干旱半干旱山区建设柔性水池的施工方法研究

2018-08-27周鹏敏杨晓佳

安徽农业科学 2018年24期

周鹏敏，李辉，杨晓佳

(1.云南省玉溪市水利建设大队，云南玉溪 653100；2.云南水利水电职业学院，云南玉溪 653100)

柔性水池[1]是利用复合土工膜、黏土、盖层发挥组合作用对水塘、水池全表面进行防渗铺盖保护的容水体。适用于山区或岩溶区小坝塘或人工开挖水池全表层防渗铺盖。不同于传统水池采用钢筋混凝土全衬砌浇筑，而采用柔性黏土垫层、复合土工膜防渗层、黏土和砂保护层、预制块护面层等层层组合的方式发挥铺盖防渗的作用，水池容积一般在3 000～20 000 m3，具有容积大、造价低、施工简便、质量控制标准化、池内清洁容易、防渗性能好等特点[2]，比较适合于干旱山区抗旱保苗用水的水池建设。

1 柔性水池建设地点及材料选择

1.1柔性水池建设地点选择柔性水池建设地点最好选择在有引水水源、距抗旱保苗用水近、地形相对低洼、土质多岩石少的地点，便于机械开挖，以低作塘、高为堤的方式筑塘、池。在灰岩地区，一定要避开溶洞、溶隙及岩溶发育的位置，以免水池建成后发生岩溶塌陷或涌水、排气、吸附作用产生负压造成水池破坏[3]。

1.2建设柔性水池的材料选择首先选择防渗土工膜。用于水库大坝防渗土工膜主要有聚氯乙烯(PVC)膜和聚乙烯(PE)膜，渗透系数一般为10-11～10-12cm/s，极限延伸率在300%以上，比重在0.9～1.3，具有防渗性能高、适应变形能力强、施工简捷、造价低等特点[4]。根据多年实施经验，200 g复合土工膜由于膜面较薄，铺设时容易破损，一般不用，采用400～600 g复合土土膜较为妥当。其次为垫层，垫层可采用黏土或砂，若底基岩为强风化灰岩或软土时，为有利于排水排气，可采用砂垫层，视情况也可采用碎石垫层及砂垫层结合的方式，碎石垫层在下，厚度20 cm；砂垫层在上，厚度10 cm。底部基岩为其他砂泥岩及其强风化物时，采用黏土垫层有利于岩土接合，黏土垫层厚10～30 cm。为利于排水排气，一般在池底部及齿墙底部设置砂管盲沟。

再次选择保护层，在玉溪小农水重点县建设或五小水利建设中[5]，一般采用黏土，有利于铺设保护和就地取材，厚度10～20 cm，采用人工铺平、夯实。黏土质量要求达到塑性指数I≥12，黏土中块石粒径小于2 cm，不含尖锐草根及块石。

最后为表层盖层，四周边坡采用C20菱形预制块，厚度6 cm，整体沿水池地形铺设平整；为保证底部的清洁和稳定，底部可采用C20混凝土浇筑，厚度8～10 cm。为保持预制块稳定，盖层下增加砂垫层，厚度10 cm，采用人工机制砂。

2 主要施工方法

柔性水池复合土工膜防渗铺盖由垫层、防渗层、保护层、盖层组成。先开挖坑塘，边坡坡度一般不大于1.0∶1.5，开挖后要求进行整平、清除块石和杂物后开始铺设垫层。垫层一般为10～30 cm厚的黏土或小粒径的沙土层(最大颗粒直径d≤5 mm)，垫层之上为复合土工膜防渗层，防渗层之上为保护层。保护层一般采用黏土，黏土保护层厚度一般控制在10～30 cm，保护层上为砂垫层，厚10 cm，砂垫层之上为6 cm厚的正六边形预制块，此结构优点为稳定性相对较好、后期管理难度和清淤容易。

在红塔区2013—2015年小农水重点县柔性水池施工中采用了以上方法，建成后施工效果较好，柔性水池的主要施工结构图详见图1、2。

图1 典型柔性水池平面图Fig.1 A plane diagram of a typical flexible pool

3 施工工艺

3.1土石方开挖工艺流程：确定开挖的顺序和坡度→沿灰线切出槽边轮廓线→分层开挖→挖修整槽边→清底。土方开挖过程中应按设计要求的开挖线范围内进行开挖、放坡，控制开挖断面尺寸及底部高程，采用反铲机械开挖。接近设计基面时，应预留0.2～0.3 m厚土层，再用人工开挖清理至设计标高。开挖时技术人员跟班作业，经常检查开挖深度、坡度，跟踪测量控制边坡和墙基，严禁出现超挖现象。开挖后断面尺寸要精确、平顺，无塌方、积水及各种杂物。

3.2垫层铺设坡比按不超1.0∶1.5削坡整形处理，削坡完成后，铺设20 cm厚的黏土垫层(底部为全风化粉砂土可不铺设黏土)(图3)。工艺流程：确定回填顺序→黏土层回填、找平、人工夯实。施工要点如下:①黏土垫层的含水率应控制在最优含水量范围内[6]。②水池坡面黏土垫层由上向下分层铺平并人工夯实。③齿墙槽及水池顶部锚固沟开挖。在坡面与池底结合部开挖结合槽，槽深40 cm，宽度30 cm，沿坡脚开挖，开挖好后，底部铺设10 cm砂垫层，有利于找平和排水。池顶开挖锚固沟，槽宽40 cm，深20 cm，待土工膜铺设完成后浇筑C15混凝土压边。

3.3复合土工模铺设复合土工膜不宜拉得太紧，应留有1.5%的余幅以备局部下沉拉伸。考虑水塘的实际情况，边坡采取从上到下“滚铺”的便利方式(图4)。

相邻条带要求错缝搭，错距控制在1.2 m以上。纵向接头应距离坡脚、弯脚、建筑物或构筑物等1.50 m以上。先边坡后场底、先铺膜后衬砌浇筑建筑物或构筑物。边坡铺设时，展膜方向应基本平行于最大坡度线。

3.3.1铺前检查。土工膜铺设前需对膜下的黏土垫层进行检测和验收，垫层土料质量要达到塑性指数I≥10，土料中块石粒径小于2 cm，不含尖锐草根及块石。

3.3.2边坡的铺设控制。防渗土工膜在边坡铺设前，先对铺设区域进行检查、丈量，将尺寸匹配的防渗膜运至锚固沟平台，铺设时根据现场实际条件，采取从上往下 “滚铺”的便利方式，展膜方向应基本平行于最大坡度线。在扇形区应合理裁剪，使上下端都能得到有效锚固。

图2 典型柔性水池标准剖面图Fig.2 Standard profile of a typical flexible pool

图3 削坡整形及黏土垫层铺设Fig.3 Cutting of slope and laying of clay cushion

图4 土工膜铺设Fig.4 Geomembrane laying

3.3.3场底铺设控制。防渗土工膜在铺设前，先对铺设区域进行检查、丈量，根据丈量的尺寸将与之匹配的防渗土工膜运至相应的位置。铺设时，主要沿着场底长方向进行“推铺”，尽量要求采用“T接”方式，相邻条带错缝搭接，避免出现“┼接”。

3.3.4对正、搭齐。土工膜的铺设不论是边坡还是场底，应平整顺直，避免出现褶皱、波纹，以使相邻两幅土工膜对正、搭齐。搭接宽度按设计要求，一般为10 cm左右。

3.3.5压膜的控制。用砂袋或黏土及时将对正、搭齐的土工膜压住，防止风吹扯动。

3.3.6纵向接缝。边坡段纵向接缝处仅对坡面铺设有要求，接缝处要求上坡段膜在上，下坡段膜在下，并且留有不小于15 cm的搭接长度。

3.3.7土工膜焊接。土工膜的拼接方法分为化学方法和物理方法，物理方法运用较广，物理方法有胶接法和热焊接法，热焊接的原理是通过焊接机把热量传到接头处的土工膜表面使其熔化,在熔化范围内产生分子渗透和交换熔成一体,然后通过滚轮加压,使焊接处熔融区域无明显界面[7]。此法的技术含量和施工要求比较高,非常适合于直线长缝焊接,对土工膜、复合土工膜、高密度聚乙烯(HDPE)防渗膜和低密度聚乙烯(LDPE)防渗膜等热塑性防渗材料都适用。按照加热方式的不同可以将热焊接法分为电热元件焊接法、热熔挤压焊接法、高温气焊法、高频热焊法、超声波焊接法、电磁感应焊接法等。施工现场运用最多的是电热楔焊机法[8]。热楔体是通过热电阻间接加热实现膜焊接的方法,整个过程利用控制系统操作,可以依据不同的材料控制热楔温度保持恒定。焊接时利用热楔将夹在两侧的土工膜加热至熔融状态,随后熔融态的膜在轧辊的挤压下融合为一体,电热楔焊接法几乎适用于所有土工膜的焊接,接缝处材料均匀,焊缝宽度一致,工作效率比较高；但是,受温度、湿度等外界环境因素影响,操作人员的技术差异对施工质量影响较大。复合土工膜正式焊接前应注意以下事项:①必须先进行试验性焊接并检验合格后，才能进行生产性焊接。②把自动焊接机调整到通过试验性焊接确定的最佳参数，在设计要求的搭接宽度条件下，自动焊接，焊缝要求“平整、牢固、美观”。③液体胶黏法只适用于修补和双缝焊接机不能操作的地方用焊枪进行修补。

3.3.8复合土工膜焊接检查。施工现场一般采用充气法检查。单幅土工膜(或单元土工膜)焊接完成，在底部边角穿入直径2 cm塑料管气管，将开口处与气管黏接后充气，充气压力控制在50～200 kPa,静观30 s，气压表不下降为合格[9]。

3.4齿墙槽及锚固沟混凝土浇筑复合土工膜焊接完毕，先将池底土工膜铺平、拉紧并用砂袋压紧，推压至坡面与池底的齿墙槽并固定，沿沟槽现浇C20混凝土，高出池底20 cm。池顶锚固沟混凝土浇筑方式与齿墙槽相同，考虑池顶结构要求，沟顶锚固沟混凝土高出地面30 cm。

3.5黏土保护层回填保护层采用黏土，回填厚度为10 cm。挖运来符合条件的黏土，先由人工仔细清除黏土中的块石、树根、尖锐物和其他杂物，边坡部位由人工从上至下铺设，耙平并夯实。在池底中线铺设木板，木板宽度1.5～2.0 m，作为运送黏土和人员往来的交通道。铺设木板的目的是保护下部复合土工膜不受损害。人工用胶轮车运输黏土，进占法铺设，以免胶轮车破坏土工膜，铺完后人工进行找平、夯实(图5)。