柯柯亞二庫(kù)樞紐工程庫(kù)盤(pán)防滲技術(shù)

趙萬(wàn)強(qiáng)

（吐魯番地區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆吐魯番838000）

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柯柯亞二庫(kù)樞紐工程庫(kù)盤(pán)防滲技術(shù)

趙萬(wàn)強(qiáng)

（吐魯番地區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆吐魯番838000）

摘要：柯柯亞二庫(kù)樞紐工程采用全庫(kù)盤(pán)防滲技術(shù)，本文介紹了防滲體厚度及滲漏量的計(jì)算。希望對(duì)其他大面積防滲體設(shè)計(jì)提供參考作用。

關(guān)鍵詞：庫(kù)盤(pán)；防滲

1　工程概況

柯柯亞二庫(kù)工程位于鄯善縣中部柯柯亞河流上，距上游柯柯亞水庫(kù)12.0km，距鄯善縣城30km，是柯柯亞河流上的二級(jí)水庫(kù)樞紐工程，是一座小（一）型攔河式水庫(kù)，壩軸線長(zhǎng)3.21km，總庫(kù)容945.0萬(wàn)m3。庫(kù)盤(pán)成簸箕形，形成的水面面積約70萬(wàn)m2，水庫(kù)主要包括主、副壩、進(jìn)水建筑物（防沖渠）、壩頂溢洪道、灌溉兼泄洪放水洞、工業(yè)供水涵管，壩型為混凝土面板砂礫石壩，最大壩高27.1m，全庫(kù)盤(pán)復(fù)合土工膜防滲。柯柯亞二庫(kù)于2012年開(kāi)始建設(shè)，計(jì)劃2014年完工蓄水。

柯柯亞二庫(kù)具有工業(yè)供水、城鎮(zhèn)供水、農(nóng)業(yè)灌溉等綜合效益，是一項(xiàng)綜合利用水利工程。與上游柯柯亞水庫(kù)聯(lián)合承擔(dān)下游15.58萬(wàn)畝的農(nóng)業(yè)灌溉及每年2712.6萬(wàn)m3的工業(yè)及城鎮(zhèn)供水任務(wù)。

2　庫(kù)區(qū)地形地質(zhì)條件

柯柯亞二庫(kù)位于柯柯亞河中游的戈壁河谷，河谷成U形，寬600～1000m，庫(kù)區(qū)出露的巖性主要為第四系上更新統(tǒng)沖洪積砂卵礫石，據(jù)滲透試驗(yàn)資料顯示，庫(kù)盤(pán)砂礫石層的滲透系數(shù)K為1.25× 10-2cm/s～3.56×10-2cm/s，屬中等～強(qiáng)透水層。根據(jù)地形、地質(zhì)特點(diǎn)，柯柯亞二庫(kù)采用全庫(kù)盤(pán)非織造布復(fù)合土工膜防滲。

3　防滲體設(shè)計(jì)

全庫(kù)盤(pán)采用復(fù)合土工膜防滲，復(fù)合土工膜防滲體包括上保護(hù)層、復(fù)合土工膜和下支持層。

3.1 塑膜厚度

根據(jù)《土工合成材料工程應(yīng)用手冊(cè)》采用前蘇聯(lián)全蘇水工科學(xué)研究院的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，并考慮其他因素確定塑膜厚度。

計(jì)算塑膜應(yīng)力的經(jīng)驗(yàn)公式為

式中

t—塑膜的厚度，mm；

［σ］—薄膜的容許拉應(yīng)力，kg/cm2；

ρ—塑膜承受的水壓力，t/m2；

d—與膜接觸的土砂卵石的最大粒徑（d＜22），mm；

E—在設(shè)計(jì)溫度下膜的彈性模量，kg/cm2；

經(jīng)理論計(jì)算，水頭為27m時(shí)塑膜厚度為0.73mm。水頭為20m時(shí)塑膜厚度為0.54mm。（見(jiàn)表1），上述計(jì)算結(jié)果均為塑膜的理論厚度。

表1　塑膜厚度計(jì)算結(jié)果

3.2 非織造布復(fù)合土工膜的選擇

柯柯亞二庫(kù)最大壩高27.1m，正常蓄水位841.87m，最大水頭25.6m，庫(kù)盤(pán)防滲面積約70萬(wàn)m2。庫(kù)盤(pán)沿河道縱向長(zhǎng)度1023m，河道縱坡2%～3%，庫(kù)盤(pán)水深由0m增至25.6m。

依據(jù)工程實(shí)際情況，將庫(kù)區(qū)劃分為兩個(gè)區(qū)域：水深＜20m為淺水區(qū)，水深＞20m為深水區(qū)分別選用土工膜。依據(jù)上述計(jì)算結(jié)果并參照已建工程進(jìn)行類比后確定淺水區(qū)選用（200g/0.6mm/200g）非織造布復(fù)合土工膜、深水區(qū)選用（200g/0.8mm/200g）非織造布復(fù)合土工膜。單層土工織物布厚采用200g/m2滌綸短纖維非織造布。具體技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2　復(fù)合土工膜基本項(xiàng)技術(shù)要求

注1：第6項(xiàng)如測(cè)定時(shí)試樣難以剝離或未到規(guī)定剝離強(qiáng)度基材或膜材斷裂，視為符合要求。

注2：實(shí)際斷裂強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)伸長(zhǎng)率不作符合性判定。

由于本樞紐工程承擔(dān)下游城鎮(zhèn)供水任務(wù)，所選用塑膜應(yīng)符合GB9687-88《食品包裝用聚乙烯成型品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，非織造布復(fù)合土工膜應(yīng)符合GB9691-88《食品包裝用聚乙烯樹(shù)脂衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，其他輔助材料應(yīng)符合相應(yīng)的國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，塑膜原材料采用全新聚乙烯樹(shù)脂料。

非織造布在我國(guó)應(yīng)用較為廣泛的是丙綸、滌綸、聚酯纖維三種化纖合成材料織物，丙綸老化速度快且衛(wèi)生指標(biāo)不能滿足上述要求，滌綸和聚酯纖維老化速度慢，老化速度相差近一倍。相比聚酯纖維造價(jià)較滌綸高。本工程所選非織造布為滌綸短纖非織造布。

3.3 防滲結(jié)構(gòu)

庫(kù)盤(pán)防滲結(jié)構(gòu)由上向下為：上保護(hù)層（40cm厚砂礫石蓋重）→防滲體（非織造布復(fù)合土工膜（兩布一膜））→下支持層（15cm厚級(jí)配砂礫料墊層）→庫(kù)盤(pán)砂礫料整平基礎(chǔ)。

（1）上保護(hù)層與下支持層選擇

上保護(hù)層采用40cm厚砂礫石主要起蓋重保護(hù)作用，由于庫(kù)底均為深厚砂礫石覆蓋層滲透系數(shù)K 為1.25×10-2cm/s～3.56×10-2cm/s，屬中等～強(qiáng)透水層，無(wú)需考慮膜下的頂托力。

下支持層：依據(jù)本章節(jié)3.1塑膜厚度計(jì)算中限制與膜下接觸卵石最大粒徑＜22mm。非織造布復(fù)合土工膜是柔性材料，全靠支持層的支持而存在，支持層應(yīng)使復(fù)合土工膜受力均勻，免受局部集中應(yīng)力的損壞。由于該工程區(qū)域砂礫石料儲(chǔ)量充足，因此下支持層采用15cm厚最大粒徑＜20mm級(jí)配砂礫料墊層。

（2）非織造布復(fù)合土工膜連接

本工程塑膜接頭采用雙焊縫熱熔焊接，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)打壓實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)施工質(zhì)量，充氣壓力達(dá)到0.15～0.2MPa，保持1～5min，壓力無(wú)明顯下降即為合格。

（3）滲流計(jì)算

柯柯亞二庫(kù)樞紐工程大壩屬于4級(jí)建筑物，壩高較低，庫(kù)盤(pán)采用非織造布復(fù)合土工膜做防滲體，在防滲體沒(méi)有發(fā)生破壞時(shí)認(rèn)為是無(wú)滲流的，即認(rèn)為垂直膜面是不透水的。因此按不透水層計(jì)算滲流，可認(rèn)為是不滲流的。即便發(fā)生滲流，也是由于防滲體的局部破壞而產(chǎn)生的集中滲漏，而筑壩材料采用滲透性較大的砂礫料，不會(huì)在壩體中形成規(guī)則的流網(wǎng)。在壩體與壩基的滲流量計(jì)算時(shí)，只計(jì)算非織造布復(fù)合土工膜全防滲時(shí)的正常滲流量和缺陷滲流量。根據(jù)《土工合成材料工程應(yīng)用手冊(cè)》，計(jì)算方法如下。

非織造布復(fù)合土工膜的滲透引起的滲漏量計(jì)算公式為

式中：

Qg—土工膜的滲流量，m3/s；

Kg—土工膜的滲流系數(shù)，m/s；

i—水力梯度；

ΔH—土工膜上、下的水頭差，m；按正常水深2 /3計(jì)算；

A—土工膜的滲透面積，m2；

Ts—土工膜的厚度，m。

經(jīng)計(jì)算可知，非織造布復(fù)合土工膜的正常滲流量為0.14m3/天（見(jiàn)表3），約占供水量的0.0002%，滿足小于0.5%滲漏要求。

表3　土工膜的滲流量計(jì)算

（4）缺陷滲漏量

施工缺陷包括：土工膜接縫焊接時(shí)局部粘結(jié)不結(jié)實(shí)，成為具有一定長(zhǎng)度的窄縫：施工搬運(yùn)過(guò)程的損壞；施工機(jī)械和工具的刺破：合理施工可減少第三項(xiàng)缺陷。一般人力施工較機(jī)械施工缺陷少。

根據(jù)國(guó)外六項(xiàng)工程滲漏量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析得出，施工產(chǎn)生的缺陷約4000m2出現(xiàn)一個(gè)。尺寸的等效孔徑一般為1～3mm，施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。

土工膜的施工缺陷引起的缺陷滲漏量計(jì)算公式為

式中：

Q—土工膜缺陷引起的單層土工膜防滲層的缺陷滲漏量，m3/s；

A—土工膜缺陷孔的面積總和，m2；

g—重力加速度，m/s2；

Hw—土工膜上下水頭差，m；

μ—流量系數(shù)；取0.65。

假設(shè)土工膜鋪設(shè)700000m2內(nèi)共有18處出現(xiàn)了施工缺陷。如果缺陷的等效孔徑為d =10mm，即半徑r=5mm的孔洞，則缺陷滲漏量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　質(zhì)量缺陷引起的土工膜滲漏量計(jì)算

經(jīng)計(jì)算可知，非織造布復(fù)合土工膜缺陷引起的滲漏量為1377m3/天。約占供水量的1.8%。不滿足小于0.5%～1%滲漏要求。經(jīng)試算后得出施工中質(zhì)量缺陷不得超出8處。

4　結(jié)論

復(fù)合土工膜作為一種新型復(fù)合防滲材料具有較好的耐腐蝕性能。適用領(lǐng)域廣，采用復(fù)合土工膜庫(kù)盤(pán)防滲的土石壩具有施工簡(jiǎn)單、壩體填筑加快、適應(yīng)不同地層、防滲效果好、投資較少等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用在庫(kù)盤(pán)處于斷層破碎帶、深厚砂礫石覆蓋層的中小型水庫(kù)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：趙萬(wàn)強(qiáng)（1987年—），男，助理工程師。

收稿日期：2015-01-06

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.03.036

中圖分類號(hào)：TV223.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-2469（2016）03-0102-03