复合土工膜在岩门水库土坝防渗中的应用

摘要：利用复合土工膜进行防渗处理，已成为病险库治理的重要措施之一，本文通过对岩门水库大坝防渗中选用复合土工膜作为防渗材料的设计，进一步探讨针对一些特殊结构的土坝坝体的防渗结构设计、稳定分析、复合土工膜的选择、铺设及接缝施工方法，与同行共勉。

关键词：复合土工膜 土坝防渗 应用

1工程概况

岩门水库是思南塘头、板桥二个乡镇灌区配套修建的龙头水库，是一座以灌溉为主、兼顾防洪、乡镇供水、旅游及水库养殖等功能的（一）型蓄水灌溉水利工程。

岩门水库始建于70年代，已建成均质土（实为碎屑混合）坝，最大坝高23m，坝顶宽5m，坝长102m，坝顶高程619.55m，迎水坡坡比1：3，背水坡坡比1：2.4，坝址以上集雨面积为4km2，设计总库容329万m3，有效库容272万m3，灌溉面积6974亩，是在特定的历史背景下，采用发动受益村、组群众投工投劳兴建的，属大兵团作战，是典型的“三边”工程。所以，受认识水平、经济条件、施工条件等诸多因素的制约，造成设计不完善，布置不合理，加之无施工专业机械，施工队伍无专业技术，管理人员管理水平低等。导致大坝基础清基、上坝土料和坝体填筑、施工工艺和设备均没有达到土坝施工规范要求，造成水库自建成蓄水以来，坝体及坝基多处出现漏水、浸润线出露高、施工导流涵洞断裂漏水、迎水面坝坡产生塌坑、放水闸门及启闭设备失灵，溢洪道达不到设计泄洪标准要求等。为了保证水库大坝安全，长期处于限制蓄水位（即低水位）运行，达不到设计效益，工程明显存在隐患。灌溉效益逐年减少，截至2000年实际灌溉面积只能达到960亩，若不治理，危害逐渐加大，将给下游人民的生命财产带来了严重的威胁，整治病险库，已势在必行。

2 病害情况及成因分析

2.1 病害情况

⑴ 坝前多处出现塌陷，面积达 m2，深度达 cm，主要集中反映在原放水管部位。

⑵ 坝顶出现多处塌陷，造成坝面平整度差。

⑶ 在下游坝面浸润线出露高程低，坝面出现多处浸水，导致蠕动而形成凹槽，深达0.1～0.5米，且局部隆起，高度达0.2～0.5米。

⑷ 大坝外坡二级马道（610m高程）以下基本形成沼泽地。经现场测定，坝体最高天然含水量68.4%，最大饱和度大于100%。

⑸ 在坝脚处有集中渗漏点达8处，总渗漏量30L/S，并可见轻微管涌现象。已产生渗漏破坏。

2.2 成因分析

经过现场的实地勘察和对所收集到的资料的综合分析，主要由下列成因：

⑴ 由于当地无优质粘土作为坝体填筑材料，只有就地取材，利用页岩风化之亚粘土，砂粘土、亚砂土作为坝体填筑材料，这些土质透水性强，质量差。不符合规范中的坝体对土质的要求。

⑵ 由于受当时客观条件的制约，施工过程中的作业面之间衔接不好，土料铺填掺合不均，碾压不密实，致使坝体的孔隙率较大，碾压质量达不到规范要求。

⑶ 多年以来，由于投入工程运行期检修、整治的费用不足，致使工程年久失修，加上管理方面比较欠缺，导致现在不利的状况。

3 对策和措施—防渗处理

3.1防渗方案的选择和设计

通过以上的病害调查和成因分析，结合本工程的建筑材料与施工条件等实际情况和类似工程的处理经验，经过多方案的技术、经济比较，选定采用复合土工膜处理土坝渗漏的整治方案。

在方案确定以后，我们收集了相关的规程规范和类似的工程范例，并进行了如下设计过程。

首先，是防渗体结构的拟定

岩门水库上游坝坡防渗体结构由复合土工膜、保护层及护坡组成，为确保反滤、排水系统始终保持正常工作，对表面防护和复合土工膜的固定采取如下措施。为防复合土工膜被刺破，复合土工膜下面先铺10cm厚的粗砂，平整后再铺复合土工膜，在复合土工膜上再铺10cm厚的粗砂，20cm厚的碎石，再用30cm厚的干砌块石护坡。在坡顶将复合土工膜埋入砼内，如图1；在坡脚处，为了防冲，将复合土工膜延长回折，做成压枕，埋入砼齿槽内，如图2；坡脚压枕达冲刷线下，在坝坡上每隔7m设抗滑齿槽，如图3。

b、复合土工膜的基本特征

复合土工膜是一种新颖的工程材料，它是由土工织物、土工膜、土工织物三层组成，积聚了土工织物和土工膜的优点，具有质轻、防渗性能有较好的延展性，适应变形、施工简单，造价低等特点，是一种理想的防渗材料。

根据整治原则，首先将坝坡整形，然后按拟定的防渗结构铺设复合土工膜。选定的复合土工膜为两布一膜，膜厚0.5mm。

c、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。

⑴复合土工膜稳定性验算

根据公式：FS＝tgδ/tgα

FS：安全系数；

δ：上垫层土料与土工膜之间的摩擦角；

α：土工膜铺设坡角。

根据上垫层土料，查资料得tgδ＝0.5。

坝体上游坡坡比为1：3，即tgα＝1/3

所以，Fs＝tgδ/tgα＝1.5＞1.25

通过计算得复合土工膜防渗系统是稳定的，满足要求。

3.2复合土工膜的施工要求

a、 复合土工膜的铺设

在土坝上游坝面铺设复合土工膜有两种方式，一种是顺坝轴线方向铺设（顺铺）；另一种是垂直坝轴线方向铺设（横铺），上游坡面设七道抗滑齿槽，齿槽间距为5～10m；齿槽底宽1m，深 0.8m，其细部结构如图3，本工程采用的是横铺法。复合土工膜在齿槽上端应留50cm折叠以作伸缩。

复合土工膜与周边连接采用砼槽固结，及将复合土工膜嵌固在砼齿槽内（见图4）。

b、 复合土工膜的焊接

为了加快焊接施工进度和提高焊接质量，采用先在平地上拼接焊好后再运到坝面上铺设、焊接，每条焊缝正式施焊前，先用长100cm，宽20cm的复合土工膜料进行试焊，目测缝合格后方可正式施焊，并把目测合格的试焊样品进行拉伸强度检测。本工程采用热熔焊法，搭接缝采用专用焊缝机焊接合格，焊缝搭接宽约10cm。

c、 复合土工膜的施工要点

⑴、复合土工膜铺设应力求平顺，松紧适度，不得绷拉过紧；复合土工膜应与土面密贴，不留空隙。

⑵、相邻复合土工膜块拼接可用搭接或缝接。本工程采用搭接。平地搭接宽度可取30cm，不平地面或极坎土应不小于50cm。

⑶、坡面铺设采用自下而上进行，坡顶、坡脚应以锚固沟或其它可靠方法固定，防止其滑动。

⑷、回填时，不得破坏复合土工膜，不得使用重型机械或振动压实。

4 结论

本设计已在工程的施工中得到实施，其施工方案和相关的技术要求在施工中均得到了充分的体现，效果良好，等待的将是长期运行的考验。

1、《碾压式土石坝设计规范》SL274－2001

2、《复合土工膜设计规范》

3、《防洪标准》GB50201－94