土工合成材料在土石坝防渗工程中

土工合成材料在土石坝防渗工程中应用技术的调查研究四川省中小型水库应用土工合成材料防渗的工程已有204余座多用于土石坝体的渗漏处理及库区渗漏处理。最大坝高达26m,有的已运行71年,59%以上效果良好。近年来,我们总结了省内外工程实践中的经验和存在问题,以室内多项实验为依据,开展了土石坝土工合成材料防渗的原型实验研究,从中总结出不同条件下的规律。从而在防渗体结构型式、铺膜范围(起始高程)、铺膜层数、保护层的核定以及渗水顶托等问题,在理论和实践上进行探索,逐步建立了一套较完整的设计与施工工艺要求,在应用技术上有了较大的进展。全省24座病险库整治中,共计采用土工膜及土工织物257万时,铺膜面积09万衬,其中土工织物02万时,复合膜巧万甘。这些整治工程比常规整治方法节省大量投资,节省劳力766万个工日。通过整治提高了防洪能力,保障了安全,并恢复蓄水1.4亿时,改善和恢复灌溉面积24万亩,取得了较好的经济效益和社会效益。本文通过四川省数十座已应用土工合成材料防渗、排渗工程的调查研究,谈一点认识。一土工膜防渗应用条件用土工膜处理坝体渗漏运用于:1能放空水库的各种类型土石坝的防渗处理,特别适合粘土斜墙堆石坝、粘土斜墙石碴坝因反滤级配施工质量差引起渗漏变形的坝体渗漏处理,但坝体内坡必须是稳定的;o石灰岩地区库底及库区漏水带的防渗处理。坝体有白蚁建巢危害的,一般不宜用土工膜坝面防渗处理。二倾斜土工膜防渗体的结构型式(一)保护层土工膜必须设保护层,使膜料免受光热照射、人畜踩踏,延缓老化过程。保护层的稳定直接影响土工膜的使用年限和安全运用。1968年以前多沿用传统的细土料作保护层;随着应用技术的进展,又采用土工织物与复合膜组合防渗、复合膜防渗等防渗体结构型式。1.土料保护层根据成功的经验,夯实后保护层厚度均不小于05cm,铺膜垫层断面形式有锯齿形、阶梯形、单坡式。土料保护层上铺砌一层厚01Cm的板石或03Cm厚的块石或5Cm厚的混凝土板,一般在接触塑膜面上铺一层厚01Cm颗粒较细的砂质粘土,上部用透水粗粒土料,即“内粘外砂”,对保护层稳定有利。土料保护层造价低,深埋于土下的膜更不易老化。但适宜做保护层的土料难找,且不易保证施工质量。2.组合防渗体(未粘贴在一起)利用土工织物保护塑膜不受机械应力作用所损坏,并能排除膜下液气。其防渗体结构形式有:1一布一膜式,即混凝土板、土工织物、塑膜,塑膜直接与坝体接触;o二布一膜式,即混凝土板、土工织物、塑膜、土工织物;?复合膜防渗,即膜与土工织物粘贴在一起,由混凝土板、2一5Cm厚砂壤土、复合膜组成,复合膜可直接与坝面接触。也有少数工程采用dx一103复合柔粘。(二)土工膜与土工织物的选择针对防渗工程的特点,可根据用途、力学特性和水力学特性及价格等方面合理选用。四川常采用聚乙烯(EP)塑膜、聚氯乙烯(PVC)膜、合金防渗膜(凡ld平VC)、复合柔粘(xd一130)、复合膜等。土工膜的理论厚度确定后,最好选用厚规格的膜,使层数尽量减少。但塑膜的层数不宜少于两层。如复合膜用单层,必须保证接缝牢接。土工织物用作塑膜的上下垫层和排水反滤多用维纶、涤纶无纺布,幅宽4.0一5.4m,单位面积重量20一30扩时,虽然单位面积越重强度指标越高,但价格高,不经济。(三)土工膜铺设范围的确定土工膜铺设范围直接影响到防渗效果,治理坝体大面积散漏,铺膜范围应从坝踵起始至校核水位全面铺设。坝端周边到两岸基岩开挖固埋沟固埋。固埋沟应截至相对不透水层。据一些大坝整治前后的原型观察资料分析,周边固埋沟应防止外部水穿越土工膜背面以免膜料受渗水顶托影响保护层稳定及防渗效果。如丰都县光辉水库大坝铺膜到正常水位以下0.sm处固埋,当蓄水位超过铺膜高程达正常水位时,大坝外坡坝顶以下4m处仍有一渗漏带。坝体采用土工膜防渗后浸润线并未消失,坝体浸润线下降幅度大小与铺膜的起始高程有直接关系。确定起铺高程应针对漏水的原因以及渗漏量和部位与水位变化的关系,也可确定起铺高程从死水位至坝顶全面铺设。二),确定从死水位起始至坝顶全面铺设收到了较好的防渗效果。对不良地质条件引起的库岸、库底、库区集中渗漏的铺膜范围确定,应根据长期观测渗流量与库水位变化的关系,判明渗流入口的范围为铺膜范围。(四)坝体垫层的边坡坝体垫层的坡度对土工膜保护层的稳定有直接影响稳定坡度随坡高而不同,必须保证上游坡是稳定的。当采用土料作保护层时,坝体各级坡度应不陡于:2,0,当采用复合膜或土工织物与塑膜组合应用时,坡度可不陡于1:1.8。如坝上游坡上部较陡,当坝顶较窄无法削缓时,则可采取设防滑齿槽、锯齿等垫层断面形式,或在防渗体下部设重力墩等措施。三、防渗体的施工工艺从已进行防渗处理后工程运行情况看,无论是土工织物与塑膜组合防渗、复合膜防渗或复合柔粘防渗(xd一130),土料保护层、塑膜防渗能否安全运行,除了正确设计外还必须抓好每个施工环节,保证施工质量。施工工艺基本相同。()l清理坝面杂草、石子,保证垫层平整。()2开挖防滑沟及周边固埋沟。坝面平整后先开挖坝踵固埋沟,即在放水露出坝脚后,清除淤泥,待能承受一定荷载时再开挖坝踵齿墙,固理沟内先回填02cm粘土夯实后铺土工膜,将膜固埋。防滑沟断面挖成接近直角的梯形,一般深04Cm、口宽04em、底宽3oCm,周边按实际地形开挖固埋沟,沟底深人基岩。()3铺设下垫层坝面平整后,铺设2一5Cm厚的砂壤土垫层,拍实整平。()4土工膜铺设。土工膜的接缝是防渗效果的中心环节,多采用粘接,一般选择粘接材料时可进行简便的剥离实验确定。搭接or一巧Cm。注意能粘接聚氯乙烯(vP)C膜的粘接剂不一定能粘聚乙烯(EP)膜。聚乙烯复合膜接缝多采用焊接,土工织物用锦纶线双排缝合,搭接宽15一20cm，。土工布铺设自下而上横铺,土工膜剪裁时应预留3%一5%的褶皱长度,铺置时不能拉得太紧。防滑齿及护坡混凝土板宜轻放,不能用钢钎等尖锐工具撬动。土工布铺至坝顶将土工膜压在防浪墙底部固埋。四土工膜防渗示例[示例一]:新津县五沟水库大坝于195年建成,均质土坝高61m,坝顶高程467.40m,坝体由于修建时碾压不实,特别是高程475.81m处曾因施工中洪水漫坝后坝体填筑差,加之反滤排水体堵塞,大坝散漏严重,渗流逸出仅低于上游库水位1.6一2.9m,在高程463.72m以下大面积渗水湿陷因当地缺乏适宜作保护层的土料,工期紧迫,采用2一3层0.81~厚的聚乙烯膜与土工织物组合防渗,土工塑膜与土工织物非粘贴在一起。诵膜范围从坝踵至坝顶全面铺设,铺膜面积3自I)甘,防渗体结构见图1、图2。用土工织物(单位面积重30留衬)作塑膜保护层,用04emX50emx6cm混凝土板护面,混凝土板与小防滑齿相互嵌固,施工工艺如前所述。完工后已运行7年。当蓄水位达正常水位时,坝后大面积散漏现象完全消失。测压管浸润线比整治前大幅度下降,坝基渗漏量大大小于规范要求,多次水位升降变化,保护层无下滑变形。