淺談粘土防滲與復合土膜防滲在水利工程的優缺

徐天下

摘 要：在水利工程施工過程中，水庫大壩是水利工程中常見的建筑，為了保證大壩的安全，需要提高水庫大壩的防滲設計，提升水庫大壩的質量?；诖?，本文對粘土防滲與復合土膜在水利工程的優缺點進行探討。

關鍵詞：粘土防滲 復合土膜防滲 水利工程 優缺

1.粘土防滲和復合土膜防滲的發展和應用范圍

1.1粘土防滲的發展和應用范圍

當前，土壩是我國水利施工中使用非常廣泛的壩型，主要有粘土心墻壩、均質土壩、混凝心墻壩等。在擊實原理、固結理論和有效應原理的逐漸發展下，土石壩工程建設得到了快速的發展，各種砂礫石、土、石渣等施工材料都可以很好的進行壓實處理。一般情況下，粘土防滲對地基基礎要求較其他防滲材料低，當地基發生微量變形時，粘土在其自重作用下會自行愈合，若當地土料豐富、基礎覆蓋較深，可以使用粘土進行防滲。

1.2復合土工膜的發展和應用范圍

復合土工膜是無紡布和塑料薄膜合成的一種土工防滲材料，其防滲性能主要是由塑料薄膜的防滲性能決定的。具有延伸線好、質地柔軟、適應變形能力高、耐低溫腐蝕等優點。相較于普通的土工膜，復合土工膜的經緯線交叉點不會出現彎曲，抗拉強度大、延伸率低，是目前國際上一種高水平的防滲材料，特別是在防洪搶險工程中可以取得良好的防滲效果，受到了廣大工程人員的高度重視。

2.工程概況

樂秋河水庫是一座以農業灌溉為主兼顧人畜飲水及工業供水綜合利用的水利樞紐工程。水庫壩址以上控制徑流面積118km2，水庫正常蓄水位1766.00m，總庫容2382.60×104m3。水庫壩址距南澗縣城約25km，距昆明市約366km。樞紐主要由大壩、溢洪道、導流泄洪輸水隧洞組成，工程規模為中型，工程等別為Ⅲ等。大壩為粘土心墻風化料壩，壩頂高程1771.50m，心墻建基面最低高程1692.00m，最大壩高79.50m，壩軸線長約277m，壩頂寬10.0m，總填筑方量138.9萬m3。壩基防滲采用主副帷幕灌漿進行處理，心墻基礎進行固結灌漿處理。

3.大壩度汛壩體設計

3.1防滲土料概況

由于樞紐區所涉及的天然建筑材料主要有防滲土料、風化壩殼料、混凝土骨料和塊石料，開挖料作為建筑物的回填料，剩余部分均作為棄渣處理。

本工程后山3 #土料場位于樂秋河水庫下游右岸后山村前緣岸坡，分布高程在1788～1926m之間，相對高差約110m。料場地表覆蓋層厚度2.0～4.0m，其中耕植土厚度0.1～0.3m，料場西部陡坡地段覆蓋層以含碎石粘土為主，碎石成分以泥巖、粉砂質泥巖為主，含量一般15%～30%，緩坡地段以粘土、砂質粘土為主，含少量碎石；中部及東部以粘土、粉砂質粘土為主。料場有用層以殘坡積粘土、砂質粘土、含礫粘土和全風化泥巖為主，摻和少量強風化泥巖，剝離層為上覆耕植土，平均剝離厚度0.3m。該料場塑性指數基本滿足規范指標，滲透系數滿足規范指標，天然含水率基本滿足規范指標，料場可作為防滲土料料源。

3.2導流標準及方式

樂秋河水庫壩址兩岸山高坡陡，河床較窄，大壩為粘土心墻風化料壩，大壩施工導流采用一次斷流、枯期圍堰擋水、汛期壩體臨時度汛、隧洞導流方式。

導流泄洪輸水隧洞：布置于大壩右岸山體內，為圓形有壓洞，洞徑D=2.5m。泄洪輸水隧洞采用“龍抬頭”型式與導流洞結合。隧洞總長622.976m，導流洞專用段長324.446m，結合段長298.530m。導流洞進口底板高程為1710.00m，專用段底坡i=0.0177，采用C25鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚40cm；結合段底坡i=0.0177，采用C30鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚40cm，出口設消力池進行消能。

上游圍堰：采用粘土斜墻石碴圍堰，攔洪水位1713.10m，堰頂高程1714.10m，最大堰高8.6m，堰頂寬6.5m，上游坡為1：2.5，下游坡為1：2.0。導流泄洪輸水隧洞出口距大壩較遠，經計算，施工期間大壩下游洪水位不影響大壩施工，大壩下游不需設置下游圍堰。

導流建筑物級別：樂秋河水庫工程規模為中型，工程等別為Ⅲ等，大壩為2級建筑物，溢洪道、泄洪輸水隧洞為3級建筑物，次要建筑物為4級建筑物。根據《水利水電工程施工組織設計規范》（SL303-2004）的規定，大壩施工的導流建筑物為4級。

大壩枯期導流標準：大壩施工圍堰為土石圍堰，其導流標準為10～20年洪水重現期，結合上階段審查意見及設計成果本階段初選導流標準為10年一遇洪水（P=10%），設計洪峰流量24.3m3/s。

度汛標準：大壩為粘土心墻壩，抬頭壩汛期度汛攔洪庫容V<0.1×108m3，壩體施工期臨時度汛標準洪水重現期為20～50年。本階段初選度汛標準為20年一遇洪水（P=5%），設計洪峰流量142.0m3/s。

結合壩型、水文特點、調洪結果、施工進度安排及有效施工天數綜合考慮，本階段初選大壩枯期施工時段為11月至次年4月，導流流量見調洪演算結果表見表1。

3.3度汛壩體防滲方案比選

3.3.1粘土防滲層的施工特點

1）粘土防滲層的優點：粘土為當地材料，就近取用，工程成本相對不高，粘土施工相對于瀝青混凝土、鋼筋凝土等，施工工藝簡單，施工機具投入少且都為常規設備，粘土防滲對地基要求不高，開挖量相對減少。

2）粘土防滲層的缺點：粘土防滲層具有低滲透性和膨脹性的特點，但是在實際施工過程中，粘土防滲層會被一些有機物污染，在粘土中會產生絮凝物，導致粘性土的滲透系數增加。在使用粘土進行防滲時，需要對有機土進行處理，將滲濾液和有機污染物滲透去除。

3.3.2復合土工膜的施工特點

在工程防滲中應用復合土工膜，可以有效提高工程防滲能力，并且復合土工膜自身重量較輕，容易運輸，易操作。可以有效提高施工進度，縮短施工工期，具有良好的經濟效益。作為一種新型的防滲材料，在施工時，首先在工程面鋪設復合土工膜構成一個完整的坡面防滲系統，然后在頂部設計錨固槽，保證復合土工膜的牢固性和穩定性。復合土工膜施工工藝相對復雜，人工投入大。

3.4粘土防滲和土工膜防滲的投資對比

樂秋河水庫度汛壩體斜墻采用粘土防滲和土工膜防滲的投資比較見表2。

經過對比，度汛壩體決定使用采用土工膜（兩布一膜）防滲，其上游坡為1：2。

4.結論

總而言之，水利大壩防滲在保證水利工程質量安全方面具有重要意義。本文以實際工程為例，對粘土防滲和復合土工膜防滲進行探討。研究證明，使用土工膜防滲要比粘土防滲總投資少100萬元，具有更好的經濟效益和應用價值，并且復合土工膜操作方便，易于運輸，施工進度快，更適合在本工程中運用。

參考文獻：

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