朱芳芳

(塔里木河流域喀什管理局，新疆 喀什 847000)

0 引 言

由于受限于資金、技術(shù)等原因，各類型年代較久遠水庫防滲加固工程是目前我國眾多地區(qū)面臨的水利治理難題之一，且數(shù)目巨大，因此必須探索防滲效果好、成本低、技術(shù)門檻較低的加固技術(shù)，這就使得垂直塑膜防滲技術(shù)應(yīng)運而生。

1 工程概況

蘇庫恰克水庫位于葉爾羌河西岸中游灌區(qū)，系灌注式平原水庫，主要建筑物由主壩、副壩、放水閘、放水渠、庫外渠、排水渠等組成，屬Ⅱ等大(2)型工程。水庫設(shè)計總庫容1.6億m3，東西壩長21.4km，最大壩高7.7m。蘇庫恰克水庫于1985年投入使用，平均年調(diào)水可達1.3億m3，控制灌溉面積超過7.27萬hm2，產(chǎn)生了極大的經(jīng)濟效益。在2016年中旬，相關(guān)部門監(jiān)測出蘇庫恰克水庫壩體存在滲漏問題，滲透系數(shù)達到3.0×10-3cm/s，需要進行除險加固措施。

2 垂直鋪塑技術(shù)設(shè)計分析

2.1 塑料薄膜基本參數(shù)設(shè)計

1)薄膜力學(xué)指標(biāo)設(shè)計：

塑料薄膜的隔水性、經(jīng)濟性、一定程度變形能力均較好，因此是理想的防滲材料。目前水利工程中常用的塑料薄膜為兩種：聚氯乙烯、聚乙烯，其中后者更耐老化，壽命更長，因此本項目設(shè)計選用聚乙烯薄膜，主要力學(xué)指標(biāo)見下表1所示[1]。

表1 聚乙烯薄膜力學(xué)指標(biāo)

2)薄膜厚度設(shè)計：

在此應(yīng)用薄膜理論公式來計算其厚度t，具體見(2-1)所示[2]。當(dāng)應(yīng)變系數(shù)T<5時，說明薄膜厚度太小，可能被撕裂；當(dāng)T≥5時，說明厚度合適。經(jīng)計算本項目所用薄膜厚度不得低于0.16mm，因此最終選取0.18mm。

T=0.122·Pt·α·ε-0.5

(1)

式中：T為薄膜應(yīng)變系數(shù)；P為薄膜承受的水壓力，kPa；α為薄膜允許最大拉應(yīng)力，kg/cm2；ε為正方形孔隙邊長，m。

3)鋪塑位置設(shè)計：

防滲體的防滲效果除了和結(jié)構(gòu)、材料等有關(guān)外，還和鋪設(shè)位置緊密聯(lián)系。在此本項目采用試驗法來確定最佳鋪塑位置。

經(jīng)過實地勘察：蘇庫恰克水庫大壩壩體壩基深度4.0m以下范圍為亞黏土和黏土，滲透系數(shù)為2.0×10-7cm/s，可看作是不透水層。鋪塑位置設(shè)計為以下兩個方案：①壩腳垂直鋪塑；②壩腳垂直+壩面平鋪，見下圖1[3]。

圖1 壩腳垂直鋪塑(左) 壩腳垂直+壩面平鋪(右)

經(jīng)過對比：方案①相對于無任何鋪塑處理來說，防滲效果較差，僅能減少滲流量的32%-35%；方案②相對于無任何鋪塑處理來說，防滲效果良好，可減少滲流量的70%以上。因此本項目選擇方案②作為最終鋪塑位置。

2.2 開溝造槽機結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

垂直鋪塑技術(shù)的核心工作就是能否開挖出連續(xù)、規(guī)則、尺寸合理的溝槽，而開溝造槽機則是專用設(shè)備，按照機型不同，一共可分為三大類：往復(fù)式、刮板式、旋轉(zhuǎn)式，這三類開溝造槽機均能滿足黏土、砂礫石地層的開溝造槽工作，但應(yīng)用最為廣泛的是刮板式，因此本項目選用該形式造槽機，主要結(jié)構(gòu)如下：

2.2.1 破土開溝結(jié)構(gòu)

面向5G的承載網(wǎng)需求及關(guān)鍵技術(shù) ……………………………………………………師嚴(yán)，王光全，王海軍 24-1-17

刮板式開槽機由鏈架、鏈條、刮刀、輪子、吸砂裝置等組成，具體結(jié)構(gòu)見圖2所示。破土開溝結(jié)構(gòu)包括兩個：一個是利用刮刀將土塊粒刮下并由鏈條帶至地面；另外是利用吸砂裝置將細(xì)粒砂土吸出，主要結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：

1)鏈架優(yōu)化設(shè)計：

刮板式開槽機鏈架+鏈條自重較大，而且鏈條搖晃、抖動比較嚴(yán)重，導(dǎo)致輸砂效率較低。本項目設(shè)計將鏈架靠近工作面一側(cè)做成魚腹形狀，可適應(yīng)鏈條自然垂度，這一小小改進使鏈條受力更加均勻，輸砂效率提高[5]。

2)刮刀設(shè)計：

刮刀作用包括破土和運土，其中坡破土刮刀長度比運土刮刀長3cm左右，直立于刀板之上，其間距根據(jù)開槽卵礫石粒徑、含量確定，在一定程度下間距越小，破土能力越強；運土刮刀一半高度設(shè)計直立于刮板，另一半存在一定曲率，更適合固定砂土，運土刮刀并不是間距越小越好，經(jīng)測定本項目最適合間距為0.5m。

2.2.2 吸砂裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

為了提高開溝效率，本項目設(shè)計在鏈架空腔位置多安裝了幾個喇叭形吸口，利用射流泵將小粒徑砂石加工呈糊狀并吸出，效果良好。本項目所用刮板式開溝機其最大開溝深度可達12m，開溝速度3-5m/h，開溝寬度15-30cm[6]。

圖2 刮板式開溝造槽機結(jié)構(gòu)示意圖

3 垂直鋪塑技術(shù)應(yīng)用施工分析

3.1 開溝造槽施工分析

1)場地及機械準(zhǔn)備：

由于開槽機整體結(jié)構(gòu)為剛性，因此若受力不均容易造成臂桿彎曲、塌槽等問題，所以對施工場地的平整度、堅實度要求較高。本項目要求開槽機2m范圍內(nèi)均通過人工整平壓實，必要地段鋪設(shè)一層鐵板。此外，要求開工前檢查開槽機各部件(尤其是本項目設(shè)計添加部件)是否焊接牢固，環(huán)向焊縫貼焊加強板。

2)槽壁穩(wěn)定措施：

塌槽是最常見的施工問題，為了保證槽壁穩(wěn)定，常用方法是采用較多的泥漿護壁，即在開槽時，向槽內(nèi)灌注一定比重泥漿，起到支撐作用。泥漿比重目前沒有明確的計算公式，且根據(jù)溝槽深度不同，泥漿比重也需要實時調(diào)整。本項目采用(3-1)經(jīng)驗公式并結(jié)合現(xiàn)場試驗確定，具體得到的數(shù)據(jù)見下表2所示[7]。

(2)

式中：F為安全系數(shù)，取值2；r為砂土容重，g/cm3；r1為泥漿比重，g/cm3；φ為砂土內(nèi)摩擦角，°。

表2 不同深度溝槽泥漿比重適合值

3.2 塑膜鋪設(shè)施工分析

1)塑膜鋪設(shè)裝置位于開槽機后部，當(dāng)開槽深度到達設(shè)計值后便開始鋪膜施工。本項目鋪膜方式為垂直鋪膜，要求兩幅膜之間搭接寬度≥1.5m，上部預(yù)留寬度≥0.5m。塑膜深度控制要求達標(biāo)，每隔50m寬度探測1次。

2)一捆塑膜鋪設(shè)完畢后，與下一捆塑膜采用雙線縫合形式連接，要求重疊寬度≥20cm，縫線連續(xù)、均勻。

3)回填溝槽時要求使用粉質(zhì)土，不得含有雜質(zhì)、土塊等，并且要求粉質(zhì)土自然落槽，不得進行人工振搗，經(jīng)過7d后再進行補填。

3.3 垂直鋪塑防滲效果檢測分析

為了檢測鋪塑防滲效果，在滲漏點較嚴(yán)重斷面設(shè)置了測壓管，根據(jù)測壓管水位變化可間接測出防滲效果，具體對比如表3所示。根據(jù)檢測結(jié)果可知：鋪膜后測壓管水位普遍降低1.2m以上，有效減小了水頭，而且滲漏量降低至1.6×10-5cm/s，滿足規(guī)范要求。

表3 鋪膜前后測壓管水位變化 m

4 結(jié) 語

垂直鋪塑防滲技術(shù)相對于傳統(tǒng)防滲墻結(jié)構(gòu)，其成本僅為后者的1/5左右，經(jīng)濟效益顯著，而且施工簡單，特別適合一些高度低、規(guī)模小、平原型等中小型水庫壩體、河堤、垃圾填埋場的防滲加固工程。蘇庫恰克水庫大壩經(jīng)過本次防滲加固后，滲漏量顯著降低，且隨著填土充分吸收水分后，必然還會進一步增加結(jié)構(gòu)體防滲性，因此該技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景。