浅谈粘土防渗与复合土膜防渗在水利工程的优缺

徐天下

摘 要：在水利工程施工过程中，水库大坝是水利工程中常见的建筑，为了保证大坝的安全，需要提高水库大坝的防渗设计，提升水库大坝的质量。基于此，本文对粘土防渗与复合土膜在水利工程的优缺点进行探讨。

关键词：粘土防渗 复合土膜防渗 水利工程 优缺

1.粘土防渗和复合土膜防渗的发展和应用范围

1.1粘土防渗的发展和应用范围

当前，土坝是我国水利施工中使用非常广泛的坝型，主要有粘土心墙坝、均质土坝、混凝心墙坝等。在击实原理、固结理论和有效应原理的逐渐发展下，土石坝工程建设得到了快速的发展，各种砂砾石、土、石渣等施工材料都可以很好的进行压实处理。一般情况下，粘土防渗对地基基础要求较其他防渗材料低，当地基发生微量变形时，粘土在其自重作用下会自行愈合，若当地土料丰富、基础覆盖较深，可以使用粘土进行防渗。

1.2复合土工膜的发展和应用范围

复合土工膜是无纺布和塑料薄膜合成的一种土工防渗材料，其防渗性能主要是由塑料薄膜的防渗性能决定的。具有延伸线好、质地柔软、适应变形能力高、耐低温腐蚀等优点。相较于普通的土工膜，复合土工膜的经纬线交叉点不会出现弯曲，抗拉强度大、延伸率低，是目前国际上一种高水平的防渗材料，特别是在防洪抢险工程中可以取得良好的防渗效果，受到了广大工程人员的高度重视。

2.工程概况

乐秋河水库是一座以农业灌溉为主兼顾人畜饮水及工业供水综合利用的水利枢纽工程。水库坝址以上控制径流面积118km2，水库正常蓄水位1766.00m，总库容2382.60×104m3。水库坝址距南涧县城约25km，距昆明市约366km。枢纽主要由大坝、溢洪道、导流泄洪输水隧洞组成，工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等。大坝为粘土心墙风化料坝，坝顶高程1771.50m，心墙建基面最低高程1692.00m，最大坝高79.50m，坝轴线长约277m，坝顶宽10.0m，总填筑方量138.9万m3。坝基防渗采用主副帷幕灌浆进行处理，心墙基础进行固结灌浆处理。

3.大坝度汛坝体设计

3.1防渗土料概况

由于枢纽区所涉及的天然建筑材料主要有防渗土料、风化坝壳料、混凝土骨料和块石料，开挖料作为建筑物的回填料，剩余部分均作为弃渣处理。

本工程后山3 #土料场位于乐秋河水库下游右岸后山村前缘岸坡，分布高程在1788～1926m之间，相对高差约110m。料场地表覆盖层厚度2.0～4.0m，其中耕植土厚度0.1～0.3m，料场西部陡坡地段覆盖层以含碎石粘土为主，碎石成分以泥岩、粉砂质泥岩为主，含量一般15%～30%，缓坡地段以粘土、砂质粘土为主，含少量碎石；中部及东部以粘土、粉砂质粘土为主。料场有用层以残坡积粘土、砂质粘土、含砾粘土和全风化泥岩为主，掺和少量强风化泥岩，剥离层为上覆耕植土，平均剥离厚度0.3m。该料场塑性指数基本满足规范指标，渗透系数满足规范指标，天然含水率基本满足规范指标，料场可作为防渗土料料源。

3.2导流标准及方式

乐秋河水库坝址两岸山高坡陡，河床较窄，大坝为粘土心墙风化料坝，大坝施工导流采用一次断流、枯期围堰挡水、汛期坝体临时度汛、隧洞导流方式。

导流泄洪输水隧洞：布置于大坝右岸山体内，为圆形有压洞，洞径D=2.5m。泄洪输水隧洞采用“龙抬头”型式与导流洞结合。隧洞总长622.976m，导流洞专用段长324.446m，结合段长298.530m。导流洞进口底板高程为1710.00m，专用段底坡i=0.0177，采用C25钢筋混凝土衬砌，衬砌厚40cm；结合段底坡i=0.0177，采用C30钢筋混凝土衬砌，衬砌厚40cm，出口设消力池进行消能。

上游围堰：采用粘土斜墙石碴围堰，拦洪水位1713.10m，堰顶高程1714.10m，最大堰高8.6m，堰顶宽6.5m，上游坡为1：2.5，下游坡为1：2.0。导流泄洪输水隧洞出口距大坝较远，经计算，施工期间大坝下游洪水位不影响大坝施工，大坝下游不需设置下游围堰。

导流建筑物级别：乐秋河水库工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等，大坝为2级建筑物，溢洪道、泄洪输水隧洞为3级建筑物，次要建筑物为4级建筑物。根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）的规定，大坝施工的导流建筑物为4级。

大坝枯期导流标准：大坝施工围堰为土石围堰，其导流标准为10～20年洪水重现期，结合上阶段审查意见及设计成果本阶段初选导流标准为10年一遇洪水（P=10%），设计洪峰流量24.3m3/s。

度汛标准：大坝为粘土心墙坝，抬头坝汛期度汛拦洪库容V<0.1×108m3，坝体施工期临时度汛标准洪水重现期为20～50年。本阶段初选度汛标准为20年一遇洪水（P=5%），设计洪峰流量142.0m3/s。

结合坝型、水文特点、调洪结果、施工进度安排及有效施工天数综合考虑，本阶段初选大坝枯期施工时段为11月至次年4月，导流流量见调洪演算结果表见表1。

3.3度汛坝体防渗方案比选

3.3.1粘土防渗层的施工特点

1）粘土防渗层的优点：粘土为当地材料，就近取用，工程成本相对不高，粘土施工相对于沥青混凝土、钢筋凝土等，施工工艺简单，施工机具投入少且都为常规设备，粘土防渗对地基要求不高，开挖量相对减少。

2）粘土防渗层的缺点：粘土防渗层具有低渗透性和膨胀性的特点，但是在实际施工过程中，粘土防渗层会被一些有机物污染，在粘土中会产生絮凝物，导致粘性土的渗透系数增加。在使用粘土进行防渗时，需要对有机土进行处理，将渗滤液和有机污染物渗透去除。

3.3.2复合土工膜的施工特点

在工程防渗中应用复合土工膜，可以有效提高工程防渗能力，并且复合土工膜自身重量较轻，容易运输，易操作。可以有效提高施工进度，缩短施工工期，具有良好的经济效益。作为一种新型的防渗材料，在施工时，首先在工程面铺设复合土工膜构成一个完整的坡面防渗系统，然后在顶部设计锚固槽，保证复合土工膜的牢固性和稳定性。复合土工膜施工工艺相对复杂，人工投入大。

3.4粘土防渗和土工膜防渗的投资对比

乐秋河水库度汛坝体斜墙采用粘土防渗和土工膜防渗的投资比较见表2。

经过对比，度汛坝体决定使用采用土工膜（两布一膜）防渗，其上游坡为1：2。

4.结论

总而言之，水利大坝防渗在保证水利工程质量安全方面具有重要意义。本文以实际工程为例，对粘土防渗和复合土工膜防渗进行探讨。研究证明，使用土工膜防渗要比粘土防渗总投资少100万元，具有更好的经济效益和应用价值，并且复合土工膜操作方便，易于运输，施工进度快，更适合在本工程中运用。

参考文献：

[1]柴伟，刘立国.复合土工膜在海伦东方红灌区防渗节水工程中的应用[J].黑龙江水利科技，2011.

[2]王党在，李章浩，王瑞骏.复合土工膜防渗体土石坝渗流有限元分析.人民黄河，26（12），2004：36一37

[3]徐伟.浅谈水利工程中防渗施工技术的应用[J].科技与企业，2012（23）：214.endprint