简析水库库盘应用复合土工膜的防渗设计

王继尧

【摘要】土工膜作为一种防渗材料，在水库库盘防渗中具有重要作用。基于此，结合某水库工程，本文简述了某水库工程的概况以及某水库工程坝型的合理选择，对某水库库盘应用复合土工膜的防渗设计进行了简要分析

【关键词】水库工程；坝型；选择；库盘；复合土工膜；防渗设计

新疆地区水库工程建设中的砂砾石覆盖层厚度极大、渗透性强，库盘防渗成为兴建水库的关键技术。随着工业技术的进步，为人们提供了防渗性能良好且经济的土工膜材料，使得水库进行全库盘防渗得以实现。以下就某水库库盘应用复合土工膜的防渗设计进行探讨。

一、某水库工程的概况

某水库坝型为混凝土面板堆砂砾石坝，枢纽建筑物由主坝、东西副坝、溢洪道、导流兼泄洪涵洞、工业及灌溉引水涵洞、工业供水管道等主要建筑物组成。是一个具有工业供水、农业灌溉、防洪等效益的综合利用工程。水庫工程区域范围内主要出露上古生界石炭系、侏罗系及新生界第三系和第四系地层。整个库区均为第四系堆积物所覆盖、未见基岩出露，断裂构造不发育。库区内没有大的断层构造通过。

二、某水库工程坝型的合理选择

1、受地形地质条件和周边建筑物影响，在平面上布置呈“U”型的大坝形式，整个水库由东副坝、主坝和西副坝构成。坝基为第四系砂卵砾石层，厚度较大，相对隔水层为第三系的泥岩、砂岩，不适合修建混凝土重力坝等刚性坝。根据地勘资料，当地砂砾石料较为丰富，而无粘土料，并且河床砂卵砾石覆盖层较深，因此在土石坝坝型中不能选择粘土均质坝、粘土心墙砂砾石坝和粘土斜墙砂砾石坝等坝型。

2、由于库区及两边岸坡均为深厚砂砾石覆盖层，根据某水库地质报告介绍，库盘内河床表层为第四系含漂石的砂卵砾石层，属强透水层。库区两岸库盘以上地层岩性为第四系砂卵砾石层，属中等～强透水层。水库蓄水后渗漏量很大，因此需要对整个库区及坝体进行防渗处理，坝址区无可用做库盘铺盖的防渗土料，因此选择复合土工膜作为库盘内防渗材料。

3、根据某水库的地形地质条件，初选两种土石坝进行方案比选：（1）混凝土面板堆砂砾石坝；（2）复合土工膜防渗砂砾石斜墙坝。并且从地形地质条件适应性、筑坝材料料源、枢纽布置方面、工程施工方面、环境影响方面、工程运行管理方面、工程投资等方面综合考虑，某水库坝型选择为混凝土面板堆砂砾石坝，全库盘采用复合土工膜进行防渗。

三、某水库库盘应用复合土工膜的防渗设计分析

1、防渗设计方案的选择。结合某水库概况，根据某水库的地形地质条件，采取坝基防渗的方案有两方面：第一、坝基采用槽孔混凝土防渗墙与坝坡防渗体连接在一起的方式；第二、采用复合土工膜进行全库盘防渗的方式。上述两个方案分别从安全、经济、施工、管理方面进行论述，从优进行选择。经过比较分析，应用复合土工膜防渗更经济及方便施工，因此某水库选择全库盘复合土工膜防渗方案。

2、水库应用复合土工膜防渗的可行性分析。水库库盘应用复合土工膜进行防渗设计过程中，实践证明不论是设计和施工都取得成功。比如策勒胜利水库采用复合土工膜进行全库盘防渗，共铺设复合土工膜300万m2，防渗效果较为显著，为以后的防渗工程应用复合土工膜打下了基础。根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》，允许高坝采用土工膜防渗，某水库最高水头约为40m，不需专门进行论证，因此某水库库盘采用复合土工膜防渗是可行的，能满足水库正常运行要求。

3、某水库库盘应用复合土工膜的防渗设计分析。（1）土工膜类型选择。常用土工膜有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）两种。聚氯乙烯膜既可以粘接，也可以焊接；聚乙烯膜只可以用焊接机焊接。两者施工方式操作均比较方便，而且接缝质量均有保证，但是工厂生产的聚乙烯膜幅宽比聚氯乙烯膜宽，可以减少接缝，并且聚乙烯膜在性能上伸长率比聚氯乙烯膜大，均匀性也好些。由于某水库选用复合土工膜进行水平防渗，需要的复合土工膜量防渗面积非常大，造成复合土工膜的接缝长度非常长，而且会出现多块复合土工膜在一处连接的情况，接缝施工难度较大，接缝处质量要求较高。因此某水库宜选用聚乙烯膜，可以减少接缝长度，提高土工膜的伸长率，保证复合土工膜防渗效果。（2）土工膜厚度设计。第一、根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》规定：“土石堤、坝防渗土工膜厚度不应小于0.5mm。对于重要工程适当加厚，对于次要工程，可以适当减薄，但最小不得薄于0.3mm”。某水库复合土工膜防渗薄膜厚度应根据所承受的水头，通过顶破、刺破和穿透试验确定。本工程由于没有进行具体试验，根据已建设的工程经验进行确定复合土工膜的规格，为了降低工程造价，依据作用水头的不同，本工程采用两种规格不同的复合土工膜进行库盘不同部位的防渗。在正常蓄水位以下的库盘采用300g/0.6mm/300g的复合土工膜防渗，其余部分库盘采用300g/0.5mm/300g规格的复合土工膜防渗。（3）土工膜上下垫层设计。依据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》规定，复合土工膜上面设防护层、上垫层，在其下面设下垫层。上垫层根据复合土工膜的型式选择铺设500mm厚天然级配砂砾料垫层，下垫层铺设200mm厚天然级配砂砾料垫层。（3）土工膜与周边建筑物的锚固。基于复合土工膜与面板混凝土趾板、面板等刚性建筑物连接对于整个水库防渗系统的重要性，某水库复合土工膜与刚性建筑物连接采用螺栓锚固连接，并在可能发生较大位移的相反方向留有膜与土体共同变形的余幅，且勿使膜形成褶皱的型式，因为褶皱受压后很难舒展，即使能展开，经过折叠的土工膜的拉伸强度和极限伸长率都会损失大半。首先在趾板面上间隔20cm预埋膨胀螺栓，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，趾板与库盘交接处采用柔性连接进行固定。

结束语

综上所述，某水库是一座建于砂砾石覆盖层上的水库，水库库盘应用复合土工膜进行防渗设计，防渗效果较为理想。因此在水库工程建设过程中，应用复合土工膜的防渗设计，是提高水资源利用率的重要措施之一。

参考文献：

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[3]吴俊杰.山前倾斜平原水库全库盘防渗复合土工膜应力应变分析[D].新疆农业大学，2013