復(fù)合土工膜在哈日朝魯水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

宋迪 徐國(guó)銳

摘 要：文章論述了復(fù)合土工膜在哈日朝魯水庫(kù)土壩防滲處理中的應(yīng)用，采用復(fù)合土工膜斜墻防滲處理，防滲效果良好，具有推廣價(jià)值。通過(guò)文章的介紹與分析，結(jié)合具體案例，促使復(fù)合土工膜在中小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固上得到更好的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：復(fù)合土工膜；水庫(kù)；防滲

復(fù)合土工膜是水庫(kù)大壩工程中一種新型防滲建筑材料，其具有質(zhì)量輕、性價(jià)比較高、施工便捷、抗老化性強(qiáng)、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，近二十年來(lái)在我國(guó)水利工程中得到廣泛應(yīng)用，并取得較好的防滲加固效果和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

哈日朝魯水庫(kù)在內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市阿魯科爾沁旗扎嘎斯臺(tái)鎮(zhèn)境內(nèi)，壩址位于烏力吉木倫河左側(cè)的一級(jí)支流黑木倫河下游，距旗政府天山鎮(zhèn)約70km。

哈日朝魯水庫(kù)是一座以灌溉為主，兼顧生態(tài)、養(yǎng)殖、旅游等綜合利用的中型水庫(kù)。該水庫(kù)工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，次要建筑物級(jí)別為4級(jí)。蓄水工程正常運(yùn)用洪水重現(xiàn)期20年；非常運(yùn)用洪水重現(xiàn)期100年，地震設(shè)防烈度為Ⅵ度[1]。

2 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案的選擇

由于當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件及牲畜的踩踏，壩體風(fēng)蝕、浪淘嚴(yán)重，受當(dāng)時(shí)建設(shè)環(huán)境及客觀條件限制，壩前庫(kù)底沒有鋪蓋防滲，施工中未對(duì)水庫(kù)壩基進(jìn)行防滲處理，壩體夯填不密實(shí)，壩后也未做排水體，防滲效果較差，本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)為清除剩余壩體，在原址重建水庫(kù)大壩、新修迎水面壩坡、背水面壩坡以及排水體。即本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)水庫(kù)大壩為細(xì)砂均質(zhì)壩，采用設(shè)計(jì)壩頂高程？犖305.60m，并保持原壩軸線不變，壩頂軸線長(zhǎng)為1650m，最大壩高8.6m，壩頂寬為6.0m，迎水面邊坡為1：3.0，采用15cm厚現(xiàn)澆砼的護(hù)坡形式，下鋪設(shè)15cm厚砂礫墊層，下再鋪設(shè)500g/m2復(fù)合土工膜（兩布一膜）；下游邊坡為1：3，采用30cm碎石護(hù)坡形式；上游壩腳采用70cm×100cm的漿砌石護(hù)腳。

大壩筑壩土料巖性為細(xì)砂，天然含水量12.3%，比重2.65，干密度1.63g/cm3，滲透系數(shù)5.3×10-3cm/s，壩體呈中密-密實(shí)狀態(tài)，屬中等透水，壩體存在滲漏。除險(xiǎn)加固防滲設(shè)計(jì)方案如下。

第一方案：壩坡上游采用斜墻土工膜（500g/m2兩布一膜）[2]，下游設(shè)貼坡排水。

第二方案：壩坡上游采用斜墻土工膜（500g/m2兩布一膜），壩基布置成垂直鋪設(shè)復(fù)合土工膜（700g/m2兩布一膜）[2]，擬設(shè)計(jì)垂直防滲插入透水層深度為8m，下游設(shè)貼坡排水。

第三方案：壩坡上游采用斜墻土工膜（500g/m2兩布一膜），壩基采用0.6m厚的水泥攪拌樁，擬設(shè)計(jì)垂直防滲插入透水層深度為8m，下游設(shè)貼坡排水。

技術(shù)上比較，目前土工膜廣泛用于防滲工程，不但用于壩體防滲，而且壩基用此做防滲效果也比較好，從理論到實(shí)踐都是可行的。

經(jīng)濟(jì)上，土工膜工程造價(jià)相對(duì)較低，第三方案比第二方案在經(jīng)濟(jì)上可節(jié)約投資120萬(wàn)元，所以本次設(shè)計(jì)不采取第三方案。

第一方案沒有垂直防滲，滲透穩(wěn)定計(jì)算出最大出逸比降0.375>0.35（允許水力比降），滲透出口段不穩(wěn)定。所以本次設(shè)計(jì)不采取第一方案。

根據(jù)滲流穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果，本次防滲設(shè)計(jì)選擇第二方案。即壩坡上游采用斜墻土工膜（500g/m2兩布一膜），壩基布置成垂直鋪設(shè)復(fù)合土工膜（700g/m2兩布一膜），擬設(shè)計(jì)垂直防滲插入透水層深度為8m，下游設(shè)貼坡排水。

3 復(fù)合土工膜的選擇

本次設(shè)計(jì)復(fù)合土工膜的選擇，按《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50290-98的規(guī)定，本工程主壩壩體防滲，上游壩坡選用鋪設(shè)500g/m2二布一膜的復(fù)合土工膜（膜厚0.35mm），為保護(hù)土工膜設(shè)河沙墊層15cm，然后再進(jìn)行壩坡現(xiàn)澆砼護(hù)坡。壩基采用700g/m2二布一膜的復(fù)合土工膜防滲，膜厚0.5mm。在主壩迎水面坡腳處，用開槽機(jī)開槽、重泥漿護(hù)壁，防滲長(zhǎng)度1652m，壩基防滲最大處理深度為8m。

3.1 滲透變形判別

根據(jù)地勘報(bào)告，壩體細(xì)砂的不均勻系數(shù)小于5，土的滲透變形類型為流土型，土的臨界水力比降采用公式Jcr=（Gs-1）（1-n），經(jīng)計(jì)算細(xì)砂的臨界水力比降為1.01，安全系數(shù)取2.0，則細(xì)砂層允許水力比降值為0.51，根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)，建議壩體細(xì)砂允許水力比降值為0.2，壩坡逸出點(diǎn)允許比降為0.35。中砂的不均勻系數(shù)小于5，土的滲透變形類型為流土型，土的臨界水力比降采用公式Jcr=（Gs-1）（1-n），經(jīng)計(jì)算中砂的臨界水力比降為1.02，安全系數(shù)取2.0，則中砂層允許水力比降值為0.51，根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)，建議壩基中砂允許水力比降值為0.13，逸出點(diǎn)允許比降為0.32。

本次壩體做防滲后計(jì)算得平均滲透比降為0.1，小于允許水力比降，說(shuō)明壩體及壩基內(nèi)部滲透穩(wěn)定。壩坡最大出逸比降為0.262<0.35，壩基水平段最大出逸比降為0.197<0.32，說(shuō)明壩體及壩基出口段滲透穩(wěn)定。

3.2 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

本次設(shè)計(jì)壩體邊坡穩(wěn)定計(jì)算采用河海大學(xué)力學(xué)研究所開發(fā)的AUTOBANK V6.1進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算原理采用有限元理論，模型為有部分截水墻的斜墻土壩有貼坡排水情況的計(jì)算。采用碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范，分別考慮了穩(wěn)定滲流期，施工期，水位降落期三種情況。采用瑞典圓弧法，計(jì)算方法采用簡(jiǎn)化畢肖普法，自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑裂面，求得最小安全系數(shù)。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001），水庫(kù)大壩屬3級(jí)，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)正常運(yùn)用條件k允=1.3，非常運(yùn)用條件Ⅰk允=1.20，由成果知主壩上、下游各個(gè)工況的穩(wěn)定安全系數(shù)均在允許范圍內(nèi)，壩體邊坡穩(wěn)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)多方案經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較，結(jié)合本工程的壩體材料與施工條件等實(shí)際情況和類似工程的處理經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)選定采用復(fù)合土工膜處理土壩滲漏的除險(xiǎn)加固方案。這對(duì)于中小型病險(xiǎn)水庫(kù)的除險(xiǎn)加固，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和很好的推廣使用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]赤峰市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.赤峰市阿魯科爾沁旗哈日朝魯水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].2012.

[2]GB50290-98.土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

作者簡(jiǎn)介：宋迪（1982-），女，赤峰市新城區(qū)，研究生，工程師，主要從事水利水電工程水工建筑物設(shè)計(jì)工作。