土工膜在大研水库大坝防渗中的应用

土工膜在大研水库大坝防渗中的应用1、水库概况1.1、基本情况大研水库位于永胜县三川镇大源村委会大源村，距县城公路里程约64km。坝址地理坐标东经100°42′07″，北纬26°48′56″。属金沙江一级支流五郎河。水库径流面积2.00km2，引水区径流面积29.80km2。水库下游涉及光华乡新生、新明两个村委会61个村庄、3所学校、保护人口23000人、农田2.5万亩、小（一）型水库（康家河水库）一座。水库如失事溃坝，将使下游人命生命财产受到毁灭性的损失。大研水库以灌溉为主，设计灌溉面积0.225万亩，由于水库为按设计标准建设，实际灌溉面积2000亩，其中水田1300亩，水浇地700亩。1.2、除险加固情况2010年除险加固处理后，大研水库死水位为2265.00m，死库容为11.10万m3；正常蓄水位为2278.10m，对应库容100.00万m3，兴利库容为88.90万m3；采用输水隧洞调洪，平板闸门控制，闸门尺寸0.8m×0.8m（宽×高）；设计洪水位为2278.59m，对应库容105.50万m3，下泄流量6.28m3/s；校核洪水位为2279.06m，对应库容110.80万m3，下泄流量6.38m3/s；消能防冲洪水最高洪水位为2278.52m，对应库容104.60万m3，最大下泄流量6.26m3/s；总库容为110.80万m3；坝顶高程2279.60m；增设0.60m防浪墙，防浪墙顶高程2280.20m。现有规模按《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）为小（一）型工程，工程等别Ⅳ等，其主要建筑物级别为4级。除险加固防洪标准复核根据《防洪标准》（GB50201—94）规定，大研水库属小（一）型工程，设计洪水标准30年一遇（P=3.33%），校核洪水标准300年一遇（P=0.33%）。大研水库枢纽由大坝、输水低涵、输水高涵组成。（1）大坝大坝为均质土坝，现状坝高21.50m，现状实测坝顶高程2279.60m，坝顶长150m，坝顶宽6m，主坝轴线方位110°，副坝轴线方位125°。副坝：长30m，宽5.6m，坝顶高程2280m，坝高6.2m，坝脚高程2273.80m。坝体迎水面和背水面为浆砌石直墙结构，砌体宽均为0.6m，中间采用粘土回填。（2）输水涵输水低涵：输水低涵为坝下涵洞，采用手动斜拉φ300转动钢闸门控制出流。断面为矩形断面，宽0.6m，高1.2m，涵洞长118m，底坡i=1/100，涵洞进口底板高程2258.3m，进口与消力池用陡坡连接，陡坡坡比1：1，长3m，涵洞出口底板高程2254.16m，进水口高程2261.3m。输水高涵：位于副坝内，为坝下涵洞，采用手动斜拉φ300转动钢闸门控制出流。涵洞长20m，半圆拱涵，宽0.6m，边墙高1.3m，浆砌石结构。涵洞进口高程2274m，出口高程2273.80m，底板坡比I=1%，进水口高程2274.50mm。水库未设置溢洪道。1.3、大坝渗漏情况除险加固后大坝存在渗漏情况:水库蓄水水位到13.0m时，后坝坡出现多点大面积渗漏，每个渗漏点渗流不大。根据现状本次采用土工膜防渗处理，施工范围高程2274.3(12.0m)至2278.6(16.3m)（水库正常蓄水位15.8m）间铺设土工膜。2、土工膜施工方案2.1土工膜特点土工膜防渗是目前最常用的一种防渗方式，一般使用时采用复合土工膜形式较多，复合土工膜是一种柔性防渗材料，具有可靠的防渗功能，它是由土工织物、土工膜、土工织物三层组成，具有质轻防渗性能有较好的延展性，适合变形、施工简单，节省工程造价，加快工期等显著优点。现在，土工膜已在渠道防渗、病险水库防渗加固、库盘防渗、施工围堰、堤围等工程及抗洪抢险中获得广泛应用。土工膜防渗具有型式安全可靠，施工方便，适应变性能力强，造价低的优点，因此大坝迎水面防渗采用复合土工膜型式。2.2、土工膜选型工程常用土工膜有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）两种。PVC膜比重大于PE膜；PE膜较PVC膜易碎化；PE膜成本价低于PVC膜；二者防渗性能相当；PVC膜可采用热焊或胶粘，PE膜只能热焊；PVC膜和PE膜还有一个突出差别，就是膜的幅宽，PVC复合土工膜一般为1.5～2.0m，PE复合土工膜可达4.0～6.0m，相应的接缝膜PE膜比PVC膜减少一倍以上，且PE膜接缝采用热焊，施工质量比较稳定，焊缝质量易于检查，施工速度块，工程费用低。应严格控制焊接时的温度，温度较高，易碳化，较低，则焊接不牢。经综合考虑，一般选用PE膜，PE膜厚度选用0.4mm。土工膜单独使用容易损坏，因此设计选用复合土工膜，规格为200g/0.4mm/200g，宽幅6m的土工膜。2.3、土工膜施工2.3.1、土工膜布置土工膜布置如下：土工膜拟沿设计坝坡由上向下进行铺设，为节约投资，土工膜顶部铺设高程为2278.6m，比正常蓄水位高出0.5m，底部铺设高程至2274.3m。右坝肩沿灌浆轴线，开挖口宽0.5m，底宽0.3m，深0.4m沟槽，用C15砼浇筑与坝基连接；左坝肩由于灌浆设置平台，土工膜沿左键灌浆平台边线，开挖口宽0.5m，底宽0.3m,深0.4m沟槽，用C15砼浇筑与坝基连接。为防止复合土工膜滑脱，土工膜顶部以及底部设置抗滑齿槽，抗滑齿槽深50cm、宽50cm。2.3.2、土工膜焊接土工膜的焊接使用双驱动自行式土工膜焊接机，采用双轨热熔焊接。焊机无法焊接的部位，应采用挤出式热熔焊机，配以与原材料同质的焊条，形成堆焊的单焊缝。焊机焊接工序分为：（1）调节压力、设定温度、设定速度、焊缝搭接检查、装膜入机、启动马达；（2）接缝处不得有油污、灰尘，土工膜的搭接段面不应有泥沙、结露、潮湿等杂物，当有杂物时必须在焊接前清理干净；（3）每天焊接开始时，通常应在现场先试焊一条0．9mmX0．3mm的试样，搭接宽度不小于10cm并在现场进行剥离和剪切试验，试样合格后，便可用当时调整好的速度、压力、温度进行焊接。焊机在焊接土工膜过程中，需随时注意焊机的运行情况，要根据现场的实际情况对速度和温度进行微调；焊缝要求整齐、美观、不得有滑焊、跳走现象；在遇上土工膜长度不够时，需要长向拼接，应先把横向焊缝焊好，再焊纵缝，横向焊缝相距大于50cm应成T字型，不得十字交叉；焊土工膜时不许压出死折，铺设土工膜时，根据当地气温变化幅度和土工膜性能要求，预留出温度变化引起的伸缩变形量；在下雨期间或接缝有潮气、露水等的情况下不能进行焊接，但采取防护措施除外；温度低于5℃时，按照规范要求不应施工，如果必须施工的话，焊接前应对焊机进行预热处理；土工膜在焊接时应该采用稳压性能好的发电机供电，在特殊情况下采用当地用电时，必须使用稳压器。2.3.3、焊接质量检测检测按三个步骤进行，即目测、充气检测及破坏试验。目测主要是对铺设的土工膜外观、焊缝质量、T型焊接、基底杂物等进行细致的检查，所有施工人员对这一工作都应贯彻在全部施工过程中；除目检外，如有必要还可采用真空检测和气压检测，充气压检测的充气强度为0．25mpa，5min不漏气，考虑到卷材较柔软易变形，允许压力下降20％；进行拉力测试时(破坏试验)，其标准为在做剥离和剪切试验时，焊缝没被撕裂开而土工膜母材被撕拉破坏，此时焊接合格；外观检查，发现土工膜面有孔眼等缺陷损及焊接过程中出现的漏焊、虚焊、破损等情况下，应及时用新鲜的母材修补，补疤每边超过破损部位10cm～20cm。2.3.4、注意事项热风枪、砂轮机和土工膜焊机拖带的电源线在使用过程中，必须最大限度的远离其工作部位，以免损伤脑筋电线发生漏电；除热风焊接外，热风枪的嘴部在任何情况下都不得与土工膜面接触，并且尽可能的远离土工膜面、人体、机械等物体；焊机在不使用时，不得直接放置在土工膜面上，应放置在支架或沙袋带上；裁土工膜用到的刀使用完毕后，应立即将刀片收回刀盒内；在现场使用的各种临时性小型工具，使用完毕，应及时放人工具箱内；严禁将从土工膜挤压焊接机枪头摘下的焊料物直接丢弃在土工膜面上；土工膜施工现场禁止吸烟，不得穿带铁钉的鞋或高跟硬底鞋到膜面上行走，不允许从事有可能破坏土工膜成品的一切活动。2.4、复合土工膜厚度验算土工膜厚度按SL/T225-98《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》中的公式计算。T=0.204·pb√ε式中T——薄膜的单宽拉力（kn/m）；P——薄膜上承受的水压力荷载（kpa）；b——预计膜下地基可能产生的裂缝宽度（m）；10mm；ε——薄膜发生的拉应变（%）。6%；2.5、复合土工膜沿斜墙抗滑稳定性分析由于复合土工膜与土石介质间的摩擦系数及土石介质间的摩擦系数将影响防渗体的稳定，必须复核复合土工膜与坝坡、复合土工膜与保护层的抗滑稳定性。复合土工膜稳定性验算采用公式：K=f/tgα式中：K——抗滑稳定安全系数；f——上垫层与土工膜之间的摩擦系数；f=0.6；α——坝坡坡角。2.6、复合土工膜的渗漏水量计算通过土工膜的渗漏水量按下列公式进行计算。Q=kgHwtsA式中：Q——土工膜的渗漏水量，（m³/s）；kg——土工膜的渗透系数（m/s）；取1×10−13；Hw——土工膜上、下的水头差，（m）；A——土工膜的渗透面积，（㎡）；ts——土工膜的厚度，（m）。2.7、土工膜的施工缺陷引起的缺陷渗漏水量计算由于施工中产生的缺陷偶然性很大，且不易发现，施工中接缝不实等形式形成的缺陷，换算成圆孔等效孔径一般为1mm～5mm。某些偶然因素产生的缺陷等效孔径为10mm。孔的大小与施工条件密切相关。复合防渗层是由土工膜和膜下渗透系数的低渗透性组合而成。根据膜下土层的相对厚度和膜与膜下土层接触是否良好，可计算复合防渗层单个孔洞的缺陷渗漏量。施工过程中必须提高施工质量，减少施工缺陷，采用复合防渗层结构是减少土工膜防渗层渗漏水量的有效措施。