垂直铺膜防渗技术在分淮入沂堤防加固工程中的应用

孙超君， 高 山， 鲍 耀

(1.江苏省秦淮河水利工程管理处， 江苏 南京 210022；2.江苏省水利工程建设局， 江苏 南京 210094；3.淮安市淮河水利建设工程有限公司， 江苏 淮安 223001)

垂直铺膜防渗技术是堤防防渗处理的常用方法之一，具有造价低、施工速度快、防渗效果好等优点，是典型的隐蔽工程施工方法。该方法不复杂，简单易行，但不能有砂、石等杂质，防渗深度受到施工机械等限制，且因为是隐蔽工程，过程质量控制至关重要。本文以分淮入沂堤防加固为例，就垂直铺膜防渗技术中的施工工艺和质量控制措施进行了探讨。

1 工程概况

分淮入沂工程是淮河下游防洪工程体系的重要组成部分，始建于20世纪50年代，利用淮沭河沟通淮河、沂沭泗流域，是洪泽湖排洪通道之一，与入海水道、入江水道、苏北灌溉总渠、废黄河等工程联合运用，排泄淮河上中游来水，为淮河流域和洪泽湖大堤的防洪安全提供保障[1]。工程自洪泽湖边的二河闸起，沿线经淮安市的清浦区、淮阴区和宿迁市的泗阳县、沭阳县，至沭阳县西关与新沂河交汇处，全长97.5 km。分淮入沂淮沭河东堤为1级堤防，西堤为2级堤防，河道自南向北沿程穿越废黄河、中运河、总六塘河、柴米河，两岸保护面积8 600 km2，耕地45.87万hm2，人口538万。

2 加固处理缘由

分淮入沂工程自南向北分为7个工程地质段，淮阴闸以南的二河东堤为1个工程地质段，堤基土质以粘壤土为主，局部轻粉质砂壤土；淮阴闸以北分为6个工程地质段，堤基以砂壤土为主，夹有粉质壤土、粉质黏土。对分淮入沂堤防进行注水试验分析，发现第一工程地质段堤身堆土、堤基砂性土均为弱透水性；其他工程地质段堤身渗透系数大多在1×10-2～3.4×10-4cm/s，属中等～强透水性；堤基渗透系数大多在5.4×10-3～1.5×10-4cm/s，属于中等透水性(表1)。在高水位行洪时，堤防可能会发生堤下渗漏，甚至背水侧堤脚附近及顺堤河会出现“砂沸”或管涌、流砂现象。

表1 岩土透水性等级

工程运行多年，淮河洪水行洪过程中发现工程的实际行洪能力达不到设计标准，堤防和建筑物多次出现险情，沿线堤防背水坡多处渗水、坍塌，安全隐患多。为消除安全隐患，保证今后运行时堤防的安全，国家发展改革委员会批准实施分淮入沂整治工程，对分淮入沂堤防进行防渗加固。

3 处理方案的确定

针对分淮入沂堤防背水坡出现的渗漏问题，常见的防渗处理方案有垂直铺膜、压力灌浆等。综合防渗效果及工程实际等方面考虑，设计在淮沭河东堤、西堤堤防迎水侧堤坡上开槽铺膜，主要内容包括防渗处理长107.2 km，其中机械垂直铺塑防渗处理长102.14 km(东堤53.92 km、西堤48.22 km)，与建筑物接头处采用高压定喷处理长1.397 km，深度较大的堤段采用多头小直径深搅拌桩长3.665 km。

3.1 垂直铺膜方案

在堤坡上开挖施工平台，东堤平台宽4 m，西堤平台宽5 m，平台高程高出设计洪水位1 m，铺膜中心线同平台开挖中心线，防渗帷幕(聚乙烯塑膜)紧贴在槽壁的上游面，槽宽不大于0.26 m，垂直铺膜深度按各段设计要求，膜底高程进入相对不透水层0.5 m，造槽深度不超过铺膜深度0.5 m，施工完毕对堤防进行恢复。具体布置见图1。

3.2 防渗帷幕性能指标

土工膜是一种以高分子聚合物为基本原料的防水阻隔型材料。主要分为：聚乙烯(PE)土工膜、聚氯乙烯(PVC)土工膜、高密度聚乙烯(HDPE)土工膜、复合土工膜等各种环保防渗膜。本次机械垂直铺膜防渗帷幕采用聚乙烯土工膜，其主要性能要求符合以下指标：

1)物理特性：单位面积重量G=(200±5) g/m2、厚度h=0.22 mm；

2)力学特性：抗拉强度Rm≥0.1 kN/5 cm、抗撕裂强度FS≥0.08 kN、伸长率δ≥30%；

3)抗渗强度Pt≥100 kPa；

4)渗透系数K≤1×10-12cm/s。

4 具体施工工艺

4.1 施工流程

施工过程包括：测放放样→开槽→铺设塑膜→回填沟槽→形成塑膜防渗体，具体工艺流程见图2。

4.2 确定施工工艺参数

在机械垂直铺膜作业开始前，选择地质条件具有代表性的地段进行现场工艺试验，综合经济技术指标，确定工艺流程、施工方法、施工参数、钻进及提升速度和质量控制标准等。

经现场工艺试验，确定垂直铺膜采用专门的开沟锯槽机成槽，刮刀宽度0.245 m，成槽深度大于设计槽深0.2 m，每10 m用测绳实测槽深控制开槽机械前进速度，槽孔壁内的泥浆比重保持在1.05～1.25，黏度18～25 Pa·s。聚乙烯土工膜幅宽9～12 m，每卷长度50 m，铺膜高出槽孔0.5 m左右。沟槽回填与铺膜同方向进行，保持与刀具的距离约2倍的槽深。

图1 淮沭河东堤、西堤垂直铺膜设计示意图

图2 垂直铺膜施工流程

4.3 测量平整场地

校核测量开挖区域的平面位置、水平标高、控制桩号、水准点、高程控制点和边坡坡度等，形成控制网。用挖掘机将迎水侧堤坡土方挖出整平、并碾压坚实，确保铺膜施工作业平台顶高程高于设计洪水位1 m以上且不低于设计铺膜顶高程，满足铺膜机械作业施工需要。

4.4 机械垂直铺膜

1)开槽。在施工轴线上进行挖槽，采用24.5 cm宽度刮刀挖槽，控制槽孔宽度不大于0.26 m，利用垂直铺膜机械尾部卷扬控制挖槽深度。按铺膜深度施工控制表控制挖槽深度大于设计槽深0.2 m，小于槽深加0.5 m。

2)卷膜。根据垂直铺膜的设计深度，选择相应规格的塑膜。采用专用设备沿幅宽方向整齐地卷在直径为50 mm的镀锌管上；每卷膜长度50 m左右，成卷后的直径不大于槽宽，以便膜卷在槽孔中能自如转动。

3)塑膜联接。施工中土工膜卷与卷之间采用缝合工艺联接，缝合线为尼龙线，缝合搭接宽度不小于10 cm，缝线为双排。缝接工具采用手持电动缝纫机，缝接形式采用双道缝合，折叠四层，其缝合的搭接宽度大于10 cm。

4)塑膜铺设。将符合设计要求的膜卷垂直缓缓下沉，保持土工膜不变形不拉裂准确地沉至设计深度，控制土工膜高出槽孔0.6 m左右，并固压在槽口。随着槽孔的不断形成，利用起吊和牵引设备将铺膜杆悬挂在槽孔内并向前牵引，在开槽机前进时同步进行展膜、并将塑膜紧贴槽壁上游侧铺设。

4.5 回填沟槽

土工膜铺设完毕后，从膜的下游侧回填土，回填时由挖掘机将回填土方先堆积在沟槽背水侧槽口，由人工小块向槽内回填，确保铺膜紧贴上游侧，回填土表层要压实，密实度不低于原堤身。经7～10 d沉降后[2]，沟槽内泥浆水消散，槽内回填土顶面下沉，再对沟槽进行二次补充回填。

5 施工质量控制要点

5.1 开槽质量控制

沿铺膜轴线方向每10 m利用测绳实测沟槽深度并记录数据报请监理工程师验收，确认槽深符合设计要求后，依靠垂直铺膜机头部的牵引设备控制开槽机械前进速度及方向，在设计铺膜轴线上挖槽施工。成槽时由链条上刮刀与槽孔内土体切、刮、揉，自动拌制成护壁泥浆，开挖过程中，由专人关注槽孔内浆液的消耗情况，根据浆液面高度及时补充浆液，始终保持浆液液面不低于孔口30 cm。

5.2 卷膜质量控制

卷膜场地做到宽敞、平整、表面无坚硬物以免刺伤塑膜。卷膜前仔细检查塑膜有无破损处，在质检员的监督下进行，卷膜过程中控制卷膜速度，用力均匀；卷膜过程中检查膜的外观，做到无破损、麻点、孔眼等缺陷；卷好的膜卷捆好后，衬垫软质材料，上部覆盖彩条布，并交由专人专地负责保管，防止在日光下暴晒和被利物划破[3]。

5.3 塑膜联接质量控制

现场缝接土工膜时，先用干净纱布擦拭缝接搭接处，做到无尘、无垢，并将土工膜平行对正；缝接前先做小样缝接试验，取得手持电动缝纫机良好工作状态，然后进行正式缝接。缝合的针距应适中，缝线连续、无断线、无跳针，保证接缝处结合牢固、可靠。缝接处膜卷联接合格后，下入槽内时，缓慢操作以确保塑膜连接处不被拉裂。

5.4 塑膜铺设质量控制

膜捆吊放到槽中后，应由专人掌握转盘，防止膜捆倾倒，并及时将2根钢丝绳连接到开槽机机身固定部位。土工膜的铺设应由专人操作、监控并及时填压土体将膜顶、膜底固定，确保土工膜不上浮、不下滑，必要时在迎水面外侧设置木桩拉拽土工膜，以防土工膜滑落槽中。施工过程中做好土工膜的铺设、联接记录；铺设时随时检查土工膜的外观有无破损、麻点、孔眼等缺陷，如发现膜面有孔眼等缺陷或损伤，应立即更换[4]。

5.5 回填沟槽质量控制

回填土料中不能含有杂物和硬土块，不能掺有小块石和砂浆。回填土料保持湿润，若出现风干现象则先用水浇湿，以防止干土块坚硬的棱角在下入沟槽时刮破土工膜；15 d后对槽内土进行取样试验，槽内土密实度达到设计要求后对堤身进行恢复。

6 结 语

分淮入沂堤防加固工程在施工过程中加强质量管理，严格控制垂直铺膜施工工艺参数，较好地解决了堤防渗水问题。工程竣工投入运行，堤防运行正常，发挥了明显的社会效益和经济效益。垂直铺膜防渗技术的成功应用，为保护堤防的正常运用发挥了重要作用，本工程质量控制要点可为类似工程提供借鉴和参考。