复合土工膜在水库大坝防渗中的应用

复合土工膜在水库大坝防渗中的应用

[ 摘要] 论述了复合土工膜在二坝水库土坝防渗处理中的应用, 采用复合土工膜斜墙防渗处理, 防渗效果良好, 具有推广价值。

[ 关键词] 复合土工膜

一、概况

帽山水库位于沈阳市新城子区东约14km 的清水台镇境内, 北临全国闻名的怪坡风景区。水库总库容108 万m 3 , 兴利库容79 万m 3 , 是一座以农业灌溉为主, 兼有防洪、旅游、水产养殖等功能的综合水库。水库于1958 年建成, 主坝为均质土坝。水库主坝长465m , 坝顶宽度410m , 坝顶高程为9811m , 正常蓄水位95130m , 坝底高程为9112m , 大坝迎水坡比1 : 215 - 1 : 3 , 背水坡坡比1 : 3。受当时建设环境及客观条件限制, 坝前库底没有铺盖防渗, 施工中未对水库坝基进行防渗处理, 坝体夯填不密实, 坝后也未做排水体, 防渗效果较差, 坝后常年渗流, 高水位时曾出现管涌。

2004 年, 经市水利局水库安全鉴定委员会鉴定, 坝坡渗透坡降大于允许渗透坡降, 坝坡渗流不稳定, 需对坝体进行防渗处理。

二、除险加固设计方案的选择

通过多方案经济、技术比较, 结合本工程的坝体材料与施工条件等实际情况和类似工程的处理经验, 设计选定采用复合土工膜处理土坝渗漏的整治方案。设计对主坝坝顶至坝脚进行复合土工膜防渗处理, 坝前库底25m 范围内铺设复合土工膜铺盖。铺盖前端开挖齿槽, 将复合土工膜嵌入齿槽, 坝顶开槽后将复合土工膜嵌入原坝体中, 坝体与溢洪道、输水洞连接处将复合土工膜与建筑物混凝土连接, 形成半封闭的不透水防渗结构体。加固后坝顶高程为9815m , 坝顶宽410m , 迎水坝坡坡比为1 : 3 , 背水坝坡坡比 1 : 315。

三、复合土工膜防渗结构设计

3.1 复合土工膜规格选择

复合土工膜规格的选择与下垫层平整度、材料允许拉应力、材料弹性模量、铺设范围内的最大水头及覆盖层最大粒径等有关, 土工膜厚度设计除应考虑主要由水压力要求的强度外, 尚应考虑暴露、埋压、气候、使用寿命等应用条件, 并按国家现行有关标准的规定确定设计厚度及实际厚度。本工程经综合分析计算, 坝坡防渗层采用规格为200g/ 013mm/ 200g 的针刺短线涤纶两布一膜( PE 膜) , 库底铺盖防渗层采用规格为150g/ 0125mm 针刺短线涤纶一布一膜( PE 膜) , 幅宽均为4m。

3.2 复合土工膜防渗体结构层设计

复合土工膜防渗结构自上而下依次为防护层、上垫层、防渗层、下垫层、支持层, 由于坝体和库底土层为细粒土, 整平夯实后可直接铺设土工膜, 因此不再设下垫层。坝体垫层采用平均厚度20cm 厚的砂砾石, 满足防滤要求, 防护层采用30cm 厚的干砌石护面。库底铺盖在复合土工膜上直接覆盖60 - 80cm 压实细粒土作为保护层。

3.3 复合土工膜防渗系统稳定复核

由于复合土工膜与土石介质间的摩擦系数及土石介质间的摩擦系数将影响防渗体的稳

定, 必须复核复合土工膜与坝坡、复合土工膜与保护层的抗滑稳定性。

复合土工膜稳定性验算根据公式K = f / t gα 计算抗滑稳定安全系数。

式中: K 为抗滑稳定安全系数; f 为上垫层与土工膜之间的摩擦系数; α为坝坡坡角。

根据上垫层土料, 查资料得f = 0145。

坝体上游坡坡比为1 : 3 , 即t gα= 1/ 3

通过计算得复合土工膜防渗系统是稳定的, 满足要求, 设计中在高程9810 , 9615 , 9510 , 9315 , 9210 , 9015 分别设置了防滑槽, 防滑槽间距313m , 深度0125m。

3.4 库底铺盖埋铺设计

坝前25m 范围内铺设规格为150g/ 0125mm 的复合土工膜( PE 膜) 铺盖, 在距坝脚25m 的库底, 开挖一防渗齿槽, 槽深115m , 开挖边坡1 : 1 , 口宽3m , 将复合土工膜嵌入槽内, 并用壤土夯填。

3.5 复合土工膜与水库输水洞和溢洪道周边的连接

复合土工膜防渗斜墙与水库输水洞和溢洪道刚性建筑物的连接, 要求连接严密、牢靠, 留有伸缩余量, 防止因建筑物沉陷而使复合土工膜破坏。输水洞和溢洪道导流墙浇筑为直立墙, 复合土工膜与混凝土连接时, 首先在砼面上间隔20cm 打孔, 安装膨胀螺栓, 沿连接长度通长安装一条厚5mm 宽10cm橡皮, 再将复合土工膜折叠3 层打眼穿入螺栓, 然后再用一层橡皮、钢压条通过膨胀螺栓将复合土工膜固定。为防止螺栓、压条锈蚀, 在螺栓和钢板压条上刷三层防锈漆。

四、复合土工膜防渗斜墙的施工

4.1 施工准备

①本工程所用复合土工膜为两布一膜和一布一膜针刺复合土工膜, 使用前委托甘肃省水利科学研究院实验中心对产品的各项技术指标进行检测, 各项指标均符合标准规定和设计要求。

②复合土工膜具有一定的抗顶破、抗刺破能力, 但在水头较大时, 常被膜下尖砾、树根顶破。二坝水库在防渗施工中, 开挖清除原坝表层干砌石及砾石垫层至粘土层, 并按设计尺寸削坡挖平和欠坡回填夯实, 找平并洒水穷实, 使夯填土干容重不小于1165t/ m 3 。人工开挖防滑槽, 剔除其表面的石子、树根等坚硬尖状物, 并喷洒除草剂等药水, 整理后的坡面应平整、密实、光滑, 以防复合土工膜被刺破。达到设计平整度要求后, 经监理工程师验收合格, 为复合土工膜铺设提供工作面。

③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, 卷在钢管上, 人工搬运到工作面铺设。

4.2 复合土工膜的铺设

4.2.1 复合土工膜的铺设方法

复合土工膜铺设分库底铺设、坡面铺设两个部分。铺设方法: 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, 然后在坡面自上而下, 垂直于坝轴线方向通幅铺设。坡面铺设在坡面验收合格后, 从堤顶向堤脚沿垂直于堤轴线方向缓慢展铺到坡脚齿槽外顶处与库底土工膜丁字形相接。库底铺设在库底开挖验收合格后, 从齿槽外顶向库内沿垂直于堤脚轴线方向缓慢展铺到库内25m 处。

4.2.2 复合土工膜的铺设技术

要求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115 %, 摊开后及时拉平、拉开, 要求复合土工膜与坡面吻合