复合土工膜在水库除险加固防渗工程中的应用

2012-04-14艾海提江艾木拜尔

水利技术监督 2012年2期

关键词：坝坡坝段土工膜

艾海提江·艾木拜尔

（新疆和田地区墨玉县水利局，新疆和田 848100）

1 工程概况

吐孜乌达克水库位于墨玉县西北部喀瓦克乡，该水库始建于1964年，原设计库容230万m3，是一座以灌溉为主的小(1)型引水注入式平原水库。

水库主要建筑物有大坝、进水闸、放水涵洞、引水渠和放水渠。坝型为均质土坝，大坝全长3825m，最大坝高5m，坝顶高程1242.35～1244.3m。

水库目前存在的主要问题是：坝顶高程不满足规范要求，坝体填筑质量差，大坝下游坝坡抗滑稳定不满足规范要求。坝体、坝基渗漏严重，坝体、坝基渗流稳定不满足规范要求。放水涵洞基础未处理，进出口混凝土结构老化，破损严重，闸门锈蚀，止水失效，启闭设施老化。无必要的监测、管理设施等。

鉴于上述问题，水库一直低水位运行，无法满足灌溉需求，严重影响了水库的灌溉效益。

经过对吐孜乌达克水库大坝进行安全鉴定，对该水库进行除险加固是十分必要的。

2 坝体加固、防渗方案设计分析

按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）确定工程等别为Ⅳ等，主要建筑物工程级别为4级，次要建筑物为5级。该水库坝体加固、防渗方案设计采用复合土工膜进行防渗处理，现分析如下。

(1)全坝段坝顶加高整平至1246.00m高程，其中0+000～2+700m段，坝顶上游侧路沿石顶高程为1246.5m，其余坝段路沿石顶高程为1246.2m，坝顶铺设宽4m、厚20cm的碎石路面，路面下游侧设路沿石。

(2)1+210～3+550坝段，坝前坡脚设塑膜（膜厚 0.5mm）防渗铺盖，防渗膜自前坝脚向库盘内延伸15m，膜上覆盖0.5m厚的保护层。

(3)全坝段上游坝坡修正为 1∶2，其中桩号1+210～3+550 m 坝段沿坝坡铺设复合土工膜防渗（一布一膜），膜上设 30cm厚的砂砾石垫层，垫层上浇筑 15cm厚的混凝土防浪护坡，在正常蓄水位以下混凝土防浪护坡上设直径为 10cm的排水孔（孔底做好反滤）。膜上端埋入坝顶开挖的V型槽内，膜下端与铺盖防渗膜采用热熔焊接法连接；0+000～1+210、3+550～3+825m坝段，沿坝坡铺设30cm厚的砂砾石垫层，垫层上浇筑10cm厚的混凝土板防浪护坡。全坝段下游坝坡修整为 1∶2，铺设10cm厚的砂砾石护坡，其中2+900～3+600m坝段坝后设纵向排水沟，下阶段应进一步完善坝后排水系统设计。

3 材料选择及主要技术指标

吐孜乌达克水库大坝防渗材料根据设计要求采用一布一膜复合土工膜[1]，材料主要指标应符合下列要求：密度不低于800kg/m3，渗透系数小于10～12cm/s；破坏拉应力不低于15MPa；撕裂强度不低于50N/mm；断裂伸长率不低于300%。结合该大坝防渗工程坝体土质条件，施工方案、运输条件等，设计中选用0.6mm厚的复合土工膜。

4 防渗结构层设计

4.1 防渗结构形式

复合土工膜厚度相对较薄，承载能力有限，容易破坏。为有效保护和提高复合土工膜在水库土坝坝坡面上的稳定性，防渗结构形式一般设计有防护层、上垫层、土工膜、下垫层、支持层等结构形式[2]。

4.2 结构层设计

(1) 支持层：该水库大坝坝体属碾压成均质土坝，由于坝面经过整平处理，且具有相对较大的密实度，故坝体土层可直接作为支持层，可不专门设置相应的支持层。

(2) 下垫层：通常，设置下垫层结构用于排除土工膜下面的积水、积气，确保土工膜稳定，同时取到保护膜的作用。而吐孜乌达克水库大坝采用了PE复合土工膜，且用于碾压式土坝，故土工膜下垫层可去掉。因为，PE复合土工膜为非织造土工织物，其本身已经可维持膜稳定和排水、排气，而且土工膜的摩擦力也相对较大。

(3) 复合土工膜：复合土工膜是坝体防护防渗功能的主体结构。综合考虑该大坝具体的防渗要求，施工荷载以及使用期间大坝土体可能发生不均匀沉降等因素的影响，采用0.6mm厚度的PE复合土工膜。

(4) 上垫层：由于大坝防护层为钢筋混凝土结构，料材属于粗糙材料，若直接置于土工膜上容易破坏土工膜，所以在复合土工膜上再设置相应的上垫层，上垫层采用30cm厚的砂砾石垫层。

(5) 防护层：为防止大坝坝坡上的水流冲刷，波浪冲击，风化侵蚀，冰冻破坏和遮阳蔽日等，在垫层上浇筑15cm厚的钢筋混凝土防浪护坡层。

4.3 土工膜端部固定

(1) 土工膜与坝顶固定：土工膜沿设计坝坡铺至防洪坝顶，上端埋入坝顶预先开挖的V型槽内，并在固定前设折叠层0.3m，防止温度变化及坝坡沉降应变导致土工膜破裂。

(2) 土工膜与坝肩及基底固定：土工膜与坝肩固定采用倒梯形结合槽法，底宽约0.5m，边坡放坡比例1∶2，上口宽控制在1.20～1.50m范围，并将土工膜伸入端部至少1.20m，分层填土碾压并夯实。膜下端与铺盖防渗膜采用热熔焊接法连接；并在部分坝段沿坝坡铺设30cm厚的砂砾石垫层，垫层上浇筑10cm厚的混凝土板防浪护坡。

5 施工程序设计

5.1 施工准备

按施工技术要求和工期要求设计制定相应的施工组织方案。在正式进行防渗施工前，应按设计指标要求提前选购符合设计参数要求的PE复合土工膜，并进行相应的试验测试，试验结果要满足PE复合土工膜的各项物理力学指标后才能用于施工。

完成大坝坝体加高填土与碾压施工工序后，预先清除施工场地范围内有碍PE复合土工膜安全施工的各种杂物和小型施工机械，并对整个铺设场地进行人工精平处理。

5.2 施工程序

(1)铺设、剪裁：复合土工膜从坝底依次向上沿坡铺设，摊铺时注意张驰适度。整个铺设过程中保持随铺随压，在边缘结合部位应保持基底阳角，阳角修圆半径不超过0.5m。土工膜的剪裁应确保大小尺寸适中，避免不必要的接缝。待前一幅土工膜铺设完成后，铺设后一幅土工膜时应不断调整其边缘走向，确保两块相邻的膜边缘保持对正、搭齐。

(2) 压膜定型，擦试尘土：在铺设搭接好的复合土工膜上铺设30cm厚的砂砾石垫层，一方面作为混凝土防护层的垫层，一方面可用于土工膜定型。同时用干净纱布擦拭土工膜端部尘土，污垢等。

(3) 焊接：在调节好焊接工作状态后，先进行相应的小样焊接试验，当试焊的土工膜接缝满足要求后，才能进行正式施工。当前一幅土工膜铺设完成后，将需要焊接的边缘翻叠(宽度约50cm)，再将后一幅膜反向摊铺在前一幅膜上，至少保证有10cm搭接长度。采用专用的热合焊机进行焊接连接，焊成两条粗约10mm的焊线，焊机在施工过程中应根据环境温度的变化调整焊接温度和移动速度。

通常情况下，焊接温度保持在250℃～300℃，移动速度保持在1～2m/min[3]。每道焊缝焊接完成后，应及时进行质量检测，观察有无漏焊，接线是否被烫损，焊条拼接是否均匀等；同时可采用真空法充气检验焊缝的密封质量。如发现漏气问题应及时排查修补，然后重新复检直到完全密封。最后，将土工布织物缝合。