中小型工程中實(shí)踐并積累經(jīng)驗(yàn)。在為數(shù)不多的大型工程中應(yīng)用，大多是因其他防滲形式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)低而不得不突破規(guī)范規(guī)定的無(wú)奈之舉。由于新建高壩大庫(kù)的土工膜防滲工程長(zhǎng)期游離于主流形式以外，以至于相當(dāng)多的從業(yè)人員至今仍持有20世紀(jì)八九十年代關(guān)于“土工膜易老化、不耐用”的慣性思維，而國(guó)際上200 m級(jí)的高壩采用裸露土工膜防滲形式至今已10多年?？梢?jiàn)，在信息傳播交流迅速、廣泛的今天，仍存在著接受信息、認(rèn)知信息滯后的問(wèn)題。土工膜防滲客觀上具有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等多方面優(yōu)勢(shì)，預(yù)測(cè)我國(guó)水庫(kù)大壩土工膜防滲工程將由拾遺補(bǔ)漏的邊緣進(jìn)入具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的主流之中。

［1］顧淦臣.土工薄膜在壩工建設(shè)中的應(yīng)用［J］.水力發(fā)電，1985，11(10):43-50.(GU Ganchen.Application of geomembrane in dam construction［J］.Water Power，1985，11(10):43-50.(in Chinese))

［2］王景佑.塑料薄膜在西駱峪水庫(kù)鋪蓋防滲工程中的應(yīng)用［J］.水利水電技術(shù)，1987，18(2):235-238.(WANG Jingyou.Application of plastic geomembrane for seepage control in Xiluoyu Reservoir Project［J］.Water Resources and Hydropower Engineering，1987，18(2):235-238.(in Chinese))

［3］陶同康，唐仁楠.復(fù)合土工薄膜在李家箐土壩壩面的防滲應(yīng)用［J］.水利水運(yùn)科學(xué)研究，1991(4):429-434.(TAO Tongkang，TANG Rennan.Application of geomembrane/geotexile composite in impervious lining system of Lijiaqing Earth Dam［J］.Hydro-Science and Engineering，1991(4):429-434.(in Chinese))

［4］趙志清.土工膜在我國(guó)水利防滲的首次應(yīng)用［J］.中國(guó)建材防水材料，1991(3):16-18.(ZHAO Zhiqing.Basic application of geomembrane for seepage control system in China［J］.China Building Waterproofing，1991(3):16-18.(in Chinese))

［5］顧淦臣.復(fù)合土工膜或土工膜堤壩實(shí)例述評(píng)(續(xù))［J］.水利規(guī)劃設(shè)計(jì)，2001(3):45-51.(GU Ganchen.Review ofdams and dikes with composite geomembrane impervious structure ［J］. Water Resources and Hydropower Engineering，2001(3):45-51.(in Chinese))

［6］鐘家駒.石砭峪瀝青混凝土面板壩除險(xiǎn)加固［J］.陜西水利水電技術(shù)，2005(1):18-23.(ZHONG Jiaju.Reinforcement of asphalt concrete faced rockfill dam at Shibianyu［J］.Shanxi Hydropower Engineering，2005(1):18-23.(in Chinese))

［7］趙剛.土工合成材料在本坑溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011(9):281-282.(ZHAO Gang.Application of geosynthetics in reinforcement of Benkenggou Reservoir［J］.Modern Agricultural Science and Technology，2011(9):281-282.(in Chinese))

［8］顧淦臣.復(fù)合土工膜或土工膜堤壩實(shí)例述評(píng)［J］.水利規(guī)劃設(shè)計(jì)，2001(2):49-57.(GU Ganchen.Review of dams and dikes with composite geomembrane impervious structure［J］.Water Resources and Hydropower Engineering，2001(2):49-57.(in Chinese))

［9］王高明.小嶺頭水庫(kù)堆石壩復(fù)合土工膜防滲壩面的設(shè)計(jì)與施工［J］.防滲技術(shù)，1995，1(2):29-34.(WANG Gaoming.Design and construction of seepage-proof compound geomembrane surface of the rock-fillat Xiaolingtou Reservoir［J］.Technique of Seepage Control，1995，1(2):29-34.(in Chinese))

［10］閻興武，周學(xué)敏.夾山子水庫(kù)塑膜防滲施工技術(shù)［J］.防滲技術(shù)，1996，2(4):35-38.(YAN Xingwu，ZHOU Xuemin.The engineering technique of construction for controlling seepage with plastic film in Jiashanzi Reservoir［J］.Technique of Seepage Control，1996，2(4):35-38.(in Chinese))

［11］黃海玲，高世榮，彭育會(huì)，等.溫泉水庫(kù)壩體復(fù)合土工膜防滲工程設(shè)計(jì)［J］.防滲技術(shù)，1996，2(2):22-27.(HUANG Hailing，GAO Shirong，PENG Yuhui，et al.Design on impermeable composite geomembrane used in Dam of Wenquan Reservoir［J］.Technique of Seepage Control，1996，2(2):22-27.(in Chinese))

［12］馬正海.高寒壩體復(fù)合土工膜防滲施工技術(shù)［C］//中國(guó)大壩協(xié)會(huì)2014年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集:高壩建設(shè)與運(yùn)行管理的技術(shù)進(jìn)展.貴陽(yáng):中國(guó)大壩協(xié)會(huì)，2014:664-668.

［13］葛益恒，劉秀英，黃保東.水口水電站堆石圍堰土工膜防滲心墻設(shè)計(jì)［J］.水力發(fā)電，1992(2):20-25.(GE Yiheng，LIU Xiuying，HUANG Baodong.Designon geomembrane cored rockfill cofferdam in Shuikou Hydropower Station［J］.Water Power，1992(2):20-25.(in Chinese))

［14］馮俐.復(fù)合土工膜在王甫洲水利樞紐中的應(yīng)用［J］.人民長(zhǎng)江，1999，30(7):12-14.(FENG Li.Application of composite geomembrane in Wangfuzhou Hydro-junction［J］.Yangtze River，1999，30(7):12-14.(in Chinese))

［15］SL274—2001 碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［16］代巧枝，田華祥，鄭春洲.西霞院水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)［J］.河南水利，2004(6):46-47.(DAI Qiaozhi，TIAN Huaxiang，ZHENG Chunzhou.Dam design of Xixiayuan Reservoir［J］.Henan Water Resources，2004(6):46-47.(in Chinese))

［17］劉宗仁，張國(guó)蘭，王登科.西霞院反調(diào)節(jié)水庫(kù)復(fù)合土工膜斜墻砂礫石大壩防滲施工技術(shù)［J］.水利水電科技進(jìn)展，2009，29(6):74-77.(LIU Zongren，ZHANG Guolan，WANG Dengke.Anti-seepage technique for sand-gravel dam with compound geomembrane inclined wallof Xixiayuan Counter Reservoir［J］.Advances in Science and Technology of Water Resource，2009，29(6):74-77.(in Chinese))

［18］束一鳴，張利新，袁全義，等，西霞院反調(diào)節(jié)水庫(kù)土石壩膜防滲工藝［J］.水利水電科技進(jìn)展，2009，29(6):70-73.(SHU Yiming，ZHANG Lixin，YUAN Quanyi，et al.Geomembrane seepage control techniques of Xixiayuan Earth-rock Dam［J］.Advances in Science and Technology of Water Resources，2009，29(6):70-73.(in Chinese))

［19］褚清帥.仁宗海水庫(kù)大壩HDPE復(fù)合土工膜施工技術(shù)［J］.四川水力發(fā)電，2011，30(5):32-35.(CHU Qingshuai.Construction technique on HDPE composite geomembranes at Renzonghai Dam［J］.Sichuan Water Power，2011，30(5):32-35.(in Chinese))

［20］顧淦臣，沈長(zhǎng)松，朱晟，等.塘房廟復(fù)合土工膜心墻堆石壩的設(shè)計(jì)、施工和應(yīng)力應(yīng)變有限元分析［J］.水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2004，23(1):21-26.(GU Ganchen，SHEN Changsong，ZHU Sheng，et al.Design ＆ construction and stress strain analysis by FEM for Tangfangmiao Rockfill Dam with composite geomembrane core［J］.Water Power Journal，2004，23(1):21-26.(in Chinese))

［21］寧永升，馮樹(shù)榮，胡育林，等.土工膜黏土組合防滲在溧陽(yáng)抽水蓄能電站中的應(yīng)用［J］.水利水電科技進(jìn)展，2009，29(6):83-86.(NING Yongsheng，F(xiàn)ENG Shurong，HU Yulin，etal.Application of composite seepage prevention of geomembrane and clay in Liyang Pumped Storage Power Station［J］.Advances in Science and Technology of Water Resource，2009，29(6):83-86.(in Chinese))

［22］李寶龍，施佩歆，商景華.土工膜在丁東水庫(kù)防滲工程中的應(yīng)用［J］.防滲技術(shù)，1998，4(4):31-33.(LI Baolong，SHI Peixin，SHANG Jinghua.Application of geomembrane in seepage control of Dingdong Reservoir［J］.Technique of Seepage Control，1998，4(4):31-33.(in Chinese))

［23］姜克春，尹正平，劉戰(zhàn)軍.土工膜在鵲山調(diào)蓄水庫(kù)防滲工程中的應(yīng)用［J］.山東水利，2002(4):22-23.(JIANG Kechun，YIN Zhengping，LIU Zhanjun.Application of geomembrane in seepage control of Queshan Regulating Reservoir［J］.Shandong Water Resources，2002(4):22-23.(in Chinese))

［24］戚瑞安.平原水庫(kù)深水高壩防滲施工技術(shù)研究［J］.中國(guó)水利，2006(10):47-48.(QI Ruian.Studies on seepage prevention technology in the construction of deep-water high dam in plain areas ［J］.China Water Resources，2006(10):47-48.(in Chinese))

［25］The International Commission on Large Dams.Geomembrane sealing systems for dams:design principles and return of experience［R］.Paris:International Commission on Large Dams，2010.

［26］MARULANDA A，CASTRO A，RUBIANO N R.Miel I:a 188 m high RCC dam in Colombia［J］.The International Journal on Hydropower ＆ Dams，2002，9(3):76-81.

［27］KLINE R.Design of roller-compacted concrete features for Olivenhain Dam ［C］//Proceedings of 22nd USSD conference:Dams Innovations for Sustainable Water Resources.Denver:United States Society on Dams，2002:23-34.

［28］楊鳳臣，王義豐，高建中，等.溫泉堡水庫(kù)碾壓混凝土拱壩設(shè)計(jì)與運(yùn)行［C］//96’碾壓混凝土筑壩技術(shù)交流會(huì)論文集.北京:中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)碾壓混凝土筑壩專業(yè)委員會(huì)，1996:256-260.

［29］高建中，景書(shū)達(dá).溫泉堡水庫(kù)碾壓混凝土拱壩防滲設(shè)計(jì)與運(yùn)行［J］.水利水電技術(shù)，1998，29(7):22-23.(GAO Jianzhong，JING Shuda.Seepage prevention design and operation of RCC arch dam of Wenquanbao Reservoir［J］.Water Resources and Hydropower Engineering，1998，29(7):22-23.(in Chinese))

［30］CAZZUFFI D，GIROUD J P，SCUERO A，et al. Geosynthetic barriers systems for dams，keynote lecture ［C］/ /PALMEIRA E M. Proceedings of the 9th International Conference on Geosynthetics. Guaruja， Brazil: Brazilian Chapter of the International Geosynthetics Society， 2010: 115-163.

［31］SEMBENELLI P，SEMBENELLIG，SCUEROAM.Geosynthetic system for the facing of Bovilla Dam［C］//Proceedings of Sixth International Conference on Geosynthetics.Roseville，Minnesota:Industrial Fabrics Association，1998:1099-1106.

［32］束一鳴，吳海民，姜曉楨.高面膜堆石壩發(fā)展的需求與關(guān)鍵技術(shù)［J］.水利水電科技進(jìn)展，2015，35(1):1-9.(SHU Yiming，WU Haimin，JIANG Xiaozhen.Need and key technology on development faced rockfill dam［J］.Advances in Science and Technology of Water Resource，2015，35(1):1-9.(in Chinese))

［33］NB/T 35027—2014 水電工程土工膜防滲技術(shù)規(guī)范［S］.