论文部分内容阅读
[摘 要] 本文论述了复合土工膜在大寨田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 水库除险加固工程 除险加固
1.概况
大寨田水库位于和布克赛尔蒙古自治县境内的布斯屯格牧场，地理坐标为东经86°15′18″，北纬46°51′42″。该水库是一座以农业灌溉为主的平原水库。为均质土坝，该工程1990年施工，1991年竣工，并投入运行。是以灌溉为主要任务的小型水利工程，负责和布克赛尔县布斯屯格牧场全部饲草料基地灌溉用水，坝顶高程为1240.55米，坝长1114米，坝顶宽度为4米，设计总库容40万m3。上游坝坡1：2.5，下游坝坡1：2.0，均为土坡。受当时施工条件的影响，水库主要存在以下问题：
（1）大坝坝体、坝基渗漏严重，坝体未建防浪护坡，冲蚀严重。
（2）大坝的实际抗洪能力不能满足国家现行规范要求。
（3）坝体填筑质量差，压实极不均匀。
（4）坝后未作任何排水设施，上、下游护坡损坏严重。
（5）放水涵洞施工质量差，无检修闸，进口损坏、堵塞，闸阀锈蚀，无法使用。
（6）大坝没有任何观测系统。
2004年3月通过了塔城地区水利局组织的专家鉴定，鉴定结果为三类坝；2007年8月15日水库大坝安全鉴定中心进行复核，同意鉴定结果。
2.除险加固设计方案
根据《大寨田水库大坝安全评价报告》及专家组提出的除险加固的意见和建议，本水库除险加固内容有：
（1） 针对该水库防洪标准不满足，应按设计加高、加固坝体。
（2） 对坝体、坝基进行防渗处理。
（3） 新建放水涵洞，增设泄洪闸。
（4） 拆除原坝上游石头护坡，新建上游砼护坡。
3.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/0.5mm的针刺短线涤纶两布一膜(PE膜)，幅宽为6m。
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。坝体上垫层采用平均厚度30cm厚的砂砾石，满足防滤要求，防护层采用15cm厚的混凝土护面。
3.3复合土工膜与水库放水洞的连接
复合土工膜防渗斜墙与水库放水洞的连接，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。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。
4.复合土工膜防渗斜墙的施工
4.1施工准备
1）复合土工膜材料质量检测。本工程所用复合土工膜为两布一膜针刺复合土工膜，使用前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。东方红水库在防渗施工中，人工平整坡面，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）土工膜场内拼接。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
1）复合土工膜的铺设方法
铺设方法：复合土工膜的铺设要求在平地先将6m窄幅拼接焊成24m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底处。
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1.5%，摊开后及时拉平、拉开，要求复合土工膜与坡面吻合平整，无突起褶皱，施工人员应穿平底布鞋或软胶鞋，严禁穿钉鞋，以免踩坏土工膜，施工时如发现土工膜损坏，应及时修补。
4.3复合土工膜的拼接
1）本工程采用两布一膜复合土工膜，复合土工膜的连接分2个程序进行，即上层无纺织布的缝接， PE膜的连接。无纺织布的缝接用手提缝纫机、尼龙线进行双道缝接，搭接宽度10cm；PE膜采用焊接工艺连接，焊接工具采用自动调温(调速)电热模式双道塑料热合机。拼接包括土工布的缝接、土工膜的焊接，为了确保焊接质量，焊接应尽量在厂内进行，但为了施工方便，复合土工膜幅宽又不应太宽，必须在施工现场拼接。
2）复合土工膜焊接质量的好坏是复合土工膜防渗性能成败的关键，所以务必做好土工膜的焊接，确保焊接质量，因此，土工膜焊接应由生产厂家派专业技术人员到现场操作，指导，培训，采用土工膜专用焊接设备进行。本工程土工膜焊接采用ZPR—210V型热合土工膜焊接机，土工布采用手提式封包机缝接。
3）焊接工艺：第一幅土工膜铺好后，将需焊接的边翻叠（约60cm宽），第二幅反向铺在第一幅膜上，调整两幅膜焊接边缘走向，使之搭接20cm。
4）焊接全部在现场进行，要求天气晴好，风力3级以下，严禁在雨天、高温和严寒天气下施工，焊接基底表面应干燥，焊接前用电吹风吹去膜面上的砂子、泥土等脏物，再用干净毛巾擦净，保证膜面干净，在焊接部分的底下垫一条长木板，以便焊机在平整的基面上行走，保证焊接质量，正式焊接前，应先根据施工气温、PE膜厚度，利用相同材质的PE膜进行试焊，施焊温度为220～300℃，掌握好的焊接机温度及行走速度，确定好施工工艺参数，再进行正式施工，焊缝应透明、平整、顺直、连续。拼接焊缝两条，每条宽10mm，两条焊缝间留有10mm的空腔，用此空腔检查其焊缝质量。
4.4复合土工膜的锚固
复合土工膜的锚固分上部与坝顶的锚固，库底与截水墙的锚固，复合土工膜上部锚固采用在坝顶路缘石基础底部嵌固足够长度复合土工膜，其结构形式为口宽0.3㎝×深0.3㎝的三角槽，在槽内夯填土。复合土工膜库底与截水墙的锚固，坝脚处沿轴线方向挖口宽3.0m×深1.0m的一条沟槽，铺设复合土工膜时将复合土工膜紧贴在沟内侧，在沟槽内现浇混凝土截水墙。
4.5上覆保护层
复合土工膜焊接完并经质量验收合格后，及时在膜上面均匀铺设30cm砂砾石垫层，找平拍实后浇筑混凝土10cm，以防止其在紫外线照射下易老化和其它因素引起的破坏。
5.防渗效果分析
大寨田水库除险加固工程在施工过程中严格按复合土工膜施工技术要求，严格现场焊接的质量控制，且经过室内试验结果表明，复合土工膜各项性能指标均能满足设计要求，质量得到保证。该工程于2010年9月底完工后蓄水运行，经过三年的运行，混凝土护面平整，没有出现护面下滑、断裂。坝后无水溢出点，防渗效果较好，对于寒冷地区中小型平原病险水库的除险加固，具有较大的经济效益和很好的推广使用价值。
[关键词] 复合土工膜 水库除险加固工程 除险加固
1.概况
大寨田水库位于和布克赛尔蒙古自治县境内的布斯屯格牧场，地理坐标为东经86°15′18″，北纬46°51′42″。该水库是一座以农业灌溉为主的平原水库。为均质土坝，该工程1990年施工，1991年竣工，并投入运行。是以灌溉为主要任务的小型水利工程，负责和布克赛尔县布斯屯格牧场全部饲草料基地灌溉用水，坝顶高程为1240.55米，坝长1114米，坝顶宽度为4米，设计总库容40万m3。上游坝坡1：2.5，下游坝坡1：2.0，均为土坡。受当时施工条件的影响，水库主要存在以下问题：
（1）大坝坝体、坝基渗漏严重，坝体未建防浪护坡，冲蚀严重。
（2）大坝的实际抗洪能力不能满足国家现行规范要求。
（3）坝体填筑质量差，压实极不均匀。
（4）坝后未作任何排水设施，上、下游护坡损坏严重。
（5）放水涵洞施工质量差，无检修闸，进口损坏、堵塞，闸阀锈蚀，无法使用。
（6）大坝没有任何观测系统。
2004年3月通过了塔城地区水利局组织的专家鉴定，鉴定结果为三类坝；2007年8月15日水库大坝安全鉴定中心进行复核，同意鉴定结果。
2.除险加固设计方案
根据《大寨田水库大坝安全评价报告》及专家组提出的除险加固的意见和建议，本水库除险加固内容有：
（1） 针对该水库防洪标准不满足，应按设计加高、加固坝体。
（2） 对坝体、坝基进行防渗处理。
（3） 新建放水涵洞，增设泄洪闸。
（4） 拆除原坝上游石头护坡，新建上游砼护坡。
3.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/0.5mm的针刺短线涤纶两布一膜(PE膜)，幅宽为6m。
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。坝体上垫层采用平均厚度30cm厚的砂砾石，满足防滤要求，防护层采用15cm厚的混凝土护面。
3.3复合土工膜与水库放水洞的连接
复合土工膜防渗斜墙与水库放水洞的连接，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。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。
4.复合土工膜防渗斜墙的施工
4.1施工准备
1）复合土工膜材料质量检测。本工程所用复合土工膜为两布一膜针刺复合土工膜，使用前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。东方红水库在防渗施工中，人工平整坡面，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）土工膜场内拼接。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
1）复合土工膜的铺设方法
铺设方法：复合土工膜的铺设要求在平地先将6m窄幅拼接焊成24m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底处。
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1.5%，摊开后及时拉平、拉开，要求复合土工膜与坡面吻合平整，无突起褶皱，施工人员应穿平底布鞋或软胶鞋，严禁穿钉鞋，以免踩坏土工膜，施工时如发现土工膜损坏，应及时修补。
4.3复合土工膜的拼接
1）本工程采用两布一膜复合土工膜，复合土工膜的连接分2个程序进行，即上层无纺织布的缝接， PE膜的连接。无纺织布的缝接用手提缝纫机、尼龙线进行双道缝接，搭接宽度10cm；PE膜采用焊接工艺连接，焊接工具采用自动调温(调速)电热模式双道塑料热合机。拼接包括土工布的缝接、土工膜的焊接，为了确保焊接质量，焊接应尽量在厂内进行，但为了施工方便，复合土工膜幅宽又不应太宽，必须在施工现场拼接。
2）复合土工膜焊接质量的好坏是复合土工膜防渗性能成败的关键，所以务必做好土工膜的焊接，确保焊接质量，因此，土工膜焊接应由生产厂家派专业技术人员到现场操作，指导，培训，采用土工膜专用焊接设备进行。本工程土工膜焊接采用ZPR—210V型热合土工膜焊接机，土工布采用手提式封包机缝接。
3）焊接工艺：第一幅土工膜铺好后，将需焊接的边翻叠（约60cm宽），第二幅反向铺在第一幅膜上，调整两幅膜焊接边缘走向，使之搭接20cm。
4）焊接全部在现场进行，要求天气晴好，风力3级以下，严禁在雨天、高温和严寒天气下施工，焊接基底表面应干燥，焊接前用电吹风吹去膜面上的砂子、泥土等脏物，再用干净毛巾擦净，保证膜面干净，在焊接部分的底下垫一条长木板，以便焊机在平整的基面上行走，保证焊接质量，正式焊接前，应先根据施工气温、PE膜厚度，利用相同材质的PE膜进行试焊，施焊温度为220～300℃，掌握好的焊接机温度及行走速度，确定好施工工艺参数，再进行正式施工，焊缝应透明、平整、顺直、连续。拼接焊缝两条，每条宽10mm，两条焊缝间留有10mm的空腔，用此空腔检查其焊缝质量。
4.4复合土工膜的锚固
复合土工膜的锚固分上部与坝顶的锚固，库底与截水墙的锚固，复合土工膜上部锚固采用在坝顶路缘石基础底部嵌固足够长度复合土工膜，其结构形式为口宽0.3㎝×深0.3㎝的三角槽，在槽内夯填土。复合土工膜库底与截水墙的锚固，坝脚处沿轴线方向挖口宽3.0m×深1.0m的一条沟槽，铺设复合土工膜时将复合土工膜紧贴在沟内侧，在沟槽内现浇混凝土截水墙。
4.5上覆保护层
复合土工膜焊接完并经质量验收合格后，及时在膜上面均匀铺设30cm砂砾石垫层，找平拍实后浇筑混凝土10cm，以防止其在紫外线照射下易老化和其它因素引起的破坏。
5.防渗效果分析
大寨田水库除险加固工程在施工过程中严格按复合土工膜施工技术要求，严格现场焊接的质量控制，且经过室内试验结果表明，复合土工膜各项性能指标均能满足设计要求，质量得到保证。该工程于2010年9月底完工后蓄水运行，经过三年的运行，混凝土护面平整，没有出现护面下滑、断裂。坝后无水溢出点，防渗效果较好，对于寒冷地区中小型平原病险水库的除险加固，具有较大的经济效益和很好的推广使用价值。