二道沟水库全库盘防渗设计及施工分析

2019-10-25史录兵

陕西水利 2019年9期

史录兵

（新疆昌吉方汇水电设计有限公司，新疆昌吉 831100）

水库工程是水利工程的主要组成部分，对防洪、灌溉起到重要的作用。二道沟水库总结了新疆平原水库的建设经验，同时也参考了国内其他地区的相关经验，严格按照《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）、《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》（SL 189-2013）规范执行，在水库设计过程中同时兼顾规划、勘察、施工和运行管理的基本要求。本文对二道沟水库的库盘防渗进行设计及施工分析。

1 工程概况

二道沟水库位于呼图壁县城北部，库区邻近芳草湖六场及111团，水库主要任务为冬季存蓄中水（呼图壁县城及新兴工业园区污水处理厂的中水），将水量调蓄至春夏季用于下游4.37万亩的生态林灌溉。水库总库容580万m3，最大坝高7 m。水库为小（1）型水库工程，工程等别Ⅳ等，主要建筑物级别4级，次要建筑及临时建筑物级别5级。

水库地处河流冲积平原下游，周边地形开阔，多为农田耕地及荒滩，周边无低于库区的邻谷，不存在邻谷渗漏问题。主要利用天然地形、洼地进行蓄水，库盘出露地层岩性主要为第四系低液限粉土、粘土及粉砂层，根据土工试验，低液限粉土渗透系数平均值为4.8×10-4cm/s，属中弱透水层，低液限粘土渗透系数平均值为3.6×10-5cm/s，属弱透水层，粉砂层渗透系数为2.3×10-3cm/s，属中等透水层。

根据水库库区分布地层结构及地下水出露情况，库区范围内地下水埋深较浅，水库蓄水初期主要以垂直渗漏为主，当地下水位以上土体达到饱和后，库水主要沿粉土及粉砂层以侧向渗透为主。

1.1 水文气象

二道沟水库工程所在区域属于重温带大陆性干旱气候，多年平均气温6.8℃；多年平均降水量174.9 mm，多年平均蒸发量为2182.7 mm，多年平均风速3.1 m/s，多年平均最大风速20 m/s，均为偏西风，最大冻土深度1.46 m。

二道沟水库水源为工业园区污水，两座污水处理厂合计处理污水规模将达到5.0万m3/d。污水处理过程损耗率按照10%计，则中水可利用量为4.5万m3/d；污水处理厂至二道沟水库之间管道损失率按照5%计算，可得二道沟水库日入库水量为4.28万m3，年入库水量为1560.38万m3，见表1。

表1 二道沟水库中水量计算成果表单位:万m3

1.2 地质情况

场区地质构造单元上属准噶尔-北天山褶皱系（Ⅱ）、准噶尔坳陷（Ⅱ2）中玛纳斯坳陷构造单元中，处于北天山北麓、准噶尔坳陷南缘的新生带坳陷中。受新构造运动的影响，区域范围内断裂构造较发育，但主要分布于库区上游南部山区，其中距工区较近的区域性活动断裂为吐谷鲁断裂，该断裂位于库区以南约70 km，对库区构造稳定影响不大。

根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015）（1/400万），库区地震动峰值加速度值为0.10 g，对应地震基本烈度为Ⅶ度，见图1。

图1 工程场区地震动峰值加速度区划图

2 库盘防渗方案设计

初步估算水库渗漏量Q=7218.4 m3/d，蓄水期按180天计算，年渗漏量Q年=129.93万m3，因此库盘渗漏量较大，由于该水库主要存蓄污水处理后的中水，为防止地下水遭到污染，本次设计对全库盘进行防渗处理[1]。

本次设计采用复合土工膜（200 g/m2/0.5 mmPE/200 g/m2）对水库库盘防渗，总铺膜面积约183.0万m2。

2.1 库盘处理

（1）库盘土工膜的铺设应对库盘表层清理，首先采用大马力机械对库盘进行耕翻，对库区内的较大草根、树根、石子拾捡并清除。然后再用爬犁清除库盘内较小草根、树根。

（2）推平库底，不能出现库底坑坑洼洼、高低不平的现象。

（3）库盘局部地区高差较大，应做削坡处理，处理后的边坡不能大于1∶4，以利于覆盖层的稳定。

（4）铺膜前需做碾压处理，碾压后使表层0.5 m深度范围内粉土层压实系数不小于0.96。

2.2 库盘铺膜

（1）库盘铺膜采用复合土工膜200 g/m2/0.5 mmPE/200 g/m2，沿着垂直坝轴线的方向铺设，膜宽6 m，膜搭接长度0.12 m，库盘设横向土工膜搭接槽，槽深50 cm，搭接方法采用焊接，土工膜指标，见表2。

表2 PE复合土工膜物理力学性能指标要求

（2）坝体相连的部分，在前坝脚阻滑体1.5 m处开挖土工膜埋设槽，埋设槽深50 cm，槽内库盘铺膜与坝体复合土工膜相连，搭接方法采用焊接，见图2。

图2 坝体前坝脚大样图

（3）铺膜前应完成锚固槽的开挖并通过基础锚固槽开挖的验收。基础锚固槽的开挖尺寸断面形式应符合施工图纸要求。

2.3 膜顶覆盖层处理

为保护膜顶不被冲刷、日晒、划刺，膜顶需设置保护层。保护层选用库盘土，要求当天铺设，当天覆盖。覆盖厚度选用0.5 m。

4 库盘防渗施工

4.1 库盘防渗施工处理

（1）两岸台地上红柳、梭梭等植被较多，库盘铺膜前应全部清除。初步考虑先采用大型拖拉机对库区进行犁地处理，犁地深度不小于30 cm。然后采用农用耙地机进行耙地处理，并配合人工将翻犁出的植被清理干净。

（2）植物根系、石子等易扎破防渗膜的杂物清理干净后，对铺膜区的土体进行分区推运，推土深度不小于50 cm，然后对原基面进行平整夯实，要求夯土体压实系数不小于0.96。

（3）应尽量推平库盘，并对垫层坡面布置6 m×50 m网格平整度测量，偏差不得超过设计铺膜线1 cm。

（4）局部地区高差较大，应做削坡处理，处理后的边坡不能大于1∶4，以利于覆盖层的稳定，见图3。

图3 库盘局部削坡整平坡大样图

4.2 库盘铺膜施工

库盘防渗复合土工膜采用两布一膜(200 g/m2/0.5 mmPE/200 g/m2)，其中土工布采用长丝纺粘针刺非织造土工布，其标准按《土工合成材料长丝纺粘刺非织造土工布》（GB/T 17639-2008）。库盘铺设土工膜采用布下、膜上方式铺设，膜幅宽6 m，膜搭接宽度0.10 m，搭接方法采用焊接。极限铺膜长度不能超过200 m。土工膜焊接采用热楔型双缝焊接机，为保证焊接质量，应根据大气温度，风速变化，调节焊接温度与行走速度。因此，每天早、晚与中午应通过试验调置不同的温度与速度。如采用聚氯乙烯土工膜，可采用粘接法，要求粘贴牢固、均匀、可靠，拼接前应将拼接带部位擦拭干净，以保证接缝密合质量[2]。

土工膜的局部补漏，采用胶粘法，粘结胶应不溶解于水，粘接前应清洁粘接部位，边涂胶，边贴合，并用砂袋慢慢拖压，使接缝贴合牢固。粘接后，应进行质量检查，若发现漏胶部位，应立即补胶。

铺设时务必使膜与坡脚妥贴，施工时发现损伤，应及时修补，密切注意防火，焊接时采用充气法进行检测，充气压力不小于0.05 MPa，气带隆起时间不小于10 min。

焊接、胶接质量应通过抽样作拉伸试验，拼接强度要求不低于母材强度的80%，抽样部位与数量根据具体情况决定。选择的膜料质量必须复核相关规范要求，严禁使用废料及回收料。