在山區水庫庫盤防滲中復合土工膜應用設計分析

李針龍

【摘要】某水庫是一座建于砂礫石覆蓋層上的山區水庫，全庫盤防滲采用新型材料（復合土工膜），本文就復合土工膜在該水庫中的運用進行闡述。

【關鍵詞】水庫防滲；復合土工膜；全庫盤

1. 工程概況

1.1工程任務及規模。

“某”水庫是“某”河流域的重要控制性工程，壩型為混凝土面板堆砂礫石壩，樞紐建筑物由主壩、東西副壩、溢洪道、導流兼泄洪涵洞、工業及灌溉引水涵洞、工業供水管道等主要建筑物組成。是一個具有工業供水、農業灌溉、防洪等效益的綜合利用工程，水庫總庫容980× m3，攔河壩壩高44.8m，擔負工業園區1460× m3的年供水任務。工程規模為小（1）型工程，工程等別為Ⅳ等。

1.2工程地質。

1.2.1該工程區位于東天山支脈—博格達山南坡出山口附近，總地勢北高南低，最高海拔高程2000～3500m，相對高差200～500m，最低海拔高程500～800m，相對高差20～80m。由北向南地貌分別為中高山區、中山區、低中山區、低山區、山前傾斜平原。

1.2.2區域范圍內主要出露上古生界石炭系、侏羅系及新生界第三系和第四系地層。整個庫區均為第四系堆積物所覆蓋、未見基巖出露，斷裂構造不發育。庫區內沒有大的斷層構造通過。

1.2.3水庫滲漏問題：（1）庫區滲漏：庫區不存在向鄰谷和沿斷裂帶滲漏問題；水庫蓄水后庫盆及壩基存在滲漏問題，建議對水庫進行全庫盤水平防滲處理。（2）壩基滲漏：壩基滲漏：壩基上部第四系砂礫石地層的滲透系數為1.33×10-3～1.17×10-2cm/s，為強透水層，應對水庫壩基進行防滲處理。

2. 壩型選擇

2.1“某”水庫受地形地質條件和周邊建筑物的影響，只能在平面上布置呈“U”型的大壩形式，整個水庫由東副壩、主壩和西副壩構成。壩基為第四系砂卵礫石層，厚度較大，相對隔水層為第三系的泥巖、砂巖，埋藏深度大于35m，不適合修建混凝土重力壩等剛性壩。根據地勘資料，當地砂礫石料較為豐富，而無粘土料，并且河床砂卵礫石覆蓋層較深，因此，在土石壩壩型中不能選擇粘土均質壩、粘土心墻砂礫石壩和粘土斜墻砂礫石壩等壩型。

2.2由于庫區及兩邊岸坡均為深厚砂礫石覆蓋層，根據“某”水庫地質報告介紹，庫盤內河床表層為第四系Q4al含漂石的砂卵礫石層，厚度為2～5m，滲透系數k=1.23×10-2～2.7×10-2cm/s，屬強透水層。河床4～36m及庫區兩岸庫盤以上地層巖性為第四系Q3al+pl砂卵礫石層，滲透系數k=5.0×10-3～1.1×10-2cm/s，屬中等～強透水層。水庫蓄水后滲漏量很大，所以必須對整個庫區及壩體進行防滲處理，壩址區無可用做庫盤鋪蓋的防滲土料，因此選擇復合土工膜作為庫盤內防滲材料。壩體的防滲必須要和庫區內的復合土工膜防滲緊密連接，以形成一個防滲整體。

2.3根據”某”水庫的地形地質條件，初選兩種土石壩進行方案比選：（1）混凝土面板堆砂礫石壩；（2）復合土工膜防滲砂礫石斜墻壩。

2.4從地形地質條件適應性、筑壩材料料源、樞紐布置方面、工程施工方面、環境影響方面、工程運行管理方面、工程投資等方面綜合考慮，“某”水庫壩型選擇為混凝土面板堆砂礫石壩，全庫盤采用復合土工膜進行防滲。

3. 復合土工膜設計

3.1方案比選。

3.1.1“某”水庫位于第四系全新統沖積含漂石的砂卵石層上，地層滲透系數5.0×10-3～1.1×10-2cm/s，相對隔水層為第三系的泥巖、砂巖，埋藏深度大約35m左右，必須采取壩基處理措施，防止壩基發生滲透破壞和滲漏量大的問題，保證大壩安全。由于相對不透水層埋深較大，且“某”水庫壩線較長，根據“某”水庫的地形地質條件，采取壩基防滲的主要措施方案有兩方面：A.壩基采用槽孔混凝土防滲墻與壩坡防滲體連接在一起的方式；B.采用復合土工膜進行全庫盤防滲的方式。根據以上兩個方案，分別從安全、經濟、施工、管理方面進行論述，從優選擇方案。

（1）安全方面。

“某”水庫為攔河式水庫，河流通過河道直接進入庫區，而“某”河屬于多泥沙河流，存在較多大的漂石、卵石，并且洪水過程陡漲陡落，洪峰較大。在洪水期，大的漂石、卵石隨著洪峰直接進入庫盤，雖然可以采取一些措施對復合土工膜進行保護，但是對復合土工膜破壞能力仍然非常強，如果復合土工膜破壞，將對大壩產生安全影響。如果壩基采用槽孔混凝土防滲墻結構，則大的漂石、卵石對壩基產生的破壞能力非常弱，不會產生大壩安全隱患。根據以上分析，壩基采用槽孔混凝土防滲墻結構較庫盤采用全庫盤防滲方式從安全方面考慮較優。

（2）經濟方面。

壩基采用槽孔混凝土的主要工程量是地下連續墻成槽、混凝土防滲墻澆筑以及帷幕灌漿處理，而采用全庫盤復合土工膜防滲的主要工程量是復合土工膜鋪設、復合土工膜上下保護墊層、干砌卵石護底、庫尾防沖擋砂墻等。從投資方面分析，采用采用壩基防滲墻方案投資遠大于采用全庫盤復合土工膜防滲方案，全庫盤復合土工膜防滲方案較優。

（3）施工方面。

采用全庫盤復合土工膜防滲方案施工方便，復合土工膜上下墊層鋪設、干砌卵石護底以及修筑防沖擋砂墻均為常規施工，難度較小，只是復合土工膜焊接不易控制，容易出現接頭縫，造成大壩安全隱患；由于庫盤為深厚砂卵礫石層，壩基漂石、卵石較深、較厚，不易成槽，采用壩基防滲墻方案施工難度較大。

（4）管理方面。

由于防滲墻抗沖刷能力強于復合土工膜防滲方案，在管理方面更優于全庫盤采用復合土工膜方案，管理更方便。

3.1.2從以上幾個方面分析，采用全庫盤復合土工膜防滲由于經濟、方便施工，方案更優，因此”某”水庫選擇全庫盤復合土工膜防滲方案。

3.2水庫采用復合土工膜防滲的技術可行性。

（1）根據以上方案比選，水庫庫盤設計采用復合土工膜防滲。最近幾十年，水庫利用復合土工膜防滲得到了非常大的發展，不論是設計和施工都取得非常滿意的結果。新疆策勒勝利水庫采用復合土工膜進行全庫盤防滲，共鋪設復合土工膜300萬m2，防滲效果較為顯著；1993年竣工的甘肅省酒泉市夾山子水庫，壩高40m，庫盤和擋水大壩位于深厚覆蓋層的砂卵石上，大壩上游面及全庫盤采用土工膜防滲，共鋪焊復合土工膜55萬m2，運行狀況良好，未見漏水，實踐證明是非常成功的，也同時取得了土工膜施工方面的經驗與教訓，為以后的防滲工程，特別是水頭較大的防滲工程打下了應用基礎。

（2）根據《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》（SL/T225—98），允許高壩采用土工膜防滲，規定高水頭（大于50m）擋水建筑物采用土工膜應經過論證。“某”水庫最高水頭約為40m，不需專門進行論證，可以直接按照規范進行設計。

（3）因此，“某”水庫庫盤采用復合土工膜防滲是可行的，能滿足水庫正常運行要求。

3.3土工膜類型選擇。

常用土工膜有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）兩種。聚氯乙烯膜既可以粘接，也可以焊接；聚乙烯膜只可以用焊接機焊接。兩者施工方式操作均比較方便，而且接縫質量均有保證，但是工廠生產的聚乙烯膜幅寬比聚氯乙烯膜寬，可以減少接縫，并且聚乙烯膜在性能上伸長率比聚氯乙烯膜大，均勻性也好些。由于“某”水庫選用復合土工膜進行水平防滲，需要的復合土工膜量防滲面積非常大，造成復合土工膜的接縫長度非常長，而且會出現多塊復合土工膜在一處連接的情況，接縫施工難度較大，接縫處質量要求較高。因此“某”水庫宜選用聚乙烯膜，可以減少接縫長度，提高土工膜的伸長率，保證復合土工膜防滲效果。

3.3.1土工膜厚度設計。

（1）根據《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》（SL/T225—98）第5.3.2條規定：“土石堤、壩防滲土工膜厚度不應小于0.5mm。對于重要工程適當加厚，對于次要工程，可以適當減薄，但最小不得薄于0.3mm”。“某”水庫復合土工膜防滲薄膜厚度應根據所承受的水頭，通過頂破、刺破和穿透試驗確定。本工程由于沒有進行具體試驗，根據新疆和國內外已建設的工程經驗進行確定復合土工膜的規格，為了降低工程造價，依據作用水頭的不同，本工程采用兩種規格不同的復合土工膜進行庫盤不同部位的防滲。在正常蓄水位以下的庫盤采用300g/0.6mm/300g的復合土工膜防滲，其余部分庫盤采用300g/0.5mm/300g規格的復合土工膜防滲。

（2）根據利用復合土工膜進行水庫防滲的使用情況總結，全國生產的滌綸長纖針刺非織造/聚乙烯復合土工膜在實際使用過程中防滲效果較好。滌綸長纖針刺非織造/聚乙烯復合土工膜主要性能見表1。

（8）由于生產復合土工膜的廠家不同可能導致復合土工膜的各種性能相差較大，因此，在技施階段，通過材料招標確定下來的復合土工膜生產廠家及型號后，需對所生產的復合土工膜進行各種性能測試，并重新利用以上公式進行現場復核，滿足安全要求才能使用，如不能滿足安全要求，必須重新選擇安全的復合土工膜。

3.3.2土工膜上下墊層設計。

根據根據《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》（SL/T225—98）第5.2.條規定，復合土工膜上面設防護層、上墊層，在其下面設下墊層。上墊層根據復合土工膜的型式選擇鋪設500mm厚天然級配砂礫料墊層，下墊層鋪設200mm厚天然級配砂礫料墊層。

3.3.3土工膜與周邊建筑物的錨固。

考慮到復合土工膜與面板混凝土趾板、面板等剛性建筑物連接對于整個水庫防滲系統的重要性，“某”水庫復合土工膜與剛性建筑物連接采用螺栓錨固連接，并在可能發生較大位移的相反方向留有膜與土體共同變形的余幅，且勿使膜形成褶皺的型式，因為褶皺受壓后很難舒展，即使能展開，經過折疊的土工膜的拉伸強度和極限伸長率都會損失大半。首先在趾板面上間隔20cm預埋膨脹螺栓，沿連接長度通長安裝一條厚5mm寬10cm橡皮，再將復合土工膜折疊3層打眼穿入螺栓，然后再用一層橡皮、鋼壓條通過膨脹螺栓將復合土工膜固定，趾板與庫盤交接處采用柔性連接進行固定。

3.4防沖水平鋪蓋。

（1）“某”水庫庫盤采用復合土工膜防滲，復合土工膜上墊層采用50cm厚砂礫層進行保護。由于砂礫層砂礫粒徑小，屬于松散結構，抗沖能力不足，因此在“某”河發生較大洪水的時候，洪水產生的較大流速水流將沖刷砂礫墊層，破壞復合土工膜結構，需對復合土工膜上墊層砂礫料采取保護措施。

（2）在復合土工膜上墊層砂礫料上布置30cm厚干砌卵石防沖水平鋪蓋，鋪蓋長度為庫盤擋砂防沖墻至庫盤死水位處，寬度為整個庫盤。根據水力計算，在設計洪水工況下，庫盤水流流速達到3m/s，庫盤防沖水平鋪蓋采用干砌卵石襯砌可以滿足要求。但是為了保證干砌卵石在洪水沖刷的情況下不發生位移，將干砌卵石劃分為50m×50m的塊，每塊之間采用C20細石混凝土灌漿，灌漿寬度為0.5m。為防止洪水刮翻并卷走復合土工膜，導致水庫防滲失效，在庫尾采用深1m，寬0.5m的毛石混凝土埋墩，埋墩橫穿“某”河，并使“某”水庫東副壩、西副壩連接起來。復合土工膜尾部埋入墩中，防止復合土工膜被洪水沖刷。

4. 復合土工膜觀測設計

“某”水庫除壩體變形、應力等監測外，針對庫盤強透水地基和復合土工膜應用情況布置了以下觀測測項目：

（1）土壓力觀測。布置在東、西副壩，共設3個監測斷面，每個斷面設3支土壓力計和3支孔隙水壓力計，監測接觸部位的土壓力。

（2）復合土工膜變形觀測。在東、西副壩各選一個斷面，從壩腳沿不同高程，布置土工膜應變計，共30支。

（3）復合土工膜下氣壓觀測。在水庫初期蓄水過程中，壩體及地基中的氣體被地下水擠壓驅趕，會在土工膜下形成頂托氣壓，短時問內可能使土工膜局部鼓脹甚至被頂破。為此，布置了6個氣壓監測斷面，各布置2支氣壓計，監測氣壓控制蓄水速度。

5. 土工膜鋪設

5.1土工膜的鋪設。

復合土工膜鋪設采用分段施工及流水作業的方法進行。焊接采用瑞士焊機，批批檢驗，嚴格控制焊接質量。庫盤內復合土工膜從下游向上游鋪設，上游復合土工膜的邊壓住下游土工膜的邊，力求平緊，松緊適度。施工時，庫區內的雜草、灌木等均應全部清除，并對庫盤進行平整，庫盤清理完畢后開始鋪設墊層，然后進行復合土工膜的鋪設。復合土工膜鋪設及焊接完成后，要及時填筑上墊層，庫盤復合土工膜上墊層采用進占法進行施工。

5.2土工膜的施工檢驗。

土工膜防滲的效果關鍵在工程全面的施工質量，國內外的實踐都說明這一點。復合土工膜的聯接部位是一個薄弱環節，不僅膜要焊牢，縫布要特別注意松緊適度，便于膜布同時受力。斜坡與水平鋪蓋的兩種膜連接處存在“丁”字接頭（可能產生“十”字接頭），更是薄弱環節，也是質量檢查的重點，應嚴格施工，加強質檢。因此，在焊機的選擇方面必須選用瑞士焊機，根據新疆施工土工膜焊接的經驗，在焊接使用瑞士焊機的情況下，可以使復合土工膜焊縫事故率平均降到3個洞/萬m2以下，能夠滿足水庫正常運行要求。為了驗證復合土工膜是否能夠滿足高水頭壓力的考驗，施工時，必須對每批次復合土工膜進行穿透實驗，確保復合土工膜的質量能滿足要求。復合土工膜穿透實驗如圖2所示。

5.3接縫質量檢查。

復合土工膜在鋪設完成后應對接縫質量進行檢測，接縫質量檢測包括目測、充氣檢漏和抽樣檢測3種方式。

6. 結語

復合土工膜在平原水庫庫盤防滲中已得到成功運用，防滲效果較為理想，但在山區水庫庫盤防滲中較為鮮見，本次以“某”水庫的建設實際進行簡單論述，復合土工膜在山區水庫中的鋪設方法及與周邊建筑物的連接方式還需進一步總結經驗。

[文章編號]1619-2737（2014）03-18-635

（1）根據以上方案比選，水庫庫盤設計采用復合土工膜防滲。最近幾十年，水庫利用復合土工膜防滲得到了非常大的發展，不論是設計和施工都取得非常滿意的結果。新疆策勒勝利水庫采用復合土工膜進行全庫盤防滲，共鋪設復合土工膜300萬m2，防滲效果較為顯著；1993年竣工的甘肅省酒泉市夾山子水庫，壩高40m，庫盤和擋水大壩位于深厚覆蓋層的砂卵石上，大壩上游面及全庫盤采用土工膜防滲，共鋪焊復合土工膜55萬m2，運行狀況良好，未見漏水，實踐證明是非常成功的，也同時取得了土工膜施工方面的經驗與教訓，為以后的防滲工程，特別是水頭較大的防滲工程打下了應用基礎。

（2）根據《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》（SL/T225—98），允許高壩采用土工膜防滲，規定高水頭（大于50m）擋水建筑物采用土工膜應經過論證。“某”水庫最高水頭約為40m，不需專門進行論證，可以直接按照規范進行設計。

（3）因此，“某”水庫庫盤采用復合土工膜防滲是可行的，能滿足水庫正常運行要求。

3.3土工膜類型選擇。

常用土工膜有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）兩種。聚氯乙烯膜既可以粘接，也可以焊接；聚乙烯膜只可以用焊接機焊接。兩者施工方式操作均比較方便，而且接縫質量均有保證，但是工廠生產的聚乙烯膜幅寬比聚氯乙烯膜寬，可以減少接縫，并且聚乙烯膜在性能上伸長率比聚氯乙烯膜大，均勻性也好些。由于“某”水庫選用復合土工膜進行水平防滲，需要的復合土工膜量防滲面積非常大，造成復合土工膜的接縫長度非常長，而且會出現多塊復合土工膜在一處連接的情況，接縫施工難度較大，接縫處質量要求較高。因此“某”水庫宜選用聚乙烯膜，可以減少接縫長度，提高土工膜的伸長率，保證復合土工膜防滲效果。

3.3.1土工膜厚度設計。

（1）根據《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》（SL/T225—98）第5.3.2條規定：“土石堤、壩防滲土工膜厚度不應小于0.5mm。對于重要工程適當加厚，對于次要工程，可以適當減薄，但最小不得薄于0.3mm”。“某”水庫復合土工膜防滲薄膜厚度應根據所承受的水頭，通過頂破、刺破和穿透試驗確定。本工程由于沒有進行具體試驗，根據新疆和國內外已建設的工程經驗進行確定復合土工膜的規格，為了降低工程造價，依據作用水頭的不同，本工程采用兩種規格不同的復合土工膜進行庫盤不同部位的防滲。在正常蓄水位以下的庫盤采用300g/0.6mm/300g的復合土工膜防滲，其余部分庫盤采用300g/0.5mm/300g規格的復合土工膜防滲。

（2）根據利用復合土工膜進行水庫防滲的使用情況總結，全國生產的滌綸長纖針刺非織造/聚乙烯復合土工膜在實際使用過程中防滲效果較好。滌綸長纖針刺非織造/聚乙烯復合土工膜主要性能見表1。

（8）由于生產復合土工膜的廠家不同可能導致復合土工膜的各種性能相差較大，因此，在技施階段，通過材料招標確定下來的復合土工膜生產廠家及型號后，需對所生產的復合土工膜進行各種性能測試，并重新利用以上公式進行現場復核，滿足安全要求才能使用，如不能滿足安全要求，必須重新選擇安全的復合土工膜。

3.3.2土工膜上下墊層設計。

根據根據《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》（SL/T225—98）第5.2.條規定，復合土工膜上面設防護層、上墊層，在其下面設下墊層。上墊層根據復合土工膜的型式選擇鋪設500mm厚天然級配砂礫料墊層，下墊層鋪設200mm厚天然級配砂礫料墊層。

3.3.3土工膜與周邊建筑物的錨固。

考慮到復合土工膜與面板混凝土趾板、面板等剛性建筑物連接對于整個水庫防滲系統的重要性，“某”水庫復合土工膜與剛性建筑物連接采用螺栓錨固連接，并在可能發生較大位移的相反方向留有膜與土體共同變形的余幅，且勿使膜形成褶皺的型式，因為褶皺受壓后很難舒展，即使能展開，經過折疊的土工膜的拉伸強度和極限伸長率都會損失大半。首先在趾板面上間隔20cm預埋膨脹螺栓，沿連接長度通長安裝一條厚5mm寬10cm橡皮，再將復合土工膜折疊3層打眼穿入螺栓，然后再用一層橡皮、鋼壓條通過膨脹螺栓將復合土工膜固定，趾板與庫盤交接處采用柔性連接進行固定。

3.4防沖水平鋪蓋。

（1）“某”水庫庫盤采用復合土工膜防滲，復合土工膜上墊層采用50cm厚砂礫層進行保護。由于砂礫層砂礫粒徑小，屬于松散結構，抗沖能力不足，因此在“某”河發生較大洪水的時候，洪水產生的較大流速水流將沖刷砂礫墊層，破壞復合土工膜結構，需對復合土工膜上墊層砂礫料采取保護措施。

（2）在復合土工膜上墊層砂礫料上布置30cm厚干砌卵石防沖水平鋪蓋，鋪蓋長度為庫盤擋砂防沖墻至庫盤死水位處，寬度為整個庫盤。根據水力計算，在設計洪水工況下，庫盤水流流速達到3m/s，庫盤防沖水平鋪蓋采用干砌卵石襯砌可以滿足要求。但是為了保證干砌卵石在洪水沖刷的情況下不發生位移，將干砌卵石劃分為50m×50m的塊，每塊之間采用C20細石混凝土灌漿，灌漿寬度為0.5m。為防止洪水刮翻并卷走復合土工膜，導致水庫防滲失效，在庫尾采用深1m，寬0.5m的毛石混凝土埋墩，埋墩橫穿“某”河，并使“某”水庫東副壩、西副壩連接起來。復合土工膜尾部埋入墩中，防止復合土工膜被洪水沖刷。

4. 復合土工膜觀測設計

“某”水庫除壩體變形、應力等監測外，針對庫盤強透水地基和復合土工膜應用情況布置了以下觀測測項目：

（1）土壓力觀測。布置在東、西副壩，共設3個監測斷面，每個斷面設3支土壓力計和3支孔隙水壓力計，監測接觸部位的土壓力。

（2）復合土工膜變形觀測。在東、西副壩各選一個斷面，從壩腳沿不同高程，布置土工膜應變計，共30支。

（3）復合土工膜下氣壓觀測。在水庫初期蓄水過程中，壩體及地基中的氣體被地下水擠壓驅趕，會在土工膜下形成頂托氣壓，短時問內可能使土工膜局部鼓脹甚至被頂破。為此，布置了6個氣壓監測斷面，各布置2支氣壓計，監測氣壓控制蓄水速度。

5. 土工膜鋪設

5.1土工膜的鋪設。

復合土工膜鋪設采用分段施工及流水作業的方法進行。焊接采用瑞士焊機，批批檢驗，嚴格控制焊接質量。庫盤內復合土工膜從下游向上游鋪設，上游復合土工膜的邊壓住下游土工膜的邊，力求平緊，松緊適度。施工時，庫區內的雜草、灌木等均應全部清除，并對庫盤進行平整，庫盤清理完畢后開始鋪設墊層，然后進行復合土工膜的鋪設。復合土工膜鋪設及焊接完成后，要及時填筑上墊層，庫盤復合土工膜上墊層采用進占法進行施工。

5.2土工膜的施工檢驗。

土工膜防滲的效果關鍵在工程全面的施工質量，國內外的實踐都說明這一點。復合土工膜的聯接部位是一個薄弱環節，不僅膜要焊牢，縫布要特別注意松緊適度，便于膜布同時受力。斜坡與水平鋪蓋的兩種膜連接處存在“丁”字接頭（可能產生“十”字接頭），更是薄弱環節，也是質量檢查的重點，應嚴格施工，加強質檢。因此，在焊機的選擇方面必須選用瑞士焊機，根據新疆施工土工膜焊接的經驗，在焊接使用瑞士焊機的情況下，可以使復合土工膜焊縫事故率平均降到3個洞/萬m2以下，能夠滿足水庫正常運行要求。為了驗證復合土工膜是否能夠滿足高水頭壓力的考驗，施工時，必須對每批次復合土工膜進行穿透實驗，確保復合土工膜的質量能滿足要求。復合土工膜穿透實驗如圖2所示。

5.3接縫質量檢查。

復合土工膜在鋪設完成后應對接縫質量進行檢測，接縫質量檢測包括目測、充氣檢漏和抽樣檢測3種方式。

6. 結語

復合土工膜在平原水庫庫盤防滲中已得到成功運用，防滲效果較為理想，但在山區水庫庫盤防滲中較為鮮見，本次以“某”水庫的建設實際進行簡單論述，復合土工膜在山區水庫中的鋪設方法及與周邊建筑物的連接方式還需進一步總結經驗。

[文章編號]1619-2737（2014）03-18-635

（1）根據以上方案比選，水庫庫盤設計采用復合土工膜防滲。最近幾十年，水庫利用復合土工膜防滲得到了非常大的發展，不論是設計和施工都取得非常滿意的結果。新疆策勒勝利水庫采用復合土工膜進行全庫盤防滲，共鋪設復合土工膜300萬m2，防滲效果較為顯著；1993年竣工的甘肅省酒泉市夾山子水庫，壩高40m，庫盤和擋水大壩位于深厚覆蓋層的砂卵石上，大壩上游面及全庫盤采用土工膜防滲，共鋪焊復合土工膜55萬m2，運行狀況良好，未見漏水，實踐證明是非常成功的，也同時取得了土工膜施工方面的經驗與教訓，為以后的防滲工程，特別是水頭較大的防滲工程打下了應用基礎。

（2）根據《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》（SL/T225—98），允許高壩采用土工膜防滲，規定高水頭（大于50m）擋水建筑物采用土工膜應經過論證。“某”水庫最高水頭約為40m，不需專門進行論證，可以直接按照規范進行設計。

（3）因此，“某”水庫庫盤采用復合土工膜防滲是可行的，能滿足水庫正常運行要求。

3.3土工膜類型選擇。

常用土工膜有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）兩種。聚氯乙烯膜既可以粘接，也可以焊接；聚乙烯膜只可以用焊接機焊接。兩者施工方式操作均比較方便，而且接縫質量均有保證，但是工廠生產的聚乙烯膜幅寬比聚氯乙烯膜寬，可以減少接縫，并且聚乙烯膜在性能上伸長率比聚氯乙烯膜大，均勻性也好些。由于“某”水庫選用復合土工膜進行水平防滲，需要的復合土工膜量防滲面積非常大，造成復合土工膜的接縫長度非常長，而且會出現多塊復合土工膜在一處連接的情況，接縫施工難度較大，接縫處質量要求較高。因此“某”水庫宜選用聚乙烯膜，可以減少接縫長度，提高土工膜的伸長率，保證復合土工膜防滲效果。

3.3.1土工膜厚度設計。

（1）根據《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》（SL/T225—98）第5.3.2條規定：“土石堤、壩防滲土工膜厚度不應小于0.5mm。對于重要工程適當加厚，對于次要工程，可以適當減薄，但最小不得薄于0.3mm”。“某”水庫復合土工膜防滲薄膜厚度應根據所承受的水頭，通過頂破、刺破和穿透試驗確定。本工程由于沒有進行具體試驗，根據新疆和國內外已建設的工程經驗進行確定復合土工膜的規格，為了降低工程造價，依據作用水頭的不同，本工程采用兩種規格不同的復合土工膜進行庫盤不同部位的防滲。在正常蓄水位以下的庫盤采用300g/0.6mm/300g的復合土工膜防滲，其余部分庫盤采用300g/0.5mm/300g規格的復合土工膜防滲。

（2）根據利用復合土工膜進行水庫防滲的使用情況總結，全國生產的滌綸長纖針刺非織造/聚乙烯復合土工膜在實際使用過程中防滲效果較好。滌綸長纖針刺非織造/聚乙烯復合土工膜主要性能見表1。

（8）由于生產復合土工膜的廠家不同可能導致復合土工膜的各種性能相差較大，因此，在技施階段，通過材料招標確定下來的復合土工膜生產廠家及型號后，需對所生產的復合土工膜進行各種性能測試，并重新利用以上公式進行現場復核，滿足安全要求才能使用，如不能滿足安全要求，必須重新選擇安全的復合土工膜。

3.3.2土工膜上下墊層設計。

根據根據《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》（SL/T225—98）第5.2.條規定，復合土工膜上面設防護層、上墊層，在其下面設下墊層。上墊層根據復合土工膜的型式選擇鋪設500mm厚天然級配砂礫料墊層，下墊層鋪設200mm厚天然級配砂礫料墊層。

3.3.3土工膜與周邊建筑物的錨固。

考慮到復合土工膜與面板混凝土趾板、面板等剛性建筑物連接對于整個水庫防滲系統的重要性，“某”水庫復合土工膜與剛性建筑物連接采用螺栓錨固連接，并在可能發生較大位移的相反方向留有膜與土體共同變形的余幅，且勿使膜形成褶皺的型式，因為褶皺受壓后很難舒展，即使能展開，經過折疊的土工膜的拉伸強度和極限伸長率都會損失大半。首先在趾板面上間隔20cm預埋膨脹螺栓，沿連接長度通長安裝一條厚5mm寬10cm橡皮，再將復合土工膜折疊3層打眼穿入螺栓，然后再用一層橡皮、鋼壓條通過膨脹螺栓將復合土工膜固定，趾板與庫盤交接處采用柔性連接進行固定。

3.4防沖水平鋪蓋。

（1）“某”水庫庫盤采用復合土工膜防滲，復合土工膜上墊層采用50cm厚砂礫層進行保護。由于砂礫層砂礫粒徑小，屬于松散結構，抗沖能力不足，因此在“某”河發生較大洪水的時候，洪水產生的較大流速水流將沖刷砂礫墊層，破壞復合土工膜結構，需對復合土工膜上墊層砂礫料采取保護措施。

（2）在復合土工膜上墊層砂礫料上布置30cm厚干砌卵石防沖水平鋪蓋，鋪蓋長度為庫盤擋砂防沖墻至庫盤死水位處，寬度為整個庫盤。根據水力計算，在設計洪水工況下，庫盤水流流速達到3m/s，庫盤防沖水平鋪蓋采用干砌卵石襯砌可以滿足要求。但是為了保證干砌卵石在洪水沖刷的情況下不發生位移，將干砌卵石劃分為50m×50m的塊，每塊之間采用C20細石混凝土灌漿，灌漿寬度為0.5m。為防止洪水刮翻并卷走復合土工膜，導致水庫防滲失效，在庫尾采用深1m，寬0.5m的毛石混凝土埋墩，埋墩橫穿“某”河，并使“某”水庫東副壩、西副壩連接起來。復合土工膜尾部埋入墩中，防止復合土工膜被洪水沖刷。

4. 復合土工膜觀測設計

“某”水庫除壩體變形、應力等監測外，針對庫盤強透水地基和復合土工膜應用情況布置了以下觀測測項目：

（1）土壓力觀測。布置在東、西副壩，共設3個監測斷面，每個斷面設3支土壓力計和3支孔隙水壓力計，監測接觸部位的土壓力。

（2）復合土工膜變形觀測。在東、西副壩各選一個斷面，從壩腳沿不同高程，布置土工膜應變計，共30支。

（3）復合土工膜下氣壓觀測。在水庫初期蓄水過程中，壩體及地基中的氣體被地下水擠壓驅趕，會在土工膜下形成頂托氣壓，短時問內可能使土工膜局部鼓脹甚至被頂破。為此，布置了6個氣壓監測斷面，各布置2支氣壓計，監測氣壓控制蓄水速度。

5. 土工膜鋪設

5.1土工膜的鋪設。

復合土工膜鋪設采用分段施工及流水作業的方法進行。焊接采用瑞士焊機，批批檢驗，嚴格控制焊接質量。庫盤內復合土工膜從下游向上游鋪設，上游復合土工膜的邊壓住下游土工膜的邊，力求平緊，松緊適度。施工時，庫區內的雜草、灌木等均應全部清除，并對庫盤進行平整，庫盤清理完畢后開始鋪設墊層，然后進行復合土工膜的鋪設。復合土工膜鋪設及焊接完成后，要及時填筑上墊層，庫盤復合土工膜上墊層采用進占法進行施工。

5.2土工膜的施工檢驗。

土工膜防滲的效果關鍵在工程全面的施工質量，國內外的實踐都說明這一點。復合土工膜的聯接部位是一個薄弱環節，不僅膜要焊牢，縫布要特別注意松緊適度，便于膜布同時受力。斜坡與水平鋪蓋的兩種膜連接處存在“丁”字接頭（可能產生“十”字接頭），更是薄弱環節，也是質量檢查的重點，應嚴格施工，加強質檢。因此，在焊機的選擇方面必須選用瑞士焊機，根據新疆施工土工膜焊接的經驗，在焊接使用瑞士焊機的情況下，可以使復合土工膜焊縫事故率平均降到3個洞/萬m2以下，能夠滿足水庫正常運行要求。為了驗證復合土工膜是否能夠滿足高水頭壓力的考驗，施工時，必須對每批次復合土工膜進行穿透實驗，確保復合土工膜的質量能滿足要求。復合土工膜穿透實驗如圖2所示。

5.3接縫質量檢查。

復合土工膜在鋪設完成后應對接縫質量進行檢測，接縫質量檢測包括目測、充氣檢漏和抽樣檢測3種方式。

6. 結語

復合土工膜在平原水庫庫盤防滲中已得到成功運用，防滲效果較為理想，但在山區水庫庫盤防滲中較為鮮見，本次以“某”水庫的建設實際進行簡單論述，復合土工膜在山區水庫中的鋪設方法及與周邊建筑物的連接方式還需進一步總結經驗。

[文章編號]1619-2737（2014）03-18-635