复合土工膜在小水库防渗中的应用

邵 杰，王恒诗，单兰涛，董 晓

（1.江苏省连云港市水利规划设计院有限公司，222006，连云港；2.江苏省连云港市赣榆区水利局，222100，连云港）

一、工程概况

1.基本情况

某水库位于江苏省连云港市赣榆区塔山镇，1984 年建成，为小（2）型水库。水库总库容11.56万m3，其中兴利库容4.26万m3，最大坝高7.80 m，设计洪水标准20年一遇，校核洪水标准200年一遇。该水库设计效益以防洪、灌溉为主，结合发展水产养殖等综合利用。

2.存在问题

经现场检查，水库整体坝段存在不同程度渗水现象，坝坡、坝脚长期阴潮，局部坝段渗水严重。选取典型断面（最大坝高处0+100断面）进行坝体渗流、渗透稳定计算，渗流、渗透稳定采用河海大学工程力学研究所编制 《水工结构有限元分析系统(AutoBANK v5.6)》计算。

从计算成果可以看出，现状大坝背水坡坝体、坝基均会产生渗透变性破坏，迎水坡坝体会产生渗透变形破坏，渗流、渗透稳定不满足要求，需进行防渗处理。

水库建造时受当时技术、经济条件制约，施工效果较差，且经过30多年运行后工程老化严重，整体坝段存在不同程度渗水现象。水库渗漏不仅降低了蓄水能力，削弱了水库效益，也存在严重的安全隐患。当地主管部门组织有关专家对水库进行了安全鉴定，现状大坝坝顶高程不能满足防洪要求，大坝渗透稳定不满足规范要求，评定为三类坝，亟须进行除险加固。

二、防渗处理方案设计

针对现状水库存在渗水且局部渗水严重问题，拟采用水库所在地区常用的两种防渗处理方案进行比选。

1.方案一：复合土工膜防渗处理

将坝体填筑成标准断面后，在迎水面铺膜段铺设5cm粗砂垫层，在砂垫层上铺设防渗土工膜，防渗土工膜采用两布一膜（200 g/m2/0.5 mm/200 g/m2），铺膜顶高程应高出校核洪水位，取66.30 m，铺设完成后在迎水面设置C25素混凝土防渗护坡。护坡底格梗以下防渗土工膜向库内平铺5.00 m后以1∶1.0边坡嵌入本区相对不透水层强风化片麻岩，深度不小于0.80m，膜底高程定为56.50m，水平铺膜段土工膜表面回填壤土，厚度不小于0.50m。

复合土工膜防渗处理加固断面见图1。

图1 复合土工膜防渗处理加固断面图

防渗土工膜铺设工序及要点：①土工膜应尽量用宽幅，减少拼接量；应使在不利条件下能满意拼接；在工厂应尽量拼成要求尺寸的块体，卷在钢管上妥善运至工地。②平整场地，清除一切尖角杂物；做好排渗设施，挖好固定沟。③在库底处平地上借拖拉机或人工滚放；在坡面上，将卷材装在卷扬机上自坡顶徐徐展放至坡底。④铺放时不应过紧，应留足够余幅（约1.5%），以便拼接和适应气温变化；铺放时应随铺随压，以防风吹；接缝应于最大拉应力方向平行；坡面弯曲处特别注意剪裁尺寸，务使妥贴。⑤施工发现损伤应立时修补；密切注意防火；施工人员应穿无钉鞋或胶底鞋。⑥土工膜拼接应进行试拼接，所用胶料应在蓄水后不溶解。⑦土工膜铺好后应尽快填土，土料不得损伤土工膜；汛期来临前，铺好预计挡水位以下的膜后，应立即砌筑好护坡体，汛后再完成上部铺设，注意两期膜的妥善连接。

2.方案二：多头小直径搅拌桩防渗墙防渗处理

将坝体填筑成标准断面后，采用多头小直径深层搅拌桩防渗墙进行防渗处理，防渗墙顶高程高出校核洪水位，取66.30 m，防渗墙底高程伸入本区相对不透水层强风化片麻岩，深度不小于1.00 m，防渗墙底高程定为56.30 m，桩长10 m，单元搅拌头直径为400 mm，搭接处最小成墙厚度不小于260 mm，搭接96 mm，轴距304 mm。

多头小直径搅拌桩施工工序及要点：①按设计图纸测量放线，确定连续墙的轴线；对将要施工的连续墙段开挖导流沟，导流沟宽约0.8 m、深1 m；在挖导流沟过程中，遇到地下障碍物须及时清除；确定机械行走作业路面的承载力，然后作出相应处理。②设置钻孔标志，确定每一钻的位置；用平面几何方法确定每次移位桩机底盘的平面位置。③移动主机至设计钻孔位置，并把桩机调正，水平对准孔位。④搅拌站喷浆，钻头触地，开动钻机，钻进过程中要保证孔口有翻滚的水泥浆。⑤钻头到达桩底高程后做提钻搅拌，也必须保证孔口有翻滚的水泥浆。⑥桩机横移就位调平，然后重复上述过程。⑦防渗墙水泥宜为普通硅酸盐42.5级，水泥掺入量15%（重量比），防渗墙无侧限抗压强度不小于0.6 MPa（90 d龄期）。防渗墙渗透破坏时的水力梯度i不小于60。⑧施工时严格控制浆液水灰比、注浆压力、注浆量、钻头提升速度，保证注浆连续性。

表1 防渗处理前后大坝渗流、渗透稳定计算成果对比表

3.方案比较

复合土工膜防渗处理方案施工工艺简单，施工质量容易控制，每米坝长概算约1 000元（采用当地2018年材料指导价）；多头小直径搅拌桩防渗墙处理方案施工工艺相对复杂，防渗墙成墙效果相对难以控制，每米坝长概算约1 900元。通过技术和经济比较，复合土工膜防渗处理方案优点明显，本次防渗加固方案采用复合土工膜防渗处理。

三、效果与效益分析

1.防渗处理效果分析

大坝采用复合土工膜防渗处理后，选取相同断面相同计算工况再次对坝体进行渗流、渗透稳定分析，防渗处理前后计算结果对比见表1。

从计算结果可以看出，在水库迎水坡铺设复合土工膜进行防渗处理后，浸润线逸出高程低，坝体、坝基渗流量小，坝体、坝基渗透出逸比降小，且均小于土体渗透比降允许值，防渗效果大为改善。

2.防渗处理效益分析

对大坝进行复合土工膜防渗处理后，提高了水库防洪能力，保障了水库下游人口及农田安全；提高了水库蓄水能力，确保水库的灌溉面积达到设计标准，改善附近地区的供水水质、水量，带动沿线农田水利工程的完善，提高区域抗御自然灾害的能力，有助于农业生态环境的改善；提高了水库的养殖能力，大大改善了当地农民群众的生活水平和用水条件，促进了当地生产经济发展。

四、结 语

复合土工膜施工质量是实现其防渗效果的关键。施工质量控制包括材料质量控制和施工过程控制。结合工程实践及所选复合土工膜规格，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。采购进场的复合土工膜必须由厂家提供的合格证书、性能及特性指标和使用说明书。进场后的复合土工膜应进行随机取样，委托第三方检测其性能指标，确保其质量合格。施工前制定方案报监理、业主批准，然后进行技术交底。严格按照防渗土工膜铺设工序及要点进行施工，每道工序完成应自检合格后提交监理单位，验收合格后方可进行下道工序。

连云港市小型水库较多，水库渗漏问题普遍存在，防渗处理是解决水库渗漏、保障水库功能及安全运行的重要措施。通过铺设复合土工膜进行防渗处理，不仅可以达到防渗效果，还能提高水库的经济和社会效益。