复合土工膜在锦屏县虎形水库除险加固工程中的应用

2014-10-28杨政勇

黑龙江水利科技 2014年2期

杨政勇

(贵州省水利水电基本建设工程处，贵阳550025)

1 工程概况

虎形水库工程始建于1975年10月，开工修建期间受当时自然、环境等因素的影响，直至1983年9月基本建成。大坝为均质土坝，坝顶长91.5 m，坝顶宽度4.0 m，坝顶高程为634.10 m，正常蓄水位631.0 m，死水位610.00 m，大坝迎水面平均坡比为1∶2.29，最陡段为1∶1.7，背水面平均坡比为1∶1.55，坡度偏陡。

水库建成后，由于存在的问题较多，水位一直限蓄在628.0 m 高程以下，很少满蓄。当水位达到627.00 m以上时，背水面在619.0 高程左右就发现“冒汗”现象，经勘察和调查，坝体背水面有数处渗水点或渗水痕迹，在上、下游坝坡面上发现的小沉降或塌陷多达20 余处，且在下游面坝趾有一股上升泉出露，流量达11 L/s，流量稳定，实测坝趾下游的总渗流量为27 L/s。

根据存在坝坡比偏陡，浸润线出逸高达坝高1/2左右，坝身及坝基渗漏比较严重，说明大坝存在着较多的危险隐患，如长期高水位运行，下游坝坡将产生滑坡和管涌的可能。

经过专家组现场检查、安全鉴定，通过对该水库大坝安全各方面的综合评价，鉴定虎形水库大坝属三类坝，需对水库进行加固处理。

2 除险加固设计方案的选择

通过多方案经济、技术比较，结合本工程的坝体材料与施工条件等实际情况和类似工程的处理经验，设计选定采用复合土工膜处理土坝渗漏的整治方案。

对坝体上游进行土工复合膜防渗处理，沿上游坝基周边布置C15 混凝土截水墙，并对基础进行帷幕灌浆处理;改造和加固原灌溉放水设施;对大坝边坡进行整形处理，对下游排水棱体进行置换且增设部分干砌石排水处理。

加固后坝顶高程为634.10 m，坝顶宽4.0 m，前坝坡为1∶2.0 ～1∶2.73 ～1∶3.3，在前坝坡620.10 m高程处设1.6 m宽的马道，后坝坡坡比1∶2.0 ～1∶2.0 ～1∶2.5，在前坝后坡610.80 m、614.80 m、623.50 m、高程处设1.6 m宽的马道。

3 复合土工膜防渗结构设计

复合土工膜防渗结构设计包括3个方面的内容:

3.1 复合土工膜规格选择

按国家现行有关标准的规定及本工程综合分析计算，坝坡防渗层采用规格为200g/0.4mm/200g 复合土工膜(两布一膜)，幅宽均为6 m。

3.2 复合土工膜防渗体结构层设计

复合土工膜防渗结构自上而下依次为C15 混凝土六边形预制块(边长25 cm、厚10 cm)防护层、20 cm厚粗砂保护层、土工复合膜(二布一膜)防渗层、10 cm厚细砂垫层、清除原坝面干砌块石后的坝面支持层。

为防止坝面沿土工膜接触面滑移，分别在上游坝坡627.73 m、620.10 m、616.25 m、高程处设置防滑键槽［1］。

3.3 复合土工膜防渗系统稳定复核

复合土工膜防渗系统稳定复核包括土工膜水力计算和土工膜稳定计算两个部分:

3.3.1 土工膜水力计算

正常渗透量按《聚乙烯(PE)土工膜防渗工程技术规范》SL/T231—98 式(2.4.1)计算公式为:

式中:Q 为正常渗透量，m3/s;K 为PE 土工膜渗透系数，为10－14m/s;A 为PE 土工膜渗透面积，本工程为4 610 m2;ΔH—PE 为土工膜上下水位差，本工程为32.08 m;δ 为PE 土工膜厚度，本工程为0.4 mm。

将各已知数代入上式计算得正常渗透量Q =3.70 ×10－6m3/s。

3.3.2 土工膜稳定计算

PE 土工膜与膜上保护层之间的抗滑稳定按《聚乙烯(PE)土工膜防渗工程技术规范》SL/T231—98式(2.4.2)计算公式为:

式中:K 为抗滑稳定安全系数;f 为PE 土工膜与膜上保护层之间的摩擦系数，采用工程类比法，取f =tg29°，α 为坝坡坡角，°，本工程α =26.6°。

将各已知数代入上式计算得PE 土工膜与膜上保护层之间的抗滑安全系数K =1.11。PE 土工膜与膜上保护层之间的抗滑稳定安全系数不能满足SL274—2001《碾压式土石坝设计规范》有关正常运用条件下K =1.25 的要求。

为防止坝面沿土工膜接触面滑移，分别在上游坝坡627.73 m、620.10 m、616.25 m高程处设置防滑键槽，满足防滑稳定要求。

4 复合土工膜防的施工

复合土工膜铺设的工艺流程为:施工准备→复合土工膜铺设→复合土工膜拼接→保护层铺设。

4.1 施工准备

施工准备包括以下3 点:

4.1.1 复合土工膜质量检测

在工程正式开始施工之前先对于复合土工膜的质量进行检测，只有在确定了其质量完全符合各项检测标准以后才能够使用材料参与施工。具体的检测可以委托当地的相关材料质量检测部门进行检测，以确保检测结果的准确可靠。

4.1.2 复合土工膜制作

复合土工膜在制作时就考虑到了施工场地的复杂，因而其具有一定的韧性，不会轻易被刺破，但是在水库的使用中有时候会因为水较多，水头较大使得其被一些尖锐的物体刺破。

在进行水库的上游施工时应当先将原有护坡块石拆除，清除坝面杂物、草皮，然后按设计要求采用人工自上而下的工序开挖原坝坡土方，再按设计坝坡比回填、碾压黏土。黏性土支持层表面平整光滑达到设计平整度要求后，经监理工程师验收合格，可进行下一道工序施工。土质基底的干密度≥1.4 t/m3。均匀误差≤10%。基底阴、阳角修圆半径应≥50 cm［2］。

4.1.3 土工膜的拼接

在施工过程中一切应当以施工的质量为保证，因而在施工时应该尽量减少其拼接量，在设计时就应当尽量计算好所需的土工复合膜的大小，尽量减少不必要的拼接。在施工时应当将已经计算好的土工膜裁剪好以后卷于钢管表面，然后人工进行铺设。

4.2 复合土工膜的铺设

主要包括2个方面的内容:

4.2.1 复合土工膜的铺设方法

复合土工膜的铺设方法为采用上游坡面自上而下，垂直与坝轴线方向铺设。

由于薄膜表面光滑于砂土间的摩擦系数小于土石料的内摩擦系数，对坝坡稳定不利。为防止土工膜与坝体接触面的滑动，上游坝面增设防滑齿槽，将土工膜放入槽沟内，其上用混凝土预制块作齿压膜，以防止膜面滑动，如图1 所示。

复合土工膜与周边连接采用混凝土槽固结，即将复合土工膜嵌固在混凝土齿槽内，如图2 所示。

4.2.2 复合土工膜的铺设技术要求

在进行土工膜的铺设时应当保证其平铺，在铺设时以波浪式的方法进行铺设，应当留有一定的富余，一般的富余度大概在1.5%左右。在完全摊开以后就应当及时的对其近拉开铺平，避免其发生重叠，更不能存在褶皱与突起。对于相关的铺设人员应当按规定进行着装，对于鞋应当统一穿平底鞋，不允许穿钉鞋，以免破坏土工膜。对于施工过程中发现的土工膜存在破损的部位应当及时进行修补［3］。

图1 坝面防滑槽图

图2 上游周边左右截水墙大样图

4.3 复合土工膜的拼接

为了加快焊接施工进度和提高焊接质量，采用先在平地上拼接焊好后再运到坝面上铺设、焊接，每条焊缝正式施焊前，先用长100 cm，宽20 cm的复合土工膜料进行试焊，目测缝合格后方可正式施焊，并把目测合格的试焊样品进行拉伸强度检测。本工程采用热熔焊法，搭接缝采用专用焊缝机焊接合格，焊缝搭接宽约10 cm。

土工膜焊接的质量好坏是整个工程中最为重要的一个环节，因而对于其焊接工作一定要重视，应当由专业人员运用专门的焊接设备进行作业，确保其焊接的质量。