复合土工膜在大南湖水库除险加固工程中的应用

姜兴培

【摘要】限于当时的经济社会条件，水库设计标准低，配套设施不够完善。经过40多年的运用，工程建筑物老化，存在工程隐患，危及水库安全并影响正常效益的发挥。2002年8月，经水利部大坝安全管理中心核查为三类坝，水库为病险库

【关键词】复合土工膜；加固工程

1、工程概况

新疆哈密市大南湖水库位于新疆维吾尔自治区哈密市南湖乡，距哈密市城区约26公里，是一座以灌溉为主兼顾水产养殖为一体的综合性的注入式平原中型水库。水库总库容2100万m3，死库容400万m3，兴利库容1800万m3。水库于1959年开工建设，1962年开始蓄水运行。水库坝长约3636m，主坝约2636m，副坝约1000m。主坝坝型为粘土均质坝，最大坝高8m，上游坝坡1：1.5，下游坝坡1：1。水库下游现有耕地12000畝，农作物以哈密瓜和棉花为主，是哈密主要哈密瓜产地。水库对下游农业灌溉、经济发展和生态环境的改善起着十分重要的作用。该水库除险加固工程于2005年3月开工，现已蓄水运行11年。从运行情况来看，除险加固效果良好。下面仅对复合土工膜防渗技术在该水库除险加固工程中的应用情况进行总结。

2、除险加固防渗方案的选择

该水库大坝土体密实度较差，大坝渗漏严重。由于筑坝时坝基未处理，坝后普遍漏水。通过对大坝的渗流和稳定分析，在正常蓄水位时，大坝的渗流稳定性不满足设计和规范要求。必须对大坝进行防渗处理。根据工程特点及地质条件，提出了两种防渗方案。方案一：采用复合土工膜坝基垂直防渗和坝坡平面防渗相结合的方法进行加固处理。方案二：采用垂直塑性混凝土防渗墙的方法进行防渗加固。

3、复合土工膜防渗结构设计

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。本工程复合土工膜规格选用为200g/0.5mm/200g的针刺短线涤纶两布一膜（PE膜），幅宽均为5m。PE膜土工膜物理力学性能指标应符合相应要求。

3.2 复合土工膜防渗体结构层设计。一般复合土工膜防渗土石坝工程中，复核土工膜防渗结构自上而下依次为防护层、反滤层、上垫层、保护层、防渗层（复合土工膜）、下垫层、支持层（坝坡）。该工程自上而下依次为厚15cmC20现浇砼板防护层、0.5mmPE两布一膜防渗层、支持层（坝坡）。

4、复合土工膜与水库建筑物输水洞周边的连接

复合土工膜防渗斜墙与水库输水洞刚性建筑物的连接，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。复合土工膜与输水洞及闸井连接时，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。

5、复合土工膜防渗工程施工

5.1 施工流程。施工流程为：坝坡调整及坡面平整→截渗槽开挖→复合土工膜铺设及连接→回填截渗槽→现浇混凝土保护层→验收。

5.2 施工工艺和要求

5.2.1 坝坡调整及坝坡面平整。要求做到坝坡面平整，无尖锐物。施工时要排空水库，清除淤泥、乱石、杂草、杂物、树根、竹根等，按设计坝坡削坡翻松整修并严格整平坡面，夯实基面，同时要妥善处理好坝坡塌坑、裂缝等，开挖坝脚截渗槽至不透水层，设重力礅或挡土墙将膜料压入基底。

5.2.2 复合土工膜铺设。坝坡面处理完毕，并经验收合格后，再将复合土工膜卷材自上而下沿坡面徐徐展放至坝趾，四周边缘要展平。铺设时不要拉得太紧，使其处于自然状态。为适应变形，宜留出必须的放松量（大约1.5%-5%）置成波纹状折皱。铺膜完毕后应仔细检查，接头是否符合要求，膜面是否有破漏等，否则应及时采取相应补救措施，直至合格后才能回填保护层。

5.2.3 土工膜连接。土工膜均以卷材的形式出厂的，受生产设备限制和便于运输和存放，出厂的土工膜长度和宽度均有一定的限制。一般长度约50m一卷，宽度2-6m，实际施工中，接缝是不可避免的。土工薄膜的连接是施工的关键工序。现场土工膜的连接有搭接、粘接和焊接。其中粘接和焊接的效果较好，大面积拼接一般用焊接，局部拼接才用粘接，应注意太薄的聚乙烯（PE）膜经加热要烧坏，故不能用焊接。

5.2.4 保护层浇注。复合土工膜上设混凝土保护层（即护坡）。保护层的作用是保护复合土工膜，防止风浪冲刷，风沙的吹蚀，人和机械的损坏，冰冻的破坏紫外线的照射，风力的掀动，以及防止因膜下水压力而使膜浮起等作用。

6、复合土工膜施工质量控制

复合土工膜的铺设，是该工程施工的关键。施工质量控制包括材料采购、进场原材料质量控制、施工操作过程控制、施工完质量检测。

6.1 材料采购。结合工程实际及所选复合土工膜的规格，确定复合土工膜的质量标准、几何尺寸，选择生产规模较大、产品质量符合要求的生产厂家进行招标采购。

6.2 原材料质量控制。进场的复合土工膜必须有厂家提供的合格证书，性能及特性指标和使用说明书。复合土工膜进场后，随机抽取复合土工膜对其性能指标委托指定实验中心进行复测，复测结果全部合格。

6.3 施工操作过程控制。复合土工膜铺设前编好施工组织设计，说明铺设方法和技术措施，经监理批准后方使用，施工人员均应穿平底布鞋或软胶底鞋进行铺设，严禁穿钉鞋以防踩坏土工膜，做到随铺随压，复合土工膜铺设要与保护层铺设相协调。拼接中复合土工膜焊缝质量是拼接关键，施工中尤其要加强接缝检测，该工程采用充气法检查焊缝质量，自检合格后提交监理单位、质检部门及甲方联合抽样检查，实行逐段认证签证，对于虚焊、漏焊的接缝应及时进行补焊，并对补焊部位进行充水检测，直至验收合格后，才可以进行。

7、结束语

该工程在近11年使用中，未出现异常情况，并已取得了显著的经济效益和社会效益。复合土工膜防渗技术具有造价低、施工工艺简单、设备少、施工速度快、防渗性能好且能适应坝体变形、耐腐蚀、不怕鼠、白蚁破坏等优点，在我区水利工程特别是中小型水库除险加固的防渗和渠道防渗得到了广泛的应用。