安徽省池州市东至县水务局 247200
摘要：土工合成材料作为新兴材料，在小型水库除险加固中广泛应用。本文接合在栗冲水库中防渗加固案例，介绍了土工膜防渗技术情况的设计与应用，为同类条件大坝防渗设计和施工提供一些思路。
关键词：复合土工膜；防渗；稳定；施工工艺
1.引言
土工合成材料作为新兴材料，具有质量轻、适应地基变形能力强、耐腐蚀性强、施工简便等优点，在我县已加固除险的近百座水库中得到广泛应用。工程实践证明它的防渗效果良好、经济适用、进度快，在小型水库除险加固（土石坝）中有推广使用价值。
2、工程概况
栗冲水库位于安徽省东至县龙泉河中游，距昭潭镇6公里，水库集水面积0.88km2，总库容23.84万m3，是一座以防洪、灌溉为主，兼有养殖功能的小（2）型水库。枢纽工程由大坝、溢洪道、放水涵洞组成。大坝为粘土心墙坝，坝顶高程112.70m，最大坝高14.7m，坝顶长64m，顶宽5m，工程等别为Ⅴ等。经多年运行，坝体坝身存在严重渗漏，影响下游防洪安全。因此对水库进行除险加固是非常必要和紧迫的。
防渗加固设计
3.1防渗方案选择
确定大坝防渗处理加固措施采用冲抓回填、粘土斜墙、高压旋喷、复合土工膜等四种技术进行针对比选。以上方案在技术上都是可行的，均能够达到控制坝体和坝基渗流、降低坝体浸润线的目的，但考虑到地质条件复杂、水库附近无土源、工程造价等因素的制约和限制，最终确定大坝坝体坝基防渗处理措施采用复合土工膜结合粘土截渗槽方案。
3.2复合土工膜防渗结构设计
3.2.1规格选择
栗冲水库校核洪水位按300年一遇洪水标准，经过调洪演算，校核水位110.96m，下游水位取99.26m，承受水头11.70m，上、下游水位差低，设计膜厚采用的是0.5mm厚双光面HDPE型，产品型号规格为200g/m2/0.5mm/200g/m2，结构为两布包一膜。
3.2.2 防渗结构设计
本工程土工膜下垫层采用100mm厚砂壤土，上垫层为600mm厚粘土，保护层采用100mm厚C20混凝土预制块护坡。
3.2.2.1厚度设计与校核
由土工合成材料工程应用手册上查得，铺在颗粒地层或缝隙上的土工膜受水压力荷载时的厚度可采用顾淦臣（1985）薄膜理论公式：
，式中：
T——拉应力，为单位宽度膜的拉力（KN/m）；
ε——拉应变，以小数表示；
p——水压力荷载（kpa）；栗冲水库校核水位为110.96m，下游地面高程99.26m，承受水头11.70m，即p取114.78kpa；
a——正方形边界的边长（m）；取孔隙形状近似取为a=0.008m的正方形。
由式可得拉应力T与拉应变ε的函数关系为：T=0.112/ 
，当T值取2KN/m，则ε值为0.237，其值介于膜厚0.4mm与膜厚0.75mm应力应变曲线之间，故取0.5mm厚膜符合规范要求。
3.2.2.2边坡设计及稳定分析
栗冲水库土工膜上垫层采用600mm厚粘土外加10cm厚C20混凝土预制块护坡保护层，下垫层采用无杂质无尖石砂砾上，根据规范可知，砂砾与土工织物间摩擦系数可达0.532，考虑水库水位降落无滞留水，本水库上游边坡设计为1：3，则坡角为18°，根据下式进行计算安全系数
式中：K：安全系数
f：土工织物与接触层摩擦系数，本式取0.532
则K=0.532/0.324=1.6>安全系数=1.2，故稳定分析满足规范要求。设计中在膜下进行防滑固定槽开挖，间距5m，断面尺寸0.6m×0.4m（宽×高），土工膜在坝顶部埋入土层1.0 m固定，确保土工膜不被拉动。
3.2.2.3土工膜的渗漏量计算
土工膜属于非孔隙介质，本水库按照达西定律进行计算
式中 Qg—— 土工膜的渗透量，（m3/s）；
kg——土工膜的渗透系数，（m/s）；本式取1×10-12m/s；
ΔH——土工膜上、下的水头差（m）；本式取11.70m；
A——土工膜的渗透面积，（m2）；本式取2760m2（根据与大坝坝坡接触铺设面积取值）；
Tg——土工膜的厚度，本式取0.5mm。
由式可得，大坝渗漏量为0.68m3/s。大坝经防渗处理后，渗漏量大大减小，下游坡出逸点高程大幅度降低，加固效果显著。
3.2.2.4土工膜与坝基及岸坡锚固槽设计
设计采用土工膜嵌入C20混凝土锚固方式，分坝基及岸坡两部分。坝基采用挖掘机明挖方式进行土石方开挖截渗槽，底宽按挖掘机履带宽度为宜，设计宽度为3m，两侧设置合理边坡，呈梯形向下开挖，至相对不透不层或坚硬岩层，通过肉眼观测可辨别，特殊部位可做压水试测试吕荣值确定。一般此高程较下游地面已低至3-4米，洗净表面，清除杂质、淤质土、破碎石层，并沿坝轴线方向用风镐开凿锚固槽，将土工膜用C20混凝土嵌入其中，混凝土浇筑完毕后，截渗槽其余空间用粘土填筑，与膜上粘土保护层相结合，该方式既解决土工膜锚固问题，同时粘土截渗槽也起到了防止坝基渗漏的作用。岸坡锚固槽开挖相对坝基开挖工作量，土工膜嵌入C20混凝土中，其余空间采用粘土回填。坝基及岸坡需衔接相连合，最终形成整体封闭式的防渗圈，保证了坝体坝基防渗的完整性。
4、土工膜施工工艺与质量控制
将大坝上游整修为1：3，底部加培与原坝坡搭接，搭接时应成阶梯状，再进行土工膜防渗施工。土工膜具有较大的弹性或塑性变形，故它可适应土体的沉降、胀缩或者偶然的超载、滑坡和渗漏所造成的过量位移和变形，为粘土和混凝土所不及。在坝坡上铺设时一般将卷材自上而下滚铺。卷材一端固定在坝顶，定位安放进行铺设。土工膜沿坝轴方向铺设，减少接缝，避免过多的剪切土工膜，土工膜铺设留10%松弛量。土工膜搭接采用焊接法，两膜叠合宽度约15cm焊接在一起，成为1.0～1.5cm宽的接缝。土工膜施工时，下面用10cm砂砾作支持垫层，垫层要平整，不能混有坚硬的石头，铺设土工膜时，工作人员应穿软底鞋，不能穿硬底皮鞋或带钉的鞋。铺好后及时覆盖，以免受阳光照射而老化，或被风吹动而撕破。本次大坝上垫层采用粘土填筑，粘土层外铺设10cm厚C20混凝土预制块护坡。
5、结语
东至县栗冲水库于2012年完工，在土工膜铺设前，大坝下游渗漏严重，在水位高于到达涵洞进口高程以上3m时，下游左坝脚有明显渗漏点，渗漏量大，下游普遍存在散浸现象。经过除险加固后，原坝后下游漏水点已消失，并且地面干燥，原渗漏条沟已干涸，说明铺设膜后消除了坝体坝基可能产生渗透破坏的隐患，确保了工程安全。
参考文献：
[1]《土工合成材料工程应用手册》（第二版），中国建筑工业出版社出版，2000年；
[2]《水工设计手册》基础理论册，水利电力出版社，1983年；
[3]《水工设计手册》土石坝册，水利电力出版社，1983年；
[4]《水工设计手册》渗流计算册，水利电力出版社，1983年；
[5]《东至县昭潭镇栗冲水库除险加固初步设计》，池州市水电勘测设计院，2011年。
论文作者:朱芳敏
论文发表刊物:《基层建设》2015年21期供稿
论文发表时间:2016/3/28
标签：土工膜论文; 坝基论文; 水库论文; 粘土论文; 大坝论文; 防渗论文; 下游论文; 《基层建设》2015年21期供稿论文;