摘要：根据近年来德昌县在病险水库除险加固工程中的应用土工膜的实践，简要介绍土工膜在山区小型均质土坝病险水库防渗加固工程中的设计和施工。
关键词：山区小型水库；土工膜；除险加固；防渗
1.引言
2003年，德昌县首次将土工膜用于水库土坝防渗，取得了较好的防渗效果。近年来该技术已在全县推广使用，德昌县共8座小型水库，均为均质土坝，就有6座水库在除险加固时采用了土工膜防渗，取得了显著效益。
2.工程概况
某水库设计总库容为14万m3，兴利库容11.5万m3，调洪库容0.9万m3，水库有效灌面500亩，是一座以灌溉为主，兼防洪、养殖等功能的小（2）型水库。水库洪水标准采用20年一遇设计，200年一遇校核。枢纽工程由主坝、溢洪道和放水涵管组成。大坝基础较完整，坝基承载力能满足土坝地基的要求，具备较好的建土坝条件。该水库建于70年代末，运行时间较长，运行维护不够充分，加上修建时机械化程度低，施工技术落后，坝基软基层未彻底清除，坝体填筑质量较差，以及回填土料含有第三系昔格达组（N2x）土层，抗剪、抗渗性能差，碾压不密实，坝体浸润线较高，后坝坡有散浸出现，坝后无排水棱体，大坝运行过程中多次出现渗漏病害。根据水利部《水库大坝安全鉴定办法》和《水库大坝安全评价导则》的规定，水库大坝安全类别评定为三类坝。
除险加固的方案之一：放缓库区坝坡，内坝土工膜防渗。
2.1工程等级及建筑物级别
该水库属小（2）型水利工程。根据水利部SL252－2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》的规定，属V等枢纽工程，主要建筑为5级，次要建筑物为5级。
2.2 洪水标准
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000，山区丘陵区水利水电永久性水工建筑物的洪水标准[重现期（年）]，考虑水库位置重要，下游居住居民较多，同时保护成昆线安全，水库洪水标准采用30年一遇设计，300年一遇校核。
2.3 大坝整治设计
根据大坝散浸严重，上、下游坝坡不规整的现状，本次设计对大坝整治采用前坝坡清基平整后铺设土工膜，并采用砼预制块护坡；后坝坡增设堆石棱体与培厚，并平整与利用浆砌块石框格护坡的方案。
3.土工膜防渗设计
3.1 土工膜材料选择
该水库在土工膜材料选择上，根据土坝的特点、施工条件，膜的性能、价格、质量等多种因素后选定PE复合土工膜。普通塑膜价格虽低，但使用寿命短，在施工时很容易将塑膜刺破，施工难度大；PE复合土工膜由防渗膜和土工布复合而成，具有抗拉、抗撕裂、顶破等物理性能高，且变形模量大，耐腐蚀、抗老化耐久性好，防渗性能好等特点，另外复合土工膜表面摩擦力大，防滑效果好，便于安砌或浇筑砼板，具有施工简单，质量可靠的优点，因此在山区小型水库防渗加固工程中建议膜料选用PE复合土工膜，尤其是均质土坝。
3.2 土工膜厚度的确定
土工膜厚度与垫层平整度和材料允许拉应力及弹性模量等有关，厚度核算公式较多，这里仅介绍该水库垫层土体粒径d＜22mm时，采用了以下理论公式计算：
式中 δ—土工膜厚度，mm；
H—铺设薄膜范围内的最大水头，m；
d—垫层土壤最大粒径，mm；
[σ]—膜的允许拉应力，kpa；
E—薄膜的弹性模量，kpa mm。
土工膜厚度设计除应考虑主要由水压力要求的强度以外，还应考虑暴露、埋压、气候、使用寿命等应用条件，因此，对计算所得的理论厚度取2-4倍的安全系数，并按国家现行有关标准的规定确定设计厚度及实际厚度或层数。
3.3 土工膜防渗体设计
土工膜防渗是以薄膜防渗、上下垫层保护形成防渗体。由垫层-防渗层-垫层-保护层-反滤过渡层-护坡共同组成防渗系统。内坡防渗体如图1所示。下垫层用来防止膜料被刺破，并使膜料均匀受力。上垫层和覆盖土使土工膜在水中不被漂起，防止土工膜老化，整个防渗体周边设压重齿槽和封闭齿槽，块石护坡厚度一般为20-30cm，德昌县根据实际，护坡采用10cm厚的预制砼块安砌。
3.4 铺膜范围
该水库铺膜从坝踵底到校核洪水位，开挖固埋沟嵌入坝体0.5m。坝肩铺至两岸山坡交界处，沿着内坝坡开挖沟槽到基岩或不透水层，将土工膜嵌进去，薄膜上下层均用水泥砂浆作垫层后回填混凝土固埋，防止外部水穿越薄膜。
3.5 垫层及保护层土料和厚度
垫层选用细颗粒砂质粘土，最大粒径不超过5mm，厚度5-10cm，保护层土料采用库区附近粘壤土和砂壤土，在使用时除掉石子、杂草、树根和其它可能穿透薄膜的杂物，夯实后垂直坝坡的厚度取0.3-0.5m。
3.6 抗滑稳定要求
为保证防渗效果，必须满足土工膜与垫层、土工膜与保护层的抗滑稳定要求。防渗体滑动指土工膜与保护层及下垫层之间的滑动。土工膜沿垫层滑动可以通过在坝坡面设置防滑锯齿槽。保护层沿土工膜滑动需进行抗滑稳定计算。复合土工膜稳定性验算根据公式计算抗滑稳定安全系数：
式中：K—抗滑稳定安全系数
f—为上垫层与土工膜之间的摩擦系数，根据上垫层土料，查资料确定。
ａ—为坝坡坡角
验算要求的最小安全系数应符合标准SDJ218-84。为增加抗滑稳定性，可以采取下面的措施：①将坝坡适当放缓；②在坝坡上设置锯齿槽；③防渗体下部坝踵处设重力墩或挡土墙；④采用摩擦系数较大的复合土工膜。
3.7 铺膜坡面设计
当坝内坡坡度陡于1：2时，必须对坝坡稳定进行计算并调整边坡。铺土工膜前应该先对坝面进行清理，将坝内坡开挖成锯齿形槽，槽深0.2m，底宽0.2m，下面边坡垂直，上面边坡1：1，锯齿槽齿距视土工膜材料及幅宽确定。为防止膜上土层滑动，膜嵌入槽中。
3.8保护层设计
保护层上设10cm砂砾石或碎石反滤过渡层，再衬砌一层20-30cm干砌块石护坡，护坡底脚应伸入坝基。正常库水位以上护坡应该用砂浆勾缝或用小石子填实空隙，以防止库水冲刷保护层。
4.土工膜施工方法
坝体人工开挖时注意对原坝体土的扰动，回填前对坝面进行凿毛处理，注意新老面结合。施工放样后，坝面清基采用人工开挖完成，所有清理现场的废弃物均按设计要求运至弃碴场。
①铺膜基面清理。施工时要先抽干库水，清除淤泥、乱石、杂草、杂物、树根等，按设计对坝坡削坡、翻松、整平、夯实。要求基面平整，无尖锐物。
②垫层材料。该水库就近采用细土作上垫层，壤土作下垫层，厚度在10cm，垫层材料清除了易刺破土工膜的尖锐物或杂物。
③膜料连接。土工膜的连接主要有粘接法、热焊接法。PE复合土工膜的连接宜采用热焊接法，为确保焊接质量，我们在签订土工膜的订购合同时就明确要求由生产厂家派专业技术人员现场操作，指导，采用土工膜专用焊接设备进行。
④土工膜铺设。山区小型水库由于施工工作面窄，宜按先上游，后下游，先边坡，后槽底的顺序进行人工铺设。铺设土工膜应自然松弛，不宜太紧，以适应变形。膜与膜之间不能夹带泥土、杂物，不能有充气现象。施工人员应该穿平软胶底鞋进行铺设，以防踩坏土工膜。膜要和保护层一起随铺随压，膜块间形成的结点应为T字形，不能为十字形。
⑤与周边的处理。为防止坝基和绕坝渗漏，两侧挖周边固埋沟到新鲜基岩或坚实不透水层，将膜埋于固埋沟中。上端嵌入坝体0.5m以上固埋，下端固埋采用重力防滑墩，膜嵌在其下，以防滑动。
⑥保护层回填。为防止长时间曝晒使薄膜老化，土工膜铺好后应尽快铺土回填，回填土要轻放，严防损坏薄膜。
5 结论
综上所述，土工膜防渗具有投资小、用工少、工期短、施工简单、防渗效果好、质量可靠等优点，相对适合山区小型病险水库的防渗加固，尤其是均质土坝。在运用时应结合实际科学设计，严把材料质量关，精心施工，严格按《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》等相关规范操作。此外，要加强水库运行期维护管理，管理人员需经过管理培训上岗，要做到能对水库进行科学检查观测，通过工程管理，随时监视掌握水情、雨情和工程的动态，及时维修工程缺陷，使工程处于良好的运行状态，才能发挥持久工程效益。
参考文献：
[1]《聚乙烯（PE）土工膜防渗工程技术规范》 SL/T231-98
作者简介：
云明香，女，45岁，德昌县水利局，电话 13981567870 QQ：532631440@qq.com。
论文作者:云明香
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/5
标签：土工膜论文; 水库论文; 防渗论文; 保护层论文; 土坝论文; 厚度论文; 护坡论文; 《基层建设》2019年第11期论文;