HDPE膜在鹤壁淇河新区防渗减漏工程中的应用

2013-08-19闫昌明谢菲菲黄河勘测规划设计有限公司

河南水利与南水北调 2013年2期

□庞瑞 □闫昌明 □谢菲菲（黄河勘测规划设计有限公司）

0.引言

淇河在鹤壁新区段共建成天赉拦河坝、育才拦河坝、花窝拦河坝、一级（5 号）拦河坝、高村橡胶坝5 座梯级拦河坝工程，其中天赉拦河坝、育才拦河坝和一级（5 号）拦河坝已成功蓄水，满足规划提出的形成梯级水面的要求。而花窝拦河坝和高村橡胶坝，由于其库底和两岸地质条件复杂，地层具有较强的渗透性。经蓄水试运行，渗漏严重，不能发挥其景观水面的功能，因此需对花窝坝库区和高村橡胶坝库区进行防渗处理。

1.工程概况

淇河属海河流域漳卫河水系，发源于山西省陵川县棋子山方脑岭，于浚县新镇镇淇门村以西的新小河口注入卫河。干流全长约165km，流域面积2142km2，92%属山区。

淇河在将军墓西流入鹤壁市境内，鹤壁市境内淇河总长约83km，流域面积288km2。为了提高鹤壁新区形象，改善投资环境，提高城市品位，鹤壁市于2001-2006年期间分别建成了天赉拦河坝、育才拦河坝、花窝拦河坝、一级（5 号）拦河坝，2008年建成了高村橡胶坝。拦河坝蓄水以后，对提高天赉渠灌溉保证率，美化新区环境，提升城市品位以及淇滨乐园的兴建起到了积极作用。

淇河在鹤壁市新区附近修建多座水库，目的是营造湖滨特色。而花窝水库和高村水库工程范围内为第四系全新统（Q4ml）人工填筑及冲积卵石（Q4al）、上更新统（Q3al+pl）冲洪积黄土状轻粉质壤土、中更新统（Q2al+pl）冲洪积重粉质壤土、下更新统（Q1fgl）冰水堆积卵石及粘土和上第三系中新统鹤壁组（N1h）泥灰岩地层，地层透水性较强。由于存在渗漏通道，水库不能蓄水。本工程的主要任务是采取工程措施，减少库区的渗漏，满足花窝水库和高村水库能够蓄水的要求。

2.HDPE 土工膜结构特点

HDPE 土工膜全称“高密度聚乙烯土工膜”，它是以(中)高密度聚乙烯树脂为原料生产的一种防水阻隔型材料，相对于其它复合土工膜，HDPE 土工膜具有优良的耐环境应力开裂性能，抗低温、抗老化、耐腐蚀性能，以及较大的使用温度范围(-60～+60)和较长的使用寿命(50年)。

3.HDPE 土工膜在防渗减漏工程中的设计

3.1 方案比较

本工程高村橡胶坝库区长度约2800m，平均宽度约200m，面积约60 万m2；左右岸坡长度约6000m。花窝坝库区长度约880m，平均宽度150m，库区面积12 万m2；左右岸坡长度约1800m。防渗面积比较大，需进行方案比选。

主防渗层选用土工膜方案，根据目前国内外的发展以及工程应用情况，土工膜在复合土工膜和HDPE 高密度土工膜两种方案中比较。

《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225-98）规定，土石堤、坝防渗土工膜厚度≥0.5mm，对于重要工程应适当加厚。

本工程的几个特点：水库处于山区至平原过渡带，河道比降1/300～1/900，纵比降较陡，防冲刷要求较高。库区内分布有大量砂砾石地层，渗透性很强，上游来水量有限，防渗要求高。库区内有较多的构筑物，土工膜铺设突变处较多，对土工膜的适应变形能力、延伸率等要求高。

基于以上原因，土工膜选用的厚度为，中密度土工膜膜厚1.00mm，高密度土工膜（HDPE 膜）厚度0.75mm 或0.5mm。

土工膜厚度安全系数计算：

采用《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225-98）附录C 的计算方法，，式中，Tf为土工膜的极限抗拉强度，相应应变为εf，ε 为膜的拉应变。

根据本地的地质条件和工程条件，预计膜下地基可能产生的最大裂缝宽度0.05m，则单宽土工膜上产生的拉应力为1.01 kN/m。对于0.75mmHDPE 膜，国家标准规定的屈服强度为11 kN/m，则安全系数Fs=10.9，对于0.5mmHDPE 膜，7.3kN/m，安全系数7.2。对于1mm 厚复合土工膜，国标规定的断裂强度18 kN/m，则安全系数Fs=17.9。

采用0.5mmHDPE 膜、0.75mm 厚HDPE 膜和1mm 厚复合土工膜的抗拉安全系数估算7.2～17.9，大于规范要求的4～5，因此是安全的。

工程总体布置：花窝坝和高村橡胶坝两座水库（库底和库岸）均采用HDPE 高密度土工膜作为主防渗结构，其下铺设细粒土层作为垫层，上部采用格宾护垫或混凝土板作为防护。防护顶高程按照有关规范计算确定，花窝库区防护顶高程85.81m，高村橡胶坝库区防护顶高程为83.50m。

3.2 库底防渗设计

花窝水库挡水建筑物为浆砌石坝，高村水库挡水建筑物为橡胶坝，两座水库库区内地面起伏较大，地形不平整，地表多为砂卵石，局部有粘土和砂，局部地段表层进行整平并回填粘土铺盖（厚度10～50cm 不等）。

首先清除局部的杂草、垃圾等杂物，将整个库区进行库底整平，整平后基础面压实。采取土工膜作为主防渗层，防渗材料采用0.75mm 厚高密度土工膜（HDPE 膜），下部铺设10cm 厚细粒土作为垫层，为防止格宾护垫刺破土工膜，土工膜上再铺设10cm 厚的砂砾石作为垫层，上部采用格宾护垫和混凝土板作为保护层。

3.3 库岸防渗设计

花窝坝库区内基本未进行清理，库岸大部分为原状岸坡，库区右岸边坡较陡（陡于1：2.5），开挖至1：2.5 边坡，采用HDPE 膜防渗，膜上部采用格宾护垫防护，格宾护垫厚度0.23m。坡脚处采用0.5m×0.5m 断面的格宾网箱保护坡脚，岸坡的土工膜与库底土工膜通长铺设。库区左岸边坡较缓（缓于1：2.5），现场看到并了解到，左岸为滨河景区，部分区段已进行整理，因此按照原岸坡进行整平，基础面进行碾压，压实功能≥10t 的振动碾碾压5 遍，采用HDPE 膜防渗，膜上部铺设10cm 砂砾石垫层，外部采用格宾护垫防护，格宾护垫厚度0.23m。坡脚处采用0.5m×0.5m 断面的格宾网箱保护坡脚，岸坡的土工膜与库底土工膜通长铺设。

高村坝库岸边坡大部分已进行过处理。库区右岸大部分区段进行了浆砌石护坡处理，边坡坡度1：0.5～直立，首先采用3 cm 厚的水泥砂浆找平，然后采用具有景观效果的彩色HDPE 膜锚固于边坡浆砌石表层作为防渗层。浆砌石护坡顶部高程低于83.0m 部位，先清理基础，回填至坡顶，铺设10cm 砂砾石垫层，其上先铺设200g/m2的土工布，再铺设0.5mm 厚HDPE 膜，然后铺设200g/m2的土工布，布上先铺设20cm 砂砾石过渡层，外部采用干砌石防护，干砌石厚度0.3m，设计断面见图1。库区左岸边坡局部地段较缓，为淇滨乐园景区，有部分区段为沙滩，处理原则是按照原岸坡进行整平，采用HDPE 膜防渗，膜上部采用干砌石防护，干砌石厚度0.3m。坡脚处采用1.0m×0.5m 断面的干砌石护脚，岸坡的土工膜与库底土工膜通长铺设。库区左岸较直立边坡地段，处理原则采用20cm 厚C20 混凝土护面作为防渗层，挂φ6@150 钢筋网，混凝土与浆砌石之间插筋连接，设计断面见图2。浚大公路桥锥坡附近部位为浆砌石护坡，首先在护坡上抹3cm 厚砂浆进行整平，待砂浆凝固后，再把HDPE膜锚固于浆砌石护坡上。橡胶坝上游约200～300m 范围为混凝土砌块护坡，直接将彩色HDPE 膜锚固于边坡之上作为防渗层，设计断面见图2。

图1 直立式挡土墙防渗典型横断面图

图2 斜坡式挡土墙防渗典型横断图

3.4 高压电杆基础挡墙防渗设计

库区内有两处高压电杆基础，已经采用1：0.5 浆砌石挡土墙防护，墙面采用3cm 水泥砂浆抹平，采用具有景观作用的彩色HDPE 膜锚固于挡墙上。

3.5 高村库区淇河浚大公路大桥桥墩防渗设计

高村库区3+350 桩号左右库底有30 根左右淇河桥墩，考虑到防渗及不影响行洪原因，处理措施为库底土工膜与桥墩锚固，高度>1.0m。

3.6 格宾护垫设计

参照《渠道防渗工程技术规范》（SL18-2004）7.5.9 条的规定，采用土工膜防渗设计时，块石、卵石保护层厚度20～30cm，砂砾石保护层厚度25～40cm。

采用格宾护垫时，由于格宾笼的保护，保护层厚度可适当减小。根据工程经验确定的格宾护垫防护层厚度0.23m，填料粒径60～150mm。护脚处采用0.5m×0.5m 格宾网箱防护。为节约投资，格宾护垫采用格构形式，由宽度1.0m，长度6m 或3m 的标准网箱组合成长12m，宽8m 的格构单元，格构单元中间框格内填粒径60～150mm 卵石，顶部用格宾网封顶。