复合土工膜在南仲都塘坝防渗中的应用

李爱华，王贤兵，邢金龙

（泗水县水务局，山东 泗水 273200）

泗水县南仲都塘坝位于泗水县圣水峪镇南仲都村南，泗河支流仲都河上，属泰沂蒙低山丘陵区，塘坝距龙湾套水库1.5km处。塘坝控制流域面积0.8km2，是一座主要以灌溉为主的塘坝。塘坝建成后，对当地的农业生产发挥了积极作用。塘坝全长120m，为均质坝，水面面积1.4万m2，库容约4.2万m3，每年汛末都能蓄满溢洪，但由于渗水，至每年12月份几乎干枯，群众迫切要求对塘坝进行防渗漏处理。

1 大坝渗漏原因分析

根据塘坝附近地质勘探及成井资料分析：塘坝渗漏原因，塘坝周围低山环绕，大坝筑在仲都村南的河道内，库区大部分岩层都倾向库内，附近河谷为纵谷，坝址附近岩层为中奥陶系的石灰岩，灰岩的裂隙发育，多发育溶沟、溶槽，根据该塘坝坝址水文地质条件和每年渗漏情况分析，渗漏的主要原因是石灰岩裂隙发育且没有大的溶洞，通过塘坝四周和库底慢慢下渗，渗漏的范围既包括坝体、坝基，也包括库盆。因此，必须对坝体、坝基、库盆等全铺设复合土工膜进行防渗，以便形成完整的防渗闭合系统。

2 排水排气系统设计

石灰岩地区裂隙发育，当降雨量充沛、地下水位较高时，库岸和库底将随着地下水的升高而出现逸水现象，两岸降雨入渗使水通过裂隙进入塘坝内。铺设复合土工膜之后，此部分渗水由于有复合土工膜的分隔，使渗水无法进入塘坝内，必然对土工膜产生顶托，严重时可能将土工膜顶起。处理的方法是将这部分渗水及渗气排出，具体措施如下：

一是排水盲沟的布设。在塘坝周边、中间开挖排水沟（盲沟），排水沟宽0.5m，深0.4m，间距20m，结合开挖沟槽，在塘坝周围合适的地方建集水井，集水井底部需离开岸坡顶2~3m，且应与盲沟相连，通过管道将水排走，以达到排水、排气和降低复合土工膜下水位的效果。

二是盲沟沟槽的回填。先填10cm小石子，然后放入φ100mmPS无纺布软式透水管，再填入石子至沟槽平。然后回填厚10cm中粗砂整平，用振动碾压实，使渗水能够通过沙层与盲沟相连，使地下水汇聚到盲沟内。

三是铺设复合土工布。采用300g/0.5mm/300g复合土工布，铺设时中间应留有富余，铺设时采用焊接连接，避免漏焊，铺设到设计高度后，开挖沟槽进行锚固。

四是回填土施工。土工布铺设完后，先回填10cm细土整平，再回填20cm黏土，用振动碾压实，然后控制上土厚度，一般铺30cm，压实后20cm，控制总压实厚度要达到设计厚度。集水井周围回填土改用电夯回填。集水井中的水通过管道排至塘坝下游。

3 复合土工膜与周边边界的连接设计

3.1 复合土工膜与主坝的连接

1）护坡设计。主坝坝前坡设计坡比1∶2.5，首先应将坝坡整平，用挖掘机进行碾压，然后上覆10cm砂层，铺设复合土工膜一直埋设至坝顶，在坝顶开挖0.8m×0.8m沟槽，将复合土工膜嵌入沟槽内，回填黏土夯实。在复合土工膜上部覆盖0.5~1.0m黏土压实后进行护坡。

2）护坡施工。在坡脚及坝坡与岸坡交界处设上底宽50cm、高80cm的M10浆砌块石基础，浆砌块石的护坡厚度为25cm。浆砌块石护坡应设置结构缝，缝内填塞沥青木板或采用聚乙稀泡塑板，分块尺寸为16m2。浆砌块石护坡自上而下为：浆砌块石厚25cm，5～20mm碎石15cm，中粗砂10cm。坝前浆砌石护坡应设置纵横缝和足够的排水孔，排水管直径φ50mm，间距为4m×4m，梅花状布置，滤水端部穿孔外包二层土工布，并用反滤层外包，厚度不小于0.5m。

3.2 复合土工膜与其它岸边的连接

周边搭接处理的要求是将复合土工膜与周边土体联结紧密，封堵渗流入口，截断侧向的渗漏路径，防止雨水进入土工膜底部，形成水泡，在库水位下降时胀破土工膜。因此周边搭接一定要挖截水槽，并将土工膜埋入槽内。对岸边进行浆砌石护坡或草皮护坡，岸坡坡比不小于1∶3。

3.3 复合土工膜与上游河道的结合

要达到防渗效果，复合土工膜必须向上游铺设到高程超过溢洪道底高程，因此在河道与塘坝的入口处，修建拦水坝一座，拦水坝防渗体与土工膜相连接，以形成一个闭合密封的整体。拦水坝采用重力坝型式。坝高要超过溢洪道底高程0.5m，坝前坡 1∶0，坝后坡 1∶0.7，顶宽尺寸满足稳定要求，坝中间设25cm宽C20混凝土心墙，复合土工膜与混凝土心墙相连接。

3.4 复合土工膜与基层和保护层的连接

防渗体结构由基面、复合土工膜、保护层共三层组成，现将各层设计分述如下：

1）铺膜基底设计。对库底及周边进行清理，采用挖掘机挖，自卸车运土，清理深度按设计覆土厚度或根据地质情况而定，当开挖深度达不到而库底已到基岩，则不再继续开挖。为防止复合土工膜在斜坡上铺填土会顺其表面滑动，为增加保护层（包括护面）的稳定性，将上游铺膜坝壳表面开挖成台阶，每级高差为0.3m，水平宽根据坡比而定，开挖成形后，将表面打紧，平整。

2）保护层设计。复合土工膜的防渗效果取决于施工中和运行过程中塑料膜的完好程度，为了防止无水时人畜践踏，动植物破坏以及减少光热作用，更重要的是防止土工膜上浮，所以复合土工膜上应铺设保护层。

保护层厚度的确定：因地下水会对土工膜产生一定的浮力。一般按下式进行近似估算。

式中：F为总浮力，kN；γw为水的密度，10kN/m3；A为塘坝的底面积，m2；H为地下水位，即集水井的水深，m。

整体抗浮稳定计算，采用G/F≥1.05计算，其中G为复合土工膜以上总重量，包括土重及复合土工膜以上水的重量，土重应是压实后的干容重。

工程最不利的情况是土工膜外地下水达到集水井的高度而塘坝内无水，一般这种情况很少，由于实际情况变化较大，还应根据当地的地下水情况和类似工程情况确定。南仲都塘坝保护层取1.0m厚，经蓄水后效果良好。

4 复合土工膜的施工及应用效果

本工程所用复合土工膜为两布一膜，使用前委托山东省水利科学研究院实验中心对产品的各项技术指标进行检测，各项指标均符合标准规定和设计要求。复合土工膜的铺设，是该工程施工的关键。施工质量控制包括铺设、场内拼接、锚固、覆土应严格按施工操作规程进行控制和施工质量检测。

南仲都塘坝防渗工程在施工过程中严格按复合土工膜施工技术要求，严格现场焊接质量控制。该工程完工后蓄水运行，经3个月的运行实践，水库水位未下降，也没有出现水库干枯现象，防渗效果良好。实践证明，复合土工膜对于小型水库及塘坝特别是宽浅式塘坝的防渗处理，具有较大的经济效益和推广使用价值。