山区水库库底防渗的设计与施工

山区水库库底土工膜防渗技术应用水库地处丘陵地区的较多，我市由于地下岩层多是以在石灰岩为主的变质岩系，岩间缝隙较多，且库底粘土层很薄，许多水库库底岩石裸露，渗水现象严重，不能常年蓄水。近几年国家加强了对小型水库的除险加固，结合这次工程，我市首先对山区的小吴水库进行了治理，特别对库底进行了防渗处理，使该水库能够蓄水灌溉，达到了预期的效果。库底的防渗技术很成功，值得在山区渗水水库的治理中推广应用。

一、防渗设计

1、工程概况

小吴水库位于江苏省邳州市燕子埠镇西南部，鱼山和狼子山东麓。1974年建，集水面积2.97平方公里，地面高程50米，总库容100万立方米，是一座以防洪、灌溉为主的小（2）型水库。由于库底岩基裸露，坝基处理不好，渗水严重，春、秋、冬三季库区内无存水，即使在夏季暴雨过后，库内蓄水也很快渗漏光，自水库建成后基本没蓄过水，未发挥该水库的灌溉效益。

2、库区地质概况

库区整体为单斜构造，走向北东，倾向南东，倾角20～45°。岩性主要为古生界寒武系上统石灰岩，青灰色，细晶结构，中厚层构造。地质历史上库区及周围曾发生过多次地壳运动，并发生了较大规模的岩浆喷发。多次的地壳活动及岩浆喷发，使得区内断裂发育，地层分布凌乱，更使得区内的碳酸盐岩裂隙、节理极其发育。

石灰岩属可溶性碳酸盐岩，漫长的地质历史过程中，库区内的基岩在地下水的作用下溶蚀、搬运，形成溶蚀裂隙、孔洞。

3、库区渗漏原因分析

根据地质勘察报告，大坝土质为粘性土，其渗透系数在10-5cm/s左右，防渗性能较好。分析造成水库渗漏的因素如下：

（1）覆土层较薄，未能有效隔绝地表水、地下水的水力联系。

库区内覆土厚度在30～80cm，一般在50cm左右，厚度较小，当库内有蓄水时，地表水极易向下渗透。且在覆土区内的冲沟等处，有多个的基岩出露，特别是水库大坝迎水坡前有较大范围的基岩出露区，使得地表水、地下水可直接发生水力联系。

（2）基岩的裂隙、岩溶孔洞形成了地下径流。

库区范围内的石灰岩裂隙、岩溶孔洞发育，当库内有蓄水是时，地表水与地下水直接发生联系，将库内蓄水排出，造成水库的渗漏。

4、防渗设计

（1）防渗处理范围

由于正常蓄水位以下均为岩石裸露区，本次防渗处理范围为正常蓄水位以下的库底岩石裸露区，南北向长420m，东西向长平均380m。

（2）防渗处理措施

库底防渗采取以下两种方案比较，方案一是铺设粘土层，方案二是铺设聚合物土工膜。

方案一设计：根据以往的经验，粘土的渗透系数不大于10-5cm/s，铺土厚度为2.0m。

方案二设计：首先对库底地岩石整平，清除杂草，铺设20cm厚粘土层找平，在其上部铺设防渗聚合物土工膜一层（二布一膜），上面再覆盖厚30cm土层保护层。为防止土工膜变形、卷曲，在防渗范围内纵横向每隔50m设置混凝土防滑齿墙，尺寸为20×30cm。

方案比选：方案一需要30多万方的粘土，这些粘土均需要到外地去购买，工程投资很大。方案二投资少，且容易实施，防渗效果优于粘土防渗。故采用方案二。

（3）坝基防渗处理

坝基为粘性土与石灰岩，石灰岩裂隙发育，透水性较强，导致坝基接触处渗水严重。因此，结合库底防渗，同样对大坝迎水坡采取聚合物土工膜防渗处理。

（4）复合土工膜选择

小吴水库汛期限制最大水头4m，根据江苏省水利科学研究所与徐州市水利局联合在铜山县石岗水库进行的小水库库底防渗复合土工膜适宜规格实验成果表明，土工膜的渗透系数应小于10-11cm/s。

为防止膜面被穿刺或避免坡面现浇砼产生滑动而破坏，土工膜两面应均有复合土工织物，其优点：①土工织物具有抗拉强度高的优点，利于保护层的稳定。

②有利于扩散土工膜下面的压力。

经多家厂商的产品性能比较，到生产厂家实地考察，查看了生产厂家的生产许可证、资质、生产规模、生产能力等，认为山东淄博市淄川祥龙无纺布厂有实力为小吴水库工地供货。用于土工膜两侧的土工织物，单位面积质量为150g/㎡,膜厚0.3mm。经水利部基本建设工程质量检测中心土工测试，其指标为：复合土工膜平均单位面积质量为：606g/㎡，厚度：2.98mm；断裂强度：纵向：10.7KN/M，横向10.7KN/M；延伸率：61.4﹪；CBR顶破强力；2036N；渗透系数：0.98*10-11cm/s。检测结果满足规范要求，判定合格。

土工膜施工示意图

二、施工方法

1、清基整平

土工膜铺设前应对库底进行整平，并把草皮、树根等全部清除干净。首先对出露的岩石进行爆破，及时清理废碴料，然后用推土机把表层土推到弃土区，并

对库底进行整平。

2、铺设粘土找平层

粘土找平层厚度要均匀，并要严格清除一切可能损伤土工膜的带尖角硬物，表面应平整、密实、光滑，以防复合土工膜被刺破。

3、复合土工膜的裁剪

土工膜剪裁时，为了施工时膜与膜的拼接，每边预留10cm宽拼缝带(锚固端除外。

4、复合土工膜铺设

复合土工膜铺设分库底铺设、坡面铺设两个部分，复合土工膜的铺设要求在平地先将4m窄幅拼接焊成20m宽幅，然后再进行铺设。

坡面铺设：从堤顶向堤脚沿垂直于堤轴线方向缓慢滚放铺设，铺开后，人工从四边拉平找正，一直铺到坡脚齿槽外顶处与库底土工膜丁字形相接。

库底铺设：从齿槽外顶向库内沿垂直于堤脚线方向缓慢展铺。

铺设应在干燥暖和天气进行，为了便于拼接，防止应力集中，复合土工膜铺设采用波浪形松驰方式，富余度约为1.5%，摊开后及时拉平、拉开。要求复合铺设要求复合土工膜与粘土层吻合平整，松紧适度，无突起褶皱。为了避免应力集中和方便拼接，土工膜搭接和缝接符合规范要求。在施工时禁止施工人员穿硬底鞋或带钉鞋，以免产生应力集中和人为造成土工膜的损伤。

5、复合土工膜的拼接

复合土工膜的连接分2个程序进行，即下、上层无纺织布的缝接，中层PE 膜的连接。无纺织布的缝接用手提缝纫机、尼龙线进行双道缝接，搭接宽度10cm；PE膜采用焊接工艺连接，焊接工具采用自动调温（调速）电热模式双道朔料热合机。拼接包括手土工布的缝接、土工膜的焊接，为了确保焊接质量，焊接应尽量在厂内进行，在施工现场拼接，复合土工膜幅宽不宜太宽。

焊接工艺：第一幅土工膜铺好后，将需焊接的边翻叠（约60cm宽），第二幅反向铺在第一幅膜上，调整两幅膜焊接边缘走向，使之搭接10cm。

现场焊接：为了施工方便，保证拼接质量，复合土工膜应尽量采用宽幅，减少坝坡现场拼接量。施工前应根据复合土工膜幅宽、现场长度需要，在库内专用场地剪裁，并拼接成符合要求尺寸的块体。现场拼接要求天气晴好，风力在3