复合土工膜防渗斜墙在碾压土石坝工程中的应用与质量控制

摘 要：碾压土石坝因其技术简单、取材方便等特点，常作为矿山开采水利工程设施的流行坝型，为避免有色金属渗漏导致水源污染和生态破坏的潜在风险，采取有效的防渗措施对于水坝的设计与施工至关重要。旨在探讨复合土工膜防渗斜墙解决方案，通过多层次结构的组合，包括长丝无纺土工布、双糙面HDPE膜、钠基膨润土毯等，形成可靠的防渗屏障，锚固于坝脚30 m外的截渗齿槽中，通过与土体的紧密结合，成功构建有效的防渗系统，以期为类似矿山建设水利工程设施的设计与施工提供有益的经验借鉴。

关键词：复合土工膜 防渗斜墙 碾压土石坝 质量控制 矿山建设

中图分类号：TU753

Application and Quality Control of Composite Geotextile Mmembrane Anti-Seepage Protection InclinedSloping Wallsin RollerdCompacted Earth and RockFill Dam Engineering and ItsQuality Control

LI Guangchun

Overseas Branch， Sichuan Highway and Bridge Construction Group Co.， Ltd. Overseas Branch，Chengdu， Sichuan Province， 610041 China

Abstract： Due to its simple technology and convenient material selection， arollerdcompacted earth and rockfill damis are often used as a popular dam types for mining and water conservancy engineering facilities in mining. In order tTo avoid the potential risks of the water source pollution and ecological damage caused bythe leakage of non-ferrous metal leakage， it is crucial to take effective anti-seepage measures for the design and construction of dams. This paper Aaims to explore the solution of thecomposite geomembrane anti-seepageprotectioninclinedsloping wall， which. formsaA reliable anti-seepage barrier isformed through the combination of multi-level structures， i0119534e6124541ca4efd8ea00a54761ncluding long filament non-woven geotextile， double-rough surface HDPE film， the sodium-based bentoniticeblanketclay liner， etc.， which is It is anchored in the anti-seepage tooth groovesocket 30 meters away from the dam foot. Throughand closely integrationed with the soilmass to successfully construct， an effective anti-seepage system is successfully constructed， so as to provideing useful experience and reference for the design and construction of similar mining water conservancy engineering facilities in similar mine construction.

Key Words： Composite geomembrane; Anti sSeepageprotectioninclinedsloping wall; Rolledingearth and rockfill dams; Quality control; Mine construction

随着水资源管理的日益重要，水坝作为矿山建设关键的水利工程设施，其安全性、稳定性成为保障社会稳定和经济可持续发展的不可或缺的因素。厄立特里亚阿斯马拉铜金多金属矿工程埃巴多哈矿区新建水库库容329万m³，水坝坝高20 m，坝顶宽10 m，迎水面坡比1∶3，背水面坡比1∶2.5，坝轴线长563.82 m，因其较大规模和对选矿厂供水的重要性，对其防渗工程提出了较高要求。在这一背景下，设计和建设有效的防渗系统成为确保水坝长期安全运行的迫切需求。

1 复合土工膜防渗斜墙概述

碾压土石坝的防渗层布置有多种形式，国际上普遍采用防渗斜墙、防渗心墙和斜心墙这3种布置形式，防渗斜墙主要铺设在坝体上游面，其具有可在坝体填筑全部完成后进行和能较好适应坡面变形等优点。防渗层的组成材料常使用黏土、混凝土和复合土工膜，复合土工膜是一种由多层高分子材料组成的防渗结构，此复合结构具有优异的抗渗性、机械强度和耐化学侵蚀性能。

2 复合土工膜防渗斜墙的应用

2.1 防渗斜墙结构

防渗斜墙的设计和施工直接关系到水坝的防渗性和整体稳定性，复合土工膜在防渗斜墙结构中的应用旨在提高坝体的抗渗性。厄立特里亚阿斯马拉铜金多金属矿工程采用的复合土工膜防渗斜墙从下往上依次由细粒土过渡层、500 g/㎡长丝无纺土工布、1.5 mm双糙面HDPE土工膜、4 800 g/㎡钠基膨润土毯、砂砾料反滤层、干砌块石护坡组成，详细叙述如下。

第一，0.5m厚的细粒土过渡层设置在坝体坡面上，旨在隔离坝体坡面，使其成为稳定界面，保护上层复合土工膜结构不受坝体石料划伤、刺穿导致损坏。

第二，500 g/㎡的长丝无纺土工布，作为复合土工膜的最下层，铺设在过渡层上，将坡面荷载分散到不同部位，降低应力集中，以减少过渡层不均匀沉降，并与其结合在一起进行加固，以提高过渡层结构的整体性和稳定性。土工布位于细粒土层和土工膜中间，可形成排水通道，收集间隙水沿坡面排出，避免膜下积水造成土工膜的局部拱起和变形。土工膜下铺设土工布还用以增强土工膜的机械强度，提高其抗拉伸能力，有效减缓土工膜表面的损耗，提高其在复杂地质条件下的稳定性。

第三，复合土工膜的核心层，采用了1.5 mm厚的双糙面HDPE土工膜，具有卓越的抗渗性能，其被嵌入水坝坝坡结构的多层填筑材料之中形成高效的防渗屏障，有效地隔离水体与坝体，形成一道坚固的防水墙[1]。这一层结构不仅有效地防止水分的渗透，还通过其高度柔韧性适应坝体的变形，确保整体的结构稳定性。其双糙面的特性，极大增加了其与上层钠基膨润土毯和下层长丝无纺土工布的摩擦力，确保了复合土工膜的整体性。

第四，4 800 g/㎡的钠基膨润土毯，作为复合土工膜的最上层，铺设在土工膜上方，在水压状态下形成高密度横膈膜，其黏性高、滤失量低、不易老化和腐蚀，有助于减缓水分渗透速度，保障土工膜的长期防渗效果。其位于砂砾料反滤层下方，起到隔离保护作用，避免砂砾料在水流作用下的运动造成土工膜表面的损耗。

第五，0.3 m厚的砂砾料反滤层，作为集中应力的扩散层，其优异的透水性可使水流通过并减小流速，有效减缓水流对复合土工膜的冲刷作用，同时保留水流中的泥沙，避免水流中运动的泥沙对复合土CZ2oKFFdtToeRNhpzbqh8Q==工膜的冲击和损耗。

第六，防渗斜墙最外层0.5 m厚的干砌块石护坡，主要用于抵御水流的冲刷，减少水流对坝体的侵蚀，有效扩散、传递或分解集中应力，防止整个水坝受外力破坏。其位于砂砾石反滤层上方，还可避免砂砾料在水流作用下运动造成的损耗。

复合土工膜在上述层次中扮演着关键的角色，不仅确保了整个斜墙结构具备优异的防渗性能，还协同细粒土、砂砾料、干砌块石共同形成了一个具备稳定性和可持续性的水坝体系。

2.2 截渗齿槽的设置

在坝脚前30 m范围内，设置截渗齿槽，将防渗斜墙的复合土工膜锚固在其中，该系统的设置旨在保证防渗斜墙的完整性和防渗屏障的全面性，有效地阻止坝脚区的水分渗透，确保水坝在面临高水头压力的情况下保持稳定。

3 复合土工膜防渗斜墙的质量控制

3.1 坝基与岸坡处理

坝基与岸坡处理，作为大坝施工的第一步，其发挥着至关重要的作用，若处理不善，或将造成大坝因不均匀沉降、横向位移和整体失稳，复合土工膜防渗斜墙因不均匀形变导致撕裂、漏水，而影响整个坝体安全[2]。坝基与岸坡处理须严格按照设计要求，并结合工勘报告，将坝基清理至强风化花岗岩、玄武岩或辉长岩上，清理完的坝基不得出现陡坡，岸坡不得呈阶梯形。若遇涌水、暗河、淤泥等不良地质情况，须采取降水、导流、换填等措施处理达到设计标准后，进行验收。

3.2 坝体填筑

坝体作为整个水坝的承重结构，填筑质量是保障坝体抗倾覆、抗滑移的关键因素，对复合土工膜防渗斜墙的整体稳定性起着决定性作用，其质量控制主要包括填料特性、碾压标准、过程检测等技术措施。对矿山建设，坝体填筑材料常来源于矿坑基建剥离开采出的新鲜或微风化非产酸废石，其饱和强度要求不小于30MPa，石料软化系数不小于0.8，粒度不小于20 mm。在坝体填筑过程中，须和基建剥离爆破作业协同作业，每次爆破的石料须进行特性检测，不合格填料严禁上坝，坝体填筑要求填料粒径均匀，压实孔隙率不大于22%。在坝体施工前，须根据坝体填筑要求进行场外试填，以掌握碾压设备配置与填料的匹配度和准确的碾压参数。在填筑过程中，须从填料装运、摊铺碾压等方面进行质量控制。填料装车前须进行洒水，运输、卸料过程中注意填料级配的均匀分布，以确保填筑后的坝体具有均匀的物理性质[3]。采用进占法摊铺可避免整平过程中扰乱填料级配特性，摊铺时须严格控制填筑厚度，碾压时须根据试填阶段的碾压设备配置和碾压参数，严格控制碾压遍数，避免漏压、少压。过程检测主要包括填料级配特性、含水率控制、碾压孔隙率检测和沉降、位移观测等。

3.3 细粒土过渡层

细粒土过渡层作为复合土工膜的下承层，其粒度、压实度、平整度等质量因素严重制约着复合土工膜的抗拉伸、抗刺穿性能。为充分发挥其隔离保护功能，粒度要求控制在2 mm以下，压实度须控制在96%以上，平整度须保证沿坡面1∶3坡比，其设计厚度为0.5 m。受其沿坡面施工、压实要求高、厚度小等特点难点限制，施工质量控制尤为重要，在施工前，第一，要对材料进行检测，对于超粒径的石子、尖锐杂物等须进行过筛处理，以免损坏复合土工膜[4]；第二，要进行细粒土补水均匀拌合，注意含水率控制；第三，要在坝体坡面沿垂直坝轴线方向进行条格划分，拉线控制厚度和平整度，并对坡面洒水湿润；第四，要采用人工摊铺，自上而下分条格进行，摊铺完成后须对表面进行少量补水，利用履带设备沿坡面进行碾压直至压实度达到设计标准，碾压过程中须进行含水率观测和环刀法检测压实密度。

3.4 长丝无纺土工布铺设

长丝无纺土工布在复合土工膜中起着膜下排水、耐磨、增加机械强度等功能作用，其原材料特性和缝接质量是关键性控制点。材料特性要求如表 1所示。

长丝无纺土工布的材料特性和物理性能符合设计要求，是保证复合土工膜质量的首要条件。在施工过程中，土工布铺设应避免张拉力、折叠或褶皱，有破损、扯裂、穿洞、腐蚀的土工布不得使用。土工布的搭接应使用工业缝纫机缝制，所用尼龙线的强度不得小于150N，缝接方法可采用包缝和丁缝，搭接长度不小于15 cm，土工布沿坝轴线方向铺设，避免长时间暴晒。

3.5 双糙面HDPE土工膜

土工膜作为核心防渗层，其材料性能和焊接质量是决定防渗工程成败的关键环节。材料特性要求见表2。

此外，双糙面HDPE土工膜要求禁止使用再生产品，耐低温性能良好，抗氧化及紫外线能力强。土工膜的焊接形式采用双焊缝搭焊，焊接达到强度和防渗漏要求，焊接处须进行检测，丁字缝须采用300 mm的圆形补丁进行焊接密封，施工过程损坏部分须进行修补，修补范围大于破损范围周边80 mm。土工膜铺设时，将若干个土工膜铺成一个整体，为了避免土工膜之间出现较大的拼接缝，须保证土工膜铺设的方向处于一致的状态，或者呈现错缝搭接的状态，这样可以有效保证土工膜的施工质量[1]。

3.6 钠基膨润土毯

钠基膨润土毯作为复合土工膜的膜上隔离、耐耗、渗透减缓层，其性能指标和搭接工艺是复合土工膜的整体质量的决定性因素。材料性能指标如表3所示。

钠基膨润土毯纵横向搭接宽度不应小于150 mm，搭接处上下两卷之间应散铺膨润土，用量宜为0.4 kg/m，洒水使其黏合。

3.7 砂砾料反滤层

砂砾料作为集中应力扩散、水流冲刷减缓和泥沙过滤层，其透水性、抗流动性是质量控制的核心要素，要求粒径在2～20 mm，不均匀系数≥5，压实相对密度≥0.7。施工时采用水幂法对摊铺好的砂砾料进行密实，过程中须控制砂砾料的粒径、级配、层厚和平整度。

3.8 干砌块石护坡

干砌块石护坡具有抗冲刷、抗侵蚀、阻止砂砾料流失等功能特征，其要求石料采用未风化非产酸废石，饱和抗压强度≥40MPa，软化系数≥0.85，单块厚不超过20 cm，单块长不超过100 cm，砌筑孔隙率不大于22%。

3.9 截渗齿槽

截渗齿槽的施工是防渗工程中的关键步骤，而齿槽的设计和准确定位是确保施工成功的基础。整个过程需要细致地考虑水坝的地理特征、土体性质以及防渗要求。一方面，施工团队须根据设计图纸和防渗工程的要求，仔细分析水坝的地理特征，确定齿槽的设计参数，包括齿槽的深度、宽度以及间距。这些参数的设定需要充分考虑水坝的坡度、土体的渗透性质以及工程的防渗目标，以确保截渗齿槽能够达到预期的效果。之后对齿槽的具体定位进行规划，这一步骤要根据防渗要求，以及水坝的迎水面坡度等因素，将齿槽的起点和终点明确定位，以兼顾防渗效果和整体工程的可行性。通常，齿槽的位置需要考虑到水流的方向，确保在水流过程中能够最大程度地截取渗透的水分。在齿槽的定位过程中，施工团队还需考虑周围环境，确保齿槽的设置不会对水坝的整体稳定性产生负面影响[5]。另一方面，截渗齿槽的挖掘和填充须经过精准操作确保齿槽的形状准确、尺寸符合设计要求，以及控制填充材料的均匀性和紧密度。齿槽的挖掘深度和宽度应根据设计要求和地质情况进行合理确定，确保挖掘过程中齿槽底部和侧壁的平整度和垂直度，以保证后续复合土工膜与齿槽的贴合效果，还要特别注意土体的稳定性，避免发生塌方或滑坡。一旦齿槽的挖掘完成，须尽快完成复合土工膜的锚固和齿槽的回填，填充材料的选择可采用细粒土等适应形变、不渗透的材料，填充时应逐层均匀倒入齿槽中，人工摊铺压实，保证复合土工膜不被损伤和保持完整性。截渗齿槽的开挖、铺膜、回填过程须保持高度谨慎，以确保齿槽的几何形状、复合土工膜的贴合程度和填充材料的压实质量符合设计要求，保证复合土工膜防渗斜墙的整体性、系统性[6-7]。

4 结语

综合而言，碾压土石坝工程中复合土工膜防渗斜墙的应用展现出了卓越的防渗性能和工程适用性，通过多层次的结构组合，成功构建了一道坚实的防渗屏障，有效保障了水坝的稳定运行。这一创新性的防渗设计不仅为水资源管理提供了可靠的技术支持，同时也为类似工程的设计与实施提供了有益的经验借鉴。在未来的水利工程中，复合土工膜防渗斜墙作为一种可靠、经济的防渗方案，将继续发挥重要作用。

参考文献

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[2]王鹏.碾压式土石坝施工技术与质量控制要点[J].科技创新与应用，2015（13）：188.

[3]黄开文.PE复合土工膜在毕节地区土石坝除险加固坝体防渗工程中的应用[J].水利建设与管理，2009，29（7）：68-70.

[4]张岩山.浅谈喀腊苏铜矿供水工程蓄水池的设计与防渗措施[J].科技创新与应用， 2016（18）：212-213.

[5]吕秋臻，张瑾，时伟，等.复合土工膜在冻土机场路基冻害控制的应用研究[J].青岛理工大学学报，2022，43（4）：41-47.

[6]尤臻.碾压式土石坝施工技术的要点探析[J].黑龙江水利科技，2022，50（10）：76-78.

[7]章玲玲，林海.土工膜GCL复合衬里剪切强度确定方法[J].人民长江，2023，54（12）：174-178，201.