前进水库垂直铺塑施工存在的问题分析及处理措施

孔永明

（新疆生产建设兵团勘测规划设计研究院，乌鲁木齐 830002）

1 工程概况

新疆生产建设兵团农三师前进水库始建于1966年。库址位于麦盖提县城东北约15 km，在经审批的“新疆叶尔羌河流域规划”中，前进水库是一座所保留的平原型引水注入式水库。水库主要由叶尔羌河中游引水，水库原设计总库容为0.95亿m3，相应设计蓄水位1173.05 m，最大水面面积44.43km2，最大坝高12 m，前进水库属于“三边”工程，自1969年投入运行以来，就存在着各种严重威胁水库安全的病险情况，水库常年来仅能以6 000 m3库容低水位运行。1999年经兵团水库大坝鉴定委员会鉴定，前进水库为三类坝（即病险库），同时国家黄委也将前进水库列为全国中型病险库之一。必须进行除险加固。该库运行中表现出来的主要病险情况有：

1）坝基渗漏严重，坝后泉眼丛生，蓄水量达到6 000万m3时（相应库水位1172.08 m），全库总渗漏量为5 915.8万m3，仅6+500～10+000段坝后管涌点多达2 346处。

2）坝后排水不畅，东、北坝段坝后有大片积水，使坝体浸润线升高，影响坝坡安全，不能满足设计库容下的水库坝坡抗滑稳定安全要求。

2 水库工程地质和除险加固设计

2.1 工程地质条件

前进水库位于叶尔羌河冲积平原，地层为第四纪以来形成的堆积物，包括冲积、风积及湖沼沉积等。岩性为细颗粒沉积、大厚度均匀的粉细砂占绝对优势，而黏性土则以薄层覆盖在地表，分布在西部和北部，东部。南部则为大面积裸露的风积沙丘为主。据区域钻孔揭露本区第四系厚度不超过200 m。地震基本烈度为7°。

其主坝段工程地质条件如下：地表下为4～5 m厚的轻粉质土，粒径 d85=0.07～0.08 mm，d15=0.015～0.024 mm，其渗透系数4×10-3cm/s;其下为巨厚中细砂，粒径d85=0.2～0.43 mm，d15=0.04 ～0.13 mm。渗透系数1.7×10-2cm/s，渗透破坏类型为流土，其渗透允许水力坡降为0.42。

2.2 除险加固设计

坝体除险加固设计分为两段，一段为以沙壤土为主的均质土坝，坝顶宽6 m，坝顶填筑高程1175.0 m，另设高1.2 m钢筋混凝土防浪墙，内坡1∶2.25，外坡1∶2.5，坝前水深8～10 m，坝体采用现浇15 cm厚混凝土板防浪护坡，护坡板下采用0.5 mm塑膜防渗，坝基采用水平铺膜5 m+垂直铺膜12 m。

一段为风积沙碾压填筑的沙坝，坝前水深6～8 m，坝顶宽7.5 m，设计坝顶填筑高程1 175.0 m，设1.2 m高钢筋混凝土防浪墙，内坡比1∶2.5，外坡比1∶5，并用15 cm厚草泥护面固沙。坝体采用现浇12 cm厚混凝土板防浪护坡，护坡板下采用0.5 mm塑膜防渗，坝基采用水平铺膜5 m+垂直铺膜10 m。

由于库盘面积太大，不可能实施全库盘防渗，坝基和坝体防渗的主要目的是降低坝坡出逸比降，满足渗漏稳定要求，并在一定程度上减少渗漏。

3 施工中存在问题分析

3.1 有效槽深达不到设计值

施工过程中，刚开始垂直铺塑的部位有效成槽深度只能稳定在5～6 m，一直达不到设计深度，我们在现场根据垂直铺塑的工作原理和本工程的地质条件分析后得出以下结论：

垂直铺膜的施工工艺原理如下：垂直铺膜机是一条“钢锯”在地上锯出一条沟槽，然后在槽内放入塑膜。“钢锯”是一条矩形的钢结构的长臂，一般是由两条“【】”型钢对焊而成，在长臂结构的下侧分别焊有锯齿，锯齿的宽度决定了开槽的宽度。在长臂一端在电动机作用下，进行一前一后的割锯动作，并且依靠长臂的重力锯入地面。锯齿的中间有射水孔，靠射入的清水和长臂的割锯运动将土和成泥浆，在长臂的另一端，固定有一个泥浆泵，靠泥浆泵吸走锯槽内的泥浆。这样一射一吸形成了水流的回路。在施工过程中不断向锯槽中添加泥浆，靠泥浆压力固定槽壁。长臂长度一般在12～18 m，根据长臂与水平面的夹角决定了垂直铺膜的深度。整个机械靠固定在机子上的电动绞盘牵引前进。塑膜卷成筒，放在铺膜机的后端，在开槽达到设计深度后，塑膜卷筒被放入槽中，并随机械前进过程中，塑膜被人工一点一点的展开放在了锯槽中。

在施工过程中，经过各种调试后开槽深度只能稳定在6～8 m，主要因为该工程的地表4～5 m为轻粉质土，以下为中细砂，地下水位位于地面以下1.5～2 m，由于粉土和砂没有黏聚力，并且在水饱和状态下呈现流动状态（俗称流沙），因此垂直铺膜的长臂在一定深度以下是在流动的粉细砂中蠕动，而没有成槽。

3.2 塑膜铺不到成型槽底

由于开槽过程由于大臂的蠕动和泥沙流动，泥沙在槽内淤积非常快，在铺膜时，铺膜的卷筒要不时的上下运动，操作的工人说如果不动，很快就会被砂淤住。因此可以想象，在铺膜机后量测的深度实际是这一时刻开槽的深度，而塑膜是否放到底，不可得知。

3.3 塑膜搭接仍然穿在渗漏

由于垂直铺塑是采用成卷的塑膜，一卷塑膜长度大概在100 m左右，一卷铺完在和下卷连接时，存在两卷塑膜的连接问题，理论上可以采用焊接或黏接，但都需要时间，在此短暂的时间内，膜槽很快会淤堵，因此焊接或黏接是不可能的。实际上采用搭接，原设计搭接长度是2 m，但两片塑膜搭接缝最大在20 cm左右，仍然存在渗漏问题。

4 工程处理措施

由以上分析可知，垂直铺膜要想达到理想设计效果，必须具备以下条件：①锯槽至少要锯到设计深度，并且锯槽不垮壁、不淤积。②塑膜要能放到设计深度，不能悬浮在锯槽半空中。③两片垂直铺膜连接要处理得当，否则达不到防渗效果。为满足设计要求，我们做了以下处理措施和变更设计：

4.1 减缓垂直铺塑机行进速度，延长造壁时间，增加吸泥量

为提高成槽深度，我们采用了两种方法：①加大泥浆浓度和更换大功率泥浆泵，但换泵后没有锯多深就开始垮壁，曾掩埋了一台垂直铺膜机的大臂，经分析认为认为泥浆泵功率大，其吸力也大，可以将槽臂两端的砂吸入泥浆泵而造成跨壁。②减缓垂直铺塑机行进速度，增长造壁时间，增加吸泥量，该方法取得一定的效果，但仍然达不到设计值，最后只能将成槽深度稳定在6～8 m。分析原因主要是因为长臂推拉作用在下部搅动泥沙，使得下部泥沙处于流动状态，吸出的泥沙很快等到周边的补给，一定状态下达到了吸补平衡，无法提高成槽深度。

4.2 严格控制塑膜抬高高度

为保证塑膜能够铺到槽底，我们要求开槽深度大于铺设深度的0.5～1 m，允许工人上下抬动塑膜卷，但幅度不能太大，最高不能超过0.5 m。

4.3 增加搭接长度，槽中回填黏土

由于原设计搭接长度较短，为保证搭接处满足设计要求，我们主要采取两点措施：①延长搭接长度，将原设计搭接长度2 m延长到5 m;②将原来铺在膜槽两端，用于垫路和造孔的黏土，在垂直铺膜施工完成后，迅速回填到膜槽中，也可起到一定的防渗作用。

根据施工中垂直铺塑存在的问题和现场调试的情况，我们对工程设计提出以下变更：原设计5 m水平铺塑结合10～12 m垂直铺膜，变更为水平铺膜25 m+垂直铺膜6 m和水平铺膜30 m+垂直铺膜6 m。搭接宽度由2 m提高到5 m，并在膜槽内回填黏土。变更后经过渗流稳定计算，满足渗透稳定要求。

5 水库建成后运行情况

水库建成后至今已运行5 a，基本达到了预期目标，坝后的管涌点大幅度减少，水库的渗漏由坝后排水沟汇集到水库放水渠旁，再由泵站抽到水库放水渠内，渗漏水量也得到良好的利用，水库取得了良好的社会和经济效益。

6 结语

通过前进水库的施工经验，对于无黏性的细颗粒土质，要慎用垂直铺膜防渗技术。

[1]水利电力部第五工程局，水利电力部东北勘测设计院.土坝设计[M].北京：水利电力出版社，1978.

[2]黄河水利委员会勘测规划设计研究院.SL274-2001碾压式土石坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2001.