土工合成材料在大坝防渗与导渗中的应用

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zjs1982

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奖励于 2008-10-30 16:31:00

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zjs1982

发表于2008-10-30 | 只看该作者

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2、土工合成材料在病险库加固中的应用
　　近几年，全国各地的病险水库由于年久失修，管涌或者溃坝的事故时有发生，造成了巨大的经济损失。病险库数量多，施工条件复杂，工期短，将质量轻、运输方便、施工简易的土工合成材料正确推广应用到病险库加固当中，具有深远意义。
　　白土坑水库位于新疆玛纳斯县境内，为中型平原水库，始建于1962年。坝轴线长7.0km，坝型为均质土坝，最大坝高7.00m，上游坝坡1：2，采用小型砼板护坡，下游坝坡1：1.5～1：2.0不等，坝顶宽度2～4m，坝后无滤水坝脚。坝体填筑质量较差，干密度值平均仅为1.43g/cm3，渗透系数6.4×10-4cm/s，长期处于软塑状态，坝体内浸润线高，坝体渗水严重，坝后形成大片沼泽湿地，后坝坡脚有发生管涌或流土的渗透破坏危险，大坝上下游坝坡抗滑稳定计算均不满足规范要求。大坝坝基未做任何处理，坝基2～4m以上为粉砂与粉土层，渗透系数较大0.79×10-4cm/s，以下土体结构性较好，渗透系数在1.27×10-5～6.48×10-6cm/s，为较好的隔水层。该水库多年来，一直低水位运行，达不到原设计标准。2001年大坝安全鉴定为三类坝，属病险库，需进行除险加固。
　　鉴于该水库坝型为均质土坝，且为老坝体加固，因此在前坝坡上铺设复合土工膜进行防渗，该方法简单易行、施工速度快、可以有效降低坝体内的浸润线高度，增大坝体内的干燥区，提高土体内摩擦角，从而提高坝体的抗滑稳定安全性。坝基进行垂直铺塑，塑膜与坝面复合土工膜连为整体。后坝坡按1：2.25培厚，新老坝体间设褥垫式排水体。
　　根据承受的水压力和下垫层，经计算，前坝面的复合土工膜采用两布一膜（200g/m2/PE0.5/200g/m2），其物理力学指标为：抗拉强度18KN／m，延伸率56.4％，CBR顶破强度2.8KN，垂直渗透系数1.0×10-12cm/s，幅宽6.0m.先将已损坏或脱落的原砼护坡板用细石混凝土填补平整，再铺7.5cm厚细砂垫层，然后铺复合土工膜，膜上铺75cm厚的砂砾石防冻层，再浇筑20cm的混凝土护坡板。复合土工膜上部折埋在坝顶附近，下部与垂直铺塑膜焊接在一起。（图4）复合土工膜的拼接方法同前述。
　　坝基垂直铺塑是一种新的浅基础防渗技术，铺塑深度可达8m左右，开沟宽度只有20多厘米，是解决水库浅层透水地基渗漏严重及延长渗径减小坝后坡脚渗透比降的有效方法。垂直铺塑适用于粉土地基；对于粉砂地基施工中必须做好泥浆固壁，施工速度要快，否则易塌壁。铺塑塑膜采用厚0.3mmPE膜，设计深度应深入粘土层内1.0m，铺完塑的沟槽采用粘土浆充填。铺塑机先将基土破开，然后将事先卷绕在钢管上的塑膜垂直放入槽内，由铺塑机牵引向前移动。钢管上的塑膜用尽前应予留1.5倍的槽深长度，将塑膜拿出沟槽，洗净擦干后用自走式热熔双缝焊机焊接。局部破损的塑膜补漏，可采用PVC胶合剂粘接，粘接宽度不小于15cm，春秋季固化时间不少于12h，要求粘贴牢固、均匀、可靠。塑膜槽口外漏段，应敷土加以保护，避免阳光直接照射。坝基铺塑塑膜上部要与前坝坡的防渗复合土工膜焊接，形成完整的防渗体，降低坝体内浸润线，增加坝体稳定，达到除险目的。
　　该水库原下游坝坡脚未设滤水坝脚，鉴于后坝坡培厚，因此，在新老坝体间设坝体内褥垫式排水体。采用重量轻、铺设方便、造价低的无纺布代替反滤料，无纺布上部压天然级配的砂砾石料（含泥量<8％）。无纺布的选择对反滤效果有很大的影响，应按照保土性、透水性、防堵性三个原则进行设计选型，详见《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》，根据计算结果，选择400g／m2的针刺无纺布。无纺布的接缝采用搭接形式，搭接宽度不小于10cm.
　　白土坑水库2001年底除险加固全部完工，经过两年的运行观察，防渗效果较明显，坝后积水或沼泽消失，地下水位降低至1.5m以下，水库达到了设计要求，取得了巨大的经济效益和社会效益。
　　3、土工合成材料在施工中应注意的问题
　　（1）运输、贮存中不得沾污、雨淋、破损，远离火源，周围不得有酸、碱等腐蚀性介质，不得长期曝晒和直立。
　　（2）材料进场时，应进行抽检。施工时应有专人随时检查清基、材料铺放方向、材料的接缝或搭接、材料与结构物的连接，每完成一道工序应按设计要求及时验收，合格后，方可进行下道工序。
　　（3）施工场地应平整干净，防止损坏土工膜；铺设应平顺，松紧适度。不平地、软土上和水下铺设搭接宽度应适当增大。
　　（4）铺设人员不得穿硬底鞋操作。
　　（5）尽量采用宽幅，使膜在施工时接缝最少；每卷材料的重量不宜超过1t；膜与膜相连时，应采用同种土工膜。高坝应垂直于坝轴线铺膜，低坝应平行于坝轴线铺膜，以减少拼接量；接缝应尽量与最大拉力方向平行。
　　（6）垂直铺塑应严格按照工艺要求进行施工，PE塑膜施放速度应迅速，防止槽孔坍塌，影响铺塑效果。
　　4、结语
　　复合土工膜防渗堆石坝在新疆尚属首例，它的成功应用，为堆石坝防渗设计提供了新思路。其次复合土工膜及无纺布在病险库加固中所取得的可喜成果，也为病险库加固设计积累了丰富的经验。今后水利工程建设中应予大量推广使用土工合成材料并加强检测和应用的研究。

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