复合土工膜在小坝塘防渗工程中的运用

邱坤龙

(云南省文山州水务局，云南 文山663099)

1 概 况

马达新寨小坝塘坝型为均质土坝，坝塘总库容3.60 万m3，径流面积0.2 km2，坝塘主要任务是进行农田灌溉。因受当时施工条件限制，靠人畜拖拉石碾碾压，坝体碾压质量较差，加之上坝土料不合格，导致坝体渗漏严重。经查明该坝塘主要是由于坝基清基不彻底、坝体碾压质量差、上坝土料质量不合格等因素导致坝体及坝基渗漏。

2 防渗方案的选择

考虑到采用帷幕灌浆或防渗墙方案造价较高，并且施工工艺复杂、难度大，县内没有相应施工能力的施工队伍，且造价较高;采用黏土斜墙防渗又会降低坝塘库容，并且施工场地狭窄，不方便施工机械碾压。经多方案从经济、技术、施工周期等方面比较，最后因土工膜防渗方案均比其他方案经济，节省投资、技术上可行、防渗效果好、施工周期短而被定为推荐方案。

复合土工膜防渗方案即在坝体上游坡面铺设复合土工膜，以土工膜作为防渗体，把复合土工膜分别和坝肩、坝基、坝顶等锚固，整体形成一个封闭不透水的防渗体，进行坝体防渗的方案［1］。

3 复合土工膜的防渗设计

3.1 复合土工膜规格的选择

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。该坝塘坝高7.5 m，静水压力不大，经综合分析坝坡防渗层采用规格为150g/0.3mm/150g 的针刺短线涤纶两布一膜(PE膜)的土工膜，产品重600 g/m2，耐静水压为0.6 MPa，垂直渗透系数≤10－12cm/s。另外，复合土工膜物理力学指标应符合下列要求:

3.2 复合土工膜的稳定计算

由于上游坝坡较陡，复合土工膜与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保护层的抗滑稳定性。复合土工膜抗滑稳定

性验算计算公式为:

式中:K 为抗滑稳定安全系数;f 为上垫层与土工膜之间的摩擦系数，结合本工程实际取0.45;α 为上游坝坡坡角，tgα=1/2.8。

通过计算得K=1.26，大于规范要求1.25，说明抗滑稳定满足规范要求。

3.3 膜下排水、排气系统设计

3.3.1 土工膜正常渗漏量计算PE 土工膜正常渗漏量采用计算公式为:

式中:Q 为正常渗漏量，m3/s;K 为土工膜渗透系数，本工程为10－12cm/s;A 为渗透面积，本工程为1717.25m2;ΔH 为土工膜上下水位差，本工程为7.2 m;δ 为土工膜厚度，本工程0.3mm。

经计算，正常渗漏量为4 ×10－5m3/s，日渗漏量仅为3.46 m3。

由于复合土工膜的正常渗漏量非常小，膜后土坝也具有一定的渗透性，所以在计算中可忽略不计。经勘察在坝体左右坝肩与坝体接触部位有部分分散的泉点，所有泉水最大流量为6 ×10－5m3/s。大量的膜下积水不及时排除，受地下水及气体的顶托，土工膜可能会被顶起来，造成防渗体破坏，还将抬高坝体浸润线，危及大坝安全，所以必须在土工膜下设置排水、排气系统，排除膜下的气体及积水，保护土工膜及坝体安全。

3.3.2 膜下排水系统

设计沿垂直于坝轴线方向间隔均匀布设5 条积水支沟，在坝基处平行坝轴线方向布设一条积水主沟，积水支沟将膜下积水汇集到积水主沟中，通过积水主沟将膜下积水排往集中出水口，在集中出水口用埋管从原老涵洞将积水排出。同时在垂直于坝轴线方向的积水沟顶部埋设排气管，排出膜下产生的空气，保证土工膜的稳定。膜下排水排气系统平面示意图见图1。

积水支沟断面设计为30 cm ×30 cm(宽×深)，沟壁铺设土工布，土工布规格为400 g/m2，排水沟内填充碎石;积水主沟断面为30 ×40 cm，采用C15混凝土浇筑，沟内填充碎石，将膜下积水汇集到集水坑处，通过排水管排出。集水坑采用C15混凝土浇筑，长0.5 m、宽0.4 m、深0.5 m。排水管设计采用PE管，糙率n 取0.009，经采用谢才公式计算，采用DN32PE 管 排 水 量 为0.00016 m3/s ＞ 0.0001 m3/s(0.00004 m3/s+0.00006 m3/s)可以满足要求。排气管根据经验采用DN25国标镀锌钢管。大坝排水排气系统示意图见图2。

图1 膜下排水排气系统平面礋不意图

图2 大坝排水排气系统示意图

3.4 复合土工膜防渗体结构层设计

复合土工膜防渗结构自下而上依次为支持层、防渗层、保护层。

3.4.1 支持层

复合土工膜本身具有一定的排水、抗顶破、刺破功能，所以将坝坡开挖、平整、清除尖锐杂物以及夯实后即可直接铺设复合土工膜。

3.4.2 保护层

保护层分面层和垫层，垫层主要是保护复合土工膜不被刺破，根据经验及工程类比垫层设计铺设粒径＜2 cm的碎石垫层，平均厚为30 cm。面层设计采用干砌块石护坡，根据《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001 护坡计算公式:

式中:Q50为石块的平均质量，kg;Qmax、Qmin为石块的最大、最小质量，kg;Hs 为有效波高，m;k 为系数，取4.370;G 为石块比重，取3;t 为护坡厚度。

结合麻栗坡气象局提供的数据，设计风速取27 m/s。吹程为0.2 km，m 为2.25，经计算Q50、Qmax、Q min分别为8 kg、32 kg、2 kg，护坡厚度t 计算得0.242 m，取0.25 m。

3.5 土工膜与库底、坝肩、坝顶等部位的锚固

库底锚固:为保证坝体稳定和安全，设计在距坝基上游2 m的地方开挖上顶宽4.0 m，底宽1.0 m，高2.0 m的锚固槽深入相对隔水层，将复合土工膜卷曲锚固在槽内，并回填过筛黏土，边回填边夯实。

坝肩锚固:分别沿两坝肩外延5 m，开挖宽1.0 m，深1.6 m的矩形锚固槽，将土工膜卷曲锚固在其中，并回填过筛黏土夯实，与坝肩形成封闭的防水层。

坝顶锚固:坝顶外延1.0 m，开挖0.4 m ×0.4 m锚固槽，将土工膜卷曲锚固其中，原土分层回填夯实。

放水涵管锚固:用不锈钢管箍将土工膜锚固在涵管上，土工膜与涵管、与管箍的锚接部位中间采用橡胶止水垫层止水和保护土工膜，土工膜前后各浇筑厚1.0 m的C15混凝土进行加固，详见图3。

溢洪道的锚固形式与坝顶的锚固形式相同。

图3 放水涵管锚固设计图

4 复合土工膜施工技术要求

4.1 铺设技术要求

铺设应在干燥和暖的天气进行，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，不宜褶皱、悬空，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;不得将火种引入施工场地内，施工人员不得在施工现场抽烟;施工时如发现土工膜损坏，应及时修补。

4.2 复合土工膜的焊接

复合土工膜的上下两层土工布采用缝接，土工膜采用热熔焊接。为了确保焊接质量，焊缝搭接面应做到无水、无尘、无垢，不得有污垢、砂土、积水等影响焊接质量的杂质存在;焊缝接点应为“T”字型，不得作成“十”字型;焊接形式采用双焊缝搭焊，焊缝双缝宽度采用2 ×10 mm;联接的两层土工膜必须搭接平展、舒缓。

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。

4.3 土工膜的锚固

土工膜的底边和周边必须与不透水地基和坝坡严密结合，即锚固槽必须开挖到相对不透水层以下。土工膜须按设计卷曲锚固于槽内，槽内回填土必须为过筛黏土，黏土内不得含有容易刺破土工膜的杂物，边回填边压实，确保土工膜锚接牢固。

5 工程效益

5.1 社会效益分析

马达新寨小坝塘工程实施结束后，彻底解决了马达村附近几个村小组的烤烟种植用水困难问题，降低了烤烟种植成本，增加了烟农收入，深受人民群众的欢迎。进一步增强烤烟生产基础设施建设，有利于农业产业结构调整，促进农村经济发展，加快人民群众脱贫致富奔小康步伐，促进了社会的安定团结。

在工程建设时期，需要大量的建筑材料和劳动力，工程的建设解决了社会部分民工的再就业问题。工程所需物资的采购对拉动市场经济，扩大内需具有一定的促进作用。

5.2 烤烟灌溉效益

该坝塘工程实施后，烤烟能按时栽插，中耕管理用水得到保证，烟叶质量从叶片厚度，含油量等都得到整体提高，亩产量相应增产。根据项目区多年烤烟经济指标分析表明，生产用水有保证年烤烟平均亩产量比生产用水无保证年增加300 kg/hm2，平均公顷产值增加4 413 元/hm2，该项目实施后，可解决166.67 hm2烤烟生产用水，年可增加烤烟产量5.00 万kg，增收73.55 万元。

［1］郭惠倩. 浅谈复合土工膜在调蓄水池防渗中的应用［J］.农业科技与信息，2010(10):34－35.