柯柯亚二库枢纽工程库盘防渗技术

赵万强

（吐鲁番地区水利水电勘测设计研究院，新疆吐鲁番838000）



柯柯亚二库枢纽工程库盘防渗技术

赵万强

（吐鲁番地区水利水电勘测设计研究院，新疆吐鲁番838000）

摘要：柯柯亚二库枢纽工程采用全库盘防渗技术，本文介绍了防渗体厚度及渗漏量的计算。希望对其他大面积防渗体设计提供参考作用。

关键词：库盘；防渗

1　工程概况

柯柯亚二库工程位于鄯善县中部柯柯亚河流上，距上游柯柯亚水库12.0km，距鄯善县城30km，是柯柯亚河流上的二级水库枢纽工程，是一座小（一）型拦河式水库，坝轴线长3.21km，总库容945.0万m3。库盘成簸箕形，形成的水面面积约70万m2，水库主要包括主、副坝、进水建筑物（防冲渠）、坝顶溢洪道、灌溉兼泄洪放水洞、工业供水涵管，坝型为混凝土面板砂砾石坝，最大坝高27.1m，全库盘复合土工膜防渗。柯柯亚二库于2012年开始建设，计划2014年完工蓄水。

柯柯亚二库具有工业供水、城镇供水、农业灌溉等综合效益，是一项综合利用水利工程。与上游柯柯亚水库联合承担下游15.58万亩的农业灌溉及每年2712.6万m3的工业及城镇供水任务。

2　库区地形地质条件

柯柯亚二库位于柯柯亚河中游的戈壁河谷，河谷成U形，宽600～1000m，库区出露的岩性主要为第四系上更新统冲洪积砂卵砾石，据渗透试验资料显示，库盘砂砾石层的渗透系数K为1.25× 10-2cm/s～3.56×10-2cm/s，属中等～强透水层。根据地形、地质特点，柯柯亚二库采用全库盘非织造布复合土工膜防渗。

3　防渗体设计

全库盘采用复合土工膜防渗，复合土工膜防渗体包括上保护层、复合土工膜和下支持层。

3.1 塑膜厚度

根据《土工合成材料工程应用手册》采用前苏联全苏水工科学研究院的经验公式计算，并考虑其他因素确定塑膜厚度。

计算塑膜应力的经验公式为

式中

t—塑膜的厚度，mm；

［σ］—薄膜的容许拉应力，kg/cm2；

ρ—塑膜承受的水压力，t/m2；

d—与膜接触的土砂卵石的最大粒径（d＜22），mm；

E—在设计温度下膜的弹性模量，kg/cm2；

经理论计算，水头为27m时塑膜厚度为0.73mm。水头为20m时塑膜厚度为0.54mm。（见表1），上述计算结果均为塑膜的理论厚度。

表1　塑膜厚度计算结果

3.2 非织造布复合土工膜的选择

柯柯亚二库最大坝高27.1m，正常蓄水位841.87m，最大水头25.6m，库盘防渗面积约70万m2。库盘沿河道纵向长度1023m，河道纵坡2%～3%，库盘水深由0m增至25.6m。

依据工程实际情况，将库区划分为两个区域：水深＜20m为浅水区，水深＞20m为深水区分别选用土工膜。依据上述计算结果并参照已建工程进行类比后确定浅水区选用（200g/0.6mm/200g）非织造布复合土工膜、深水区选用（200g/0.8mm/200g）非织造布复合土工膜。单层土工织物布厚采用200g/m2涤纶短纤维非织造布。具体技术参数见表2。

表2　复合土工膜基本项技术要求

注1：第6项如测定时试样难以剥离或未到规定剥离强度基材或膜材断裂，视为符合要求。

注2：实际断裂强度低于标准强度时，标准强度对应伸长率不作符合性判定。

由于本枢纽工程承担下游城镇供水任务，所选用塑膜应符合GB9687-88《食品包装用聚乙烯成型品卫生标准》，非织造布复合土工膜应符合GB9691-88《食品包装用聚乙烯树脂卫生标准》，其他辅助材料应符合相应的国家现行有关标准的规定，塑膜原材料采用全新聚乙烯树脂料。

非织造布在我国应用较为广泛的是丙纶、涤纶、聚酯纤维三种化纤合成材料织物，丙纶老化速度快且卫生指标不能满足上述要求，涤纶和聚酯纤维老化速度慢，老化速度相差近一倍。相比聚酯纤维造价较涤纶高。本工程所选非织造布为涤纶短纤非织造布。

3.3 防渗结构

库盘防渗结构由上向下为：上保护层（40cm厚砂砾石盖重）→防渗体（非织造布复合土工膜（两布一膜））→下支持层（15cm厚级配砂砾料垫层）→库盘砂砾料整平基础。

（1）上保护层与下支持层选择

上保护层采用40cm厚砂砾石主要起盖重保护作用，由于库底均为深厚砂砾石覆盖层渗透系数K 为1.25×10-2cm/s～3.56×10-2cm/s，属中等～强透水层，无需考虑膜下的顶托力。

下支持层：依据本章节3.1塑膜厚度计算中限制与膜下接触卵石最大粒径＜22mm。非织造布复合土工膜是柔性材料，全靠支持层的支持而存在，支持层应使复合土工膜受力均匀，免受局部集中应力的损坏。由于该工程区域砂砾石料储量充足，因此下支持层采用15cm厚最大粒径＜20mm级配砂砾料垫层。

（2）非织造布复合土工膜连接

本工程塑膜接头采用双焊缝热熔焊接，通过现场打压实验检验施工质量，充气压力达到0.15～0.2MPa，保持1～5min，压力无明显下降即为合格。

（3）渗流计算

柯柯亚二库枢纽工程大坝属于4级建筑物，坝高较低，库盘采用非织造布复合土工膜做防渗体，在防渗体没有发生破坏时认为是无渗流的，即认为垂直膜面是不透水的。因此按不透水层计算渗流，可认为是不渗流的。即便发生渗流，也是由于防渗体的局部破坏而产生的集中渗漏，而筑坝材料采用渗透性较大的砂砾料，不会在坝体中形成规则的流网。在坝体与坝基的渗流量计算时，只计算非织造布复合土工膜全防渗时的正常渗流量和缺陷渗流量。根据《土工合成材料工程应用手册》，计算方法如下。

非织造布复合土工膜的渗透引起的渗漏量计算公式为

式中：

Qg—土工膜的渗流量，m3/s；

Kg—土工膜的渗流系数，m/s；

i—水力梯度；

ΔH—土工膜上、下的水头差，m；按正常水深2 /3计算；

A—土工膜的渗透面积，m2；

Ts—土工膜的厚度，m。

经计算可知，非织造布复合土工膜的正常渗流量为0.14m3/天（见表3），约占供水量的0.0002%，满足小于0.5%渗漏要求。

表3　土工膜的渗流量计算

（4）缺陷渗漏量

施工缺陷包括：土工膜接缝焊接时局部粘结不结实，成为具有一定长度的窄缝：施工搬运过程的损坏；施工机械和工具的刺破：合理施工可减少第三项缺陷。一般人力施工较机械施工缺陷少。

根据国外六项工程渗漏量实测数据的统计分析得出，施工产生的缺陷约4000m2出现一个。尺寸的等效孔径一般为1～3mm，施工过程中要严格控制施工质量。

土工膜的施工缺陷引起的缺陷渗漏量计算公式为

式中：

Q—土工膜缺陷引起的单层土工膜防渗层的缺陷渗漏量，m3/s；

A—土工膜缺陷孔的面积总和，m2；

g—重力加速度，m/s2；

Hw—土工膜上下水头差，m；

μ—流量系数；取0.65。

假设土工膜铺设700000m2内共有18处出现了施工缺陷。如果缺陷的等效孔径为d =10mm，即半径r=5mm的孔洞，则缺陷渗漏量计算结果见表4。

表4　质量缺陷引起的土工膜渗漏量计算

经计算可知，非织造布复合土工膜缺陷引起的渗漏量为1377m3/天。约占供水量的1.8%。不满足小于0.5%～1%渗漏要求。经试算后得出施工中质量缺陷不得超出8处。

4　结论

复合土工膜作为一种新型复合防渗材料具有较好的耐腐蚀性能。适用领域广，采用复合土工膜库盘防渗的土石坝具有施工简单、坝体填筑加快、适应不同地层、防渗效果好、投资较少等优点，可应用在库盘处于断层破碎带、深厚砂砾石覆盖层的中小型水库。

参考文献

［1］编写委员会.土工合成材料工程应用手册（第二版）［M］.北京：中国建筑工业出版社.

［2］袁新明.塑料薄膜防渗渠道断面的优化设计［J］.防渗技术，1992（01）.

［3］敖维驯.工程实用优化技［M］.北京：兵器工业出版社，1989（06）.

［4］顾淦臣.复合土工膜土石坝的设计和计算［J］.水利规划与设计，2000（04）.

［5］岑威钧，沈长松.复合土工膜防渗土坝坝坡的抗滑稳定性研究［J］.水利规划设计，2002（04）.

作者简介：赵万强（1987年—），男，助理工程师。

收稿日期：2015-01-06

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.03.036

中图分类号：TV223.4

文献标识码：B

文章编号：1672-2469（2016）03-0102-03