南水北调大屯水库全库盘水平铺膜防渗关键技术

D O I ： 10. 3969/j . issn . 1008-1305. 2019. 01. 054
南水北调大屯水库全库盘水平铺膜防渗关键技术
焦璀玲，于云，张东霞，郭晓翠
(南水北调东线山东干线有限责任公司，山东济南250013)
摘要：南水北调山东段大屯水库工程采用的是全库盘水平铺膜防渗技术，铺膜面积501万m 2，是目前国内最大
的全库盘水平铺膜防渗水库。

针对大屯水库在铺膜设计实施过程中存在的关键技术问题，开展现场试验、实验室
试验及理论研究，成果在大屯水库中得到很好的应用。

通过2014—2017年库内水位监测结果显示，在设计蓄水 位时，年平均渗漏量约为322万m 3，远小于设计值714万m 3，防渗效果良好。

该成果可为南水北调沿线平原水 库以及其他类似的铺膜防渗工程具有重要的技术指导意义和借鉴作用。

文章编号：1008-1305(2019)01-0183-04
关键词：南水北调；全库盘水平铺膜；防渗；关键技术中图分类号：T V 52
文献标识码：B
水库渗漏会影响到水库的正常运行，并有可能 影响大坝安全，平原水库更易出现渗漏问题，因此 需要采取工程措施[1]。

平原水库防渗一般有垂直防 渗和水平防渗，垂直防渗主要指采用截渗墙防渗， 水平防渗主要是指全库盘铺膜防渗。

目前国内外关于铺膜防渗的技术很多，如《土 工膜水库库盘防渗技术及应用》[2]以阜康市上游水 库为例，介绍了土膜厚的计算选择、施工注意事项 等；《塑膜焊接工艺在杨安镇水库防渗施工中的应 用》[3]《南水北调工程渠道防渗复合土工膜施工工 艺》[4]主要探讨了 P E 膜焊接技术及针对土工膜焊 接不密实现象，探讨复合土工膜施工工艺的内容； 《南水北调安阳段穿漳工程引水渠道防渗检测》[5 ] 阐述了复合土工膜防渗施工、检测方法和施工检测 中应注意的问题；《浅谈复合土工膜在人工湖防渗 工程中的应用及施工》[6]介绍了土工膜在人工湖防 渗中的施工；《G e o m e m b r a n e s e a m nondestructive tests : Construction quality control ( C Q C ) p e r s p e c -t *e 》[7]从施工质量控制的角度探讨了压力、真空、
电阻率等常用土工膜接缝无损检测方法的内容。

但 这些文献都没有系统地给出平原水库全库盘铺膜的 关键点及施工中应注意的问题，但没有形成一套施 工指导体系。

1
工程概况
南水北调工程沿线建有大量的调蓄水库，由于
平原水库坝基可能发生渗透变形，透水的坝基可能
引起下游沼泽化，次生盐渍化和农田浸没，因此需 采取防渗技术。

另外，采用防渗技术还可以有效地
减少南水北调沿线调水渗漏损失，力求以最低的经 费投人，长期保持将所调江水尽量多的、安全快速 地输送到需水区。

南水北调山东段大屯水库位于山东省德州市武 城县恩县洼东侧，距德州市德城区25k m ，是南水 北调东线第一期工程山东境内的调蓄水库之一。

水 库围坝轴线总长8913. 99m ，总占地面积9732. 9 亩。

设计最高蓄水位29.80m ，相应库容5209万 m 3，调节库容4464万m 3。

主要任务是引江水经水 库调蓄后向德州市德城区和武城县城区城市居民和 工业供水，保障南水北调东线鲁北输水工程完成供 水目标，年供水总量12502万m 3。

库区地下水位 以上土层平均饱和度86. 9? ~94.0%。

地下水位类 型为第四系孔隙潜水，贮存于砂壤土、裂隙黏土的 裂隙和粉细砂、中细砂的孔隙中，地下水埋深一般 1.1~1.8m ，库内最大变幅达3~4m 。

坝址各土层 渗透系数0.089 ~ 13. 6m /d ，属于中等-强透水性， 无相对不透水层。

大屯水库采用了全库盘水平防渗铺膜防渗方 案，库盘防渗采用膜布分置，防渗面积501万m 2, 是迄今为止国内铺膜防渗面积最大的水平铺膜防渗 设计的平原水库，具有代表性。

收稿日期：2018-10-19
作者筒介：焦璀玲（1979年一），女，高级工程师。

• 183 •
&存在的主要技术问题
大屯水库全库盘水皮铺膜在设计、施工阶段面
临众多的技术问题，主要有：
(1) 膜下气场问题。

膜下非饱和土被土工膜封 闭后，在水库运行中，受一些因素影响，膜下气压
可能会增大，直至超过膜上压重。

导致土工膜被托
起，甚至顶破土工膜，最终导致库盘防渗失效，水
库无法正常运营。

在山东省内多个采用库盘铺膜防
渗方案的平原水库，已经发现存在上述膜下气场问
题。

由于对该问题缺乏研究，常常在这些水库的设
计和施工前难以进行针对性的处理，一旦出现问
题，就会给工程维护带来极大的困难并增加工程运
行维护成本。

(2) 逆止阀与土工膜连接强度及质量检测问题。

通过对现有工程经验和教训的学习，在工程运
行过程中，最容易受损或出现问题的是逆止阀与土
工膜的连接处，这是一个薄弱环节。

因此，从设计
到施工，土工膜与逆止阀的连接是一个主要技术难
点和关键点，为了更好的保证整个水库防渗体系的
安全可靠行，必须确保土工膜与逆止阀连接可靠、
防渗止水完好。

(3) 全库盘铺膜施工及质量控制问题。

平原水 库土工膜防渗施工及检测技术国内尚无指导具体工
作的相关规定，且调蓄水库大面积防渗施工中缺乏
材料使用和施工质量检测方面的统一标准。

3米取措施
膜下气场
大屯水库水平铺膜防渗面积达501万a2，是
目前国内全库盘水平铺膜防渗最大的，为了保证铺
膜质量，针对膜下气场问题，开展了现场试验及理
论研究。

现场试验先后进行了3个阶段试验，进行
了不同库水位条件下，地下水位快速上升工况下的
试验模拟，对膜下气场问题发生机理及相关规律进
行了研究[8]。

试验结果及采取措施：在库底铺设土工膜，水
库蓄水后，水渗人土工模底部的土层中，将土孔隙
的空气置换出来，气体对土工膜顶托，如果没有排
气或压重措施，则土工膜将被顶破。

水库蓄水后，
库水位降落，而土工膜下的渗水不能很快排出，则
渗透水压将对土工膜顶托一致顶破或漂浮。

因此需
采取可靠的工程措施。

大屯水库土工膜铺设具有铺设面积大，地下水
埋藏较浅的特点，针对该特点采用了排水排气盲
沟、逆止阀及压重组合措施。

(1) 排水排气系统：在土工膜底部设置排水排
气盲沟，间距按照75m布设，尺寸为30c m
x30c m。

(2) 逆止阀，在盲沟交点位置，设逆止阀排气
排水，间距为150m。

(3) 膜上压重，为了防御风浪淘刷、冰冻损坏
以及气体渗水顶托破坏等，复合土工膜上部需设置
保护层，根据大屯水库工程实际情况，保护层选用
填土压重；填土压重厚度主要受地下水水位变化、
膜下气体压力、风浪、施工机械等因素控制，大屯
水库地下水位埋深1.10 ~ 1.60m，库内筑坝取土深
约为2.0m，复合土工膜下水头0.9 ~0. 4m，本着
经济合理、就地取材的原则，膜上填土压重土料从
库内取土，复合土工膜铺设深度、同时承担的水头
也随之加大，综合考虑以上因素，确定膜上填土压
重的厚度为 1.0m。

库区膜下排水排气设计、现场试验成果等理论
和实践经验的长期积累，使大屯水库气胀机理方面
的研究处于国际领先地位，以气胀机理研究为基础
的膜下排水排气系统设计、施工方法方面的研究具
备良好的理论与实践基础。

可为现有平原水库防渗
设计提供借鉴。

3.2逆止阀与土工膜连接质量及检测
3.2.1采用法兰螺栓连接方式
针对关键性技术难题逆止阀与土工膜连接质量
控制和检验，开展了试验研究。

针对原设计逆止阀
与土工膜连接的胶接法不可靠的情况，通过考察调
研，并对多种方案进行现场、实验室试验对比，通
过优选确定了土工膜与逆止阀法兰螺栓连接方式，
并进行了试验检验。

试验结果如图1所示。

通过对法兰盘与土工膜的连接咬合力采用拉伸
仪器进行拉伸试验检测，土工膜穿过螺栓情况下，
拉力峰值27M P a>0.2M P a;土工膜不穿过螺栓情
况下，峰值25M P[>0. 2M P[，土工膜力学破坏出
现在逆止阀连接边缘。

且逆止阀连接部分内部的土
工膜均未发生破坏，没有产生变形和位移，强度能
够满足规范要求。

3.2.2研制了逆止阀与土工膜连接质量检测的便
携式检测设备
为了对逆止阀与土工膜连接部位密封性能进行
• 184 •
(a)土工膜不穿螺栓拉伸试验及受力情况变化图
(b)土工膜穿螺栓拉伸试验及受力情况变化图
图1土工膜与逆止阀连接不同情况下
拉伸试验过程与受力情况变化图
检测，研制了便携式检测设备[9]，如图2所示。

该 设备是结合法兰螺栓连接情况，专门研究定制的，可现场检测逆止阀连接部位的密封性，填补了非规 则连接部位现场检测的空白，方法简便、实用，保 证了土工膜与逆止阀连接的质量，确保了防渗效 果，具有很好的推广应用价值。

图2逆止阀土工膜连接质量便携式检测设备
该设备手动进水加压装置与密闭筒相连，通过 手动进水加压装置向密闭筒内加水的方式增加密闭 筒内的压强，使其达到设计水位水深及以上的压 强。

通过实验室、现场试验土工膜与逆止阀连接部 位在设计要求10A水深（压强0. 1M P a)及20m水深 (压强0.2M P[情况下，加压稳定后持续5m i n，土工膜与逆止阀连接处及逆止阀与法兰盘连接处两薄 弱部位，均未发生渗漏，满足相关规范要求。

3.3全库盘铺膜施工及质量控制
针对平原水库土工膜防渗施工及检测技术国内 尚无统一的指导文件，缺乏统一的监测标准等问题，对全库盘铺膜施工及质量检测开展相关研究。

确定了全库盘铺膜施工工序：主要材料的采购 与管理一)施工准备一)排水排气系统施工一)土工膜摊 铺）土工布连接）土工膜焊接）土工膜与建筑物等 特殊部位连接）逆止阀施工）上保护层施工）土工 膜铺设验收。

明确细化了每一施工工序的相关规 定、施工要求、质量控制与检验、质量评定等相关 流程。

如：主要材料的采购与管理主要从原材料的 选择，驻厂监造等方面进行质量控制，有效的保障 了原材料的质量；施工准备主要从基面准备、场地 条件、现场试验、相关规章制度保障等方面进行了 规定，为铺膜施工做好充分准备，保障铺膜施工顺 利进行；土工膜铺设、焊接施工是全库盘铺膜防渗 的关键环节，该环节主要对土工膜不同焊接方法、设备、质量检测方法等进行了详细的研究，通过试 验确定适合当地气候的焊接参数，并形成了一套完 整的、用于指导土工膜焊接施工的指导文件，保证 了土工膜浦和及焊接的质量等。

通过研究最终形成一套完整的用于指导全库盘 铺膜施工的技术体系，规范和指导了大屯水库全库 盘铺膜的施工管理，对推进大屯水库全库盘铺膜防 渗施工建设、保证工程施工质量，起到了很好的指 导作用。

4结语
通过研究，很好地解决了平原水库全库盘铺膜 在设计、施工中存在的关键技术问题，形成了一套 完整的平原水库全库盘铺膜技术体系。

研究成果已 经成功地应用到南水北调东线大屯水库土工膜防渗 施工中，不仅保证了大屯水库的工程质量，而且大 大推进了铺膜施工进度。

2014—2017年，经后期 蓄水运行库内水位监测结果显示，在设计蓄水位 时，年平均渗漏量约为322万m&，远小于设计值 714万m&，防渗效果良好。

该研究成果对南水北调 沿线平原水库以及其他类似的铺膜防渗工程具有重 要的技术指导意义和借鉴作用，具有很好的推广应 用前景。

研究成果提高了我国平原水库全库盘铺膜 建设的理论和技术水平。

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(上接第141页）各指标数据按照公式进行标准化处 理，结果见表4。

表4灰色关联数值初始化处理
监理单位9192939495
R_1)1.0000.2180.4420.2050.071
R，(2)1.0001.3200.5160.3180.042
R’⑶1.0001.3350.6410.0820.067
R(4)
1.0001.1720.3110.3150.058
选取参考数据序列为R_)，其他数值为比较 序列，则相应的X和"计算结果为0.206和0.003。

然后采用文中所述关联系数和关联度计算 公式分别求解，最终可得到关联度#2为〇%72, #13为 0.648 (#14为 0•706，因此 #1=m a x(#12，#3,#4)为0•706，同理以此转换参考和比较序 列可求得#2、#3、#4的关联度分别为0.716、0.752、0.778,然后值越大则评价结果越优的原 则对各监理单位进行优选。

由此可知，丁单位值 为0.778最大，该监理单位相对于其他单位具有 更好的监理水平和技术服务能力，该评价结果与 专家评价结果具有良好的一致性。

研究表明，采用模糊综合评价法对水利工程监理单位进行招投 标优选具有较高的可行性与准确性，研究成果和 理论方法可为提高监理单位优选提供一定参考和 价值[7-1]。

4结语
(1)在评标指标权重确定中引人模糊层次分析 法不仅避免了传统A H P法中的缺陷提高了权重的 客观性与全面性，而且充分考虑了人为判断的模糊 性特征，在一定程度上课简化计算过程和方法提高 计算效率，并且所构造的判断矩阵无需对其一致性 作进一步的检验，权重计算结果更加符合监理公司[7]Leo K.Overmann.Geomembrane seam nondestructive t e s t s：
construction quality control(cqc)perspective[J].Geotextiles and
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验及质量检测[J].水电能源科学，2015, 33(01): 96-98
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实际情况。

(2) 对水利工程项目的各监理投标单位利用 灰色模糊综合评价法进行客观、系统的评估，不
仅避免了有效信息丢失的现象，而且利用最大隶
属度原则进行评价提高了评价结果的合理性与真
实性，评价结果更加科学合理，对于优选出技术
水平较高、服务质量较好的水利工程监理单位具
有重要意义。

(3) 在水利工程监理投标优选过程中采用该评 价模型具有一定的参考价值和指导意义，通过对理
论方法的稍加改动还可用于决策方案的优选中，在
水利工程监理该方法具有广泛的应用价值和显示
意义。

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