土工膜斜墻堆石壩反滲處理的研究與實施

李 紅 良， 李 旺 盛

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

土工膜斜墻堆石壩反滲處理的研究與實施

李 紅 良， 李 旺 盛

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

土工膜防滲在渠道、污水處理、人工湖、水庫等工程中有較多應用，其特點是價格低廉，防滲效果好。開茂水庫副壩壩面防滲即是通過鋪設復合土工膜實現的。但由于該副壩壩基下游高、上游低，且副壩趾板高程比庫底死水位高，副壩壩體存在前后水位差，因此需要解決壩體反滲排水的問題。通過對開茂水庫副壩壩體反滲排水中幾種處理方案進行的對比分析與研究，最終確定采用逆止閥解決該問題，并在工程中得到了實際應用，取得了較好的效果，可為類似工程借鑒。

土工膜；開茂水庫；副壩；反滲水處理；逆止閥

1 概 述

開茂水庫位于四川省北川縣安昌鎮境內，主要由蘇寶河取水樞紐工程、引水工程、水庫樞紐工程、城市供水(布設與向城市供水的輸水主管道對接)等工程組成。水庫樞紐的主要工程項目包括：主壩及1～5#副壩工程，左、右岸山脊防滲工程，溢洪道工程、放空洞工程、供水隧洞工程等。1～5#副壩均為復合土工膜斜墻堆石壩，上游壩坡均為1∶1.8，下游壩坡坡比均為1∶1.4。其中1#副壩壩軸線長度為130 m，最大壩高13.75 m；2#副壩壩軸線長度為149 m，最大壩高20.78 m；3#副壩壩軸線長度為139.2 m，最大壩高22 m；4#副壩壩軸線長度為197.7 m，最大壩高25 m；5#副壩壩軸線長度為334.8 m，最大壩高25.3 m。1～5#副壩的共同特點為壩基上游低、下游高。1#副壩壩基上游比下游低約6 m，2#副壩、3#副壩壩基上游比下游低約10～12 m，4#副壩壩基上游比下游低7 m，5#副壩壩基上游比下游低20 m。由于副壩的上述特點且副壩是通過復合土工膜防滲，而復合土工膜防護層只有厚度僅為12 cm的C20混凝土，若不進行壩體滲水的反滲處理設計，壩體在運行階段就可能因反滲水無法排除而造成壩前與壩體內水位差過大而導致上游壩坡面板混凝土及復合土工膜撕裂，甚至可能造成上游壩坡垮塌。

2 三種方案的對比與分析

鑒于以上特點，我們提出了三種處理方式。方案1為壩前回填粘土進行壓重處理；方案2為從壩后鉆排水孔，引排壩體滲水至壩后；方案3為在上游壩坡安裝逆止閥。三種方案工程量如下：

方案1：粘土回填6 500 m3，含礫粘土回填

87 800 m3。

方案2：鉆孔(φ130)800 m，鉆孔預埋鋼管600 m，土方開挖42 000 m3。

方案3：逆止閥30個，PE管12 m。

對三種方案進行投資對比分析情況見表1、2。

表1 三種方案投資對比分析表

從表1、2可以看出，投資方面：方案1>方案2>方案3，且以方案3最優；進度方面：方案2>方案1>方案3，方案3最優；質量保障率方面：方案1=方案3>方案2，方案2最差。因此，我們最終選用方案3進行處理，即在5個副壩上游壩坡低高程處安裝逆止閥，每個副壩安裝6個逆止閥。

表2 三種方案施工時間及質量可靠性對比分析表

3 逆止閥的選型

選用逆止閥時發現市場上現有的逆止閥多為塑料制品生產廠家根據設計的要求而試制的產品，主要有逆止閥集水箱、橡膠緩閉逆止(閥鴨嘴閥)、拍門式逆止閥、浮球式逆止閥。在引黃濟青工程中應用的即為埋入式逆止閥集水箱，其主要缺點是檢修困難，存在閥門密封不嚴、縫隙漏水和箱體承壓開膠等問題。鴨嘴閥在高水頭作用下管身擠壓后很難止水，而拍門式逆止閥其止水性能很差，通常在1.5 m水頭下仍不能止水且容易淤堵，淤堵嚴重時被完全堵死。為此，我們專門聯系了由長科院研制生產的新型壓差控制式高精度逆止閥，型號為CKF110-35(圖1、2)，其主要性能見表3。該逆止閥適用于最大水頭為20 m的渠道、管道等輸水引水工程、堤防和大壩防滲引排工程以及減壓井工程。

4 逆止閥安裝過程中的工藝改進

圖1 新型壓差控制式高精度逆止閥結構圖

圖2 新型壓差控制式高精度逆止閥三維模型圖

項 目性能指標CKF110-20CKF110-35CKF200-60備 注止水水頭/cm1～21～1.51～1.5開啟水頭/cm0.5～10.5～10.5～15cm水頭差排水流量/mL·s-150200800長期運行性能開啟水頭/cm5cm水頭差排水流量/mL·s-124031.63640淤積厚度10cm時

根據廠家提供的資料，逆止閥與土工膜的連接采用的方法是將逆止閥安裝在PVC管中，PVC管外邊緣采用法蘭將土工膜與PVC管緊固連接。前期，我們在試驗時發現PVC管與法蘭之間難以完全緊固，存在滲水甚至漏水的現象，連接質量無法保證(圖3、4)。為此，我們將PVC管改換成PE管，因為PE管與土工膜同質，可以采用焊接的方式連接。焊接時應首先對PE管與土工膜接觸部位進行搓光打磨，土工膜宜裁剪成三角槎與土工膜連接，焊接時應根據天氣情況控制好焊槍溫度，防止土工膜被燙傷。焊接時需特別注意死角位置，防止出現漏口(圖5、6)。

5 方案的實施

5.1 作業流程

圖3 前期試驗(根據廠家建議的連接方式)

圖4 廠家建議的連接方式示意圖

圖5 正在進行的PE膜與PE管焊接試驗

圖6 正在進行的PE膜與PE管焊接施工

預留逆止閥安裝孔位位置→埋設PE管→PE管與PE土工膜焊接→面板防護層安裝。

5.2 安 裝

(1)逆止閥安裝較為簡單，安裝時與PE管聯合使用，首先進行PE管的施工。

(2)PE管安裝前應確保上下游水流暢通，保證PE管外壁無滲漏。

(3)在上游壩坡開挖口徑為40 cm、深度50 cm的安裝坑內進行PE管的安裝。安裝時，在PE管下游出口采用土工布包裹，防止堵塞。PE管就位后，在其周圍澆筑C25混凝土，混凝土面與無砂混凝土面平齊，確保PE管穩固。

(4)在PE管施工完成后，將PE管外側清洗干凈，用矬子將其與土工膜焊接部位打磨后采用焊槍將其與PE土工膜焊接牢固。為確保質量，應將PE膜與PE管進行多層焊接。

(5)混凝土達到設計強度后，直接將逆止閥壓入PE管中即可。安裝過程中應注意以下細節：①施工過程中，為防止PE管被混凝土、砂石或泥漿等堵塞，應將其頂部采用土工布包裹防護；②逆止閥安裝時，去掉土工布，將PE管清理干凈，然后壓入逆止閥。當安裝困難時，可以在PE管內側涂抹潤滑劑后再進行安裝。

6 結 語

(1)開茂水庫副壩均為復合土工膜斜墻堆石壩，壩體結構從上游至下游依次為：面板混凝土防護層→復合土工膜(兩布一膜)→無砂混凝土支持層→過渡料→堆石料→壩后干砌塊石。由于副壩壩基上游較下游低，為確保壩體運行期的安全與穩定，必須考慮壩體反滲排水問題。

(2)開茂水庫副壩施工前期，由于一系列原因沒有重視以上問題，待壩體填筑完成后才對這一問題進行了考慮并加以解決，從一定程度上講，安裝逆止閥亦屬于補救型技術措施。鑒于其他處理方案限制條件較多且施工成本大、施工時間較長，相應地突出了逆止閥安裝方案的優勢。

(3)市場上常用的逆止閥形式較多，通過對類似工程的查閱訪問，各種逆止閥均不同程度地存在一定的缺點。壓差放大式逆止閥采用彈性膜片等壓力放大裝置對水頭差進行放大，并利用彈性膜的變形帶動止水裝置移動實現閥門啟閉的逆止閥，無論從原理和性能上均較其他產品有較大改進，更符合本工程要求。

(4)根據開茂水庫工程的實際需要，對現有逆止閥進行了比選，并選擇了壓差放大式高精度逆止閥產品做為副壩反滲排水裝置。施工過程中，對廠家建議的施工方案進行了相應的改進和優化，不僅施工簡便，而且效果較為理想，可為今后類似工程提供借鑒和參考。

TV7;TV52

B

1001-2184(2017)05-0082-03

2017-04-10

李紅良(1976-)，男，陜西商洛人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

李旺盛(1987-)，男，青海民和人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作.

(責任編輯李燕輝)