干旱半干旱山區建設柔性水池的施工方法研究

周鵬敏， 李 輝，楊曉佳

(1.云南省玉溪市水利建設大隊，云南玉溪 653100；2.云南水利水電職業學院，云南玉溪 653100)

柔性水池[1]是利用復合土工膜、黏土、蓋層發揮組合作用對水塘、水池全表面進行防滲鋪蓋保護的容水體。適用于山區或巖溶區小壩塘或人工開挖水池全表層防滲鋪蓋。不同于傳統水池采用鋼筋混凝土全襯砌澆筑，而采用柔性黏土墊層、復合土工膜防滲層、黏土和砂保護層、預制塊護面層等層層組合的方式發揮鋪蓋防滲的作用，水池容積一般在3 000～20 000 m3，具有容積大、造價低、施工簡便、質量控制標準化、池內清潔容易、防滲性能好等特點[2]，比較適合于干旱山區抗旱保苗用水的水池建設。

1 柔性水池建設地點及材料選擇

1.1柔性水池建設地點選擇柔性水池建設地點最好選擇在有引水水源、距抗旱保苗用水近、地形相對低洼、土質多巖石少的地點，便于機械開挖，以低作塘、高為堤的方式筑塘、池。在灰巖地區，一定要避開溶洞、溶隙及巖溶發育的位置，以免水池建成后發生巖溶塌陷或涌水、排氣、吸附作用產生負壓造成水池破壞[3]。

1.2建設柔性水池的材料選擇首先選擇防滲土工膜。用于水庫大壩防滲土工膜主要有聚氯乙烯(PVC)膜和聚乙烯(PE)膜，滲透系數一般為10-11～10-12cm/s，極限延伸率在300%以上，比重在0.9～1.3，具有防滲性能高、適應變形能力強、施工簡捷、造價低等特點[4]。根據多年實施經驗，200 g復合土工膜由于膜面較薄，鋪設時容易破損，一般不用，采用400～600 g復合土土膜較為妥當。其次為墊層，墊層可采用黏土或砂，若底基巖為強風化灰巖或軟土時，為有利于排水排氣，可采用砂墊層，視情況也可采用碎石墊層及砂墊層結合的方式，碎石墊層在下，厚度20 cm；砂墊層在上，厚度10 cm。底部基巖為其他砂泥巖及其強風化物時，采用黏土墊層有利于巖土接合，黏土墊層厚10～30 cm。為利于排水排氣，一般在池底部及齒墻底部設置砂管盲溝。

再次選擇保護層，在玉溪小農水重點縣建設或五小水利建設中[5]，一般采用黏土，有利于鋪設保護和就地取材，厚度10～20 cm，采用人工鋪平、夯實。黏土質量要求達到塑性指數I≥12，黏土中塊石粒徑小于2 cm，不含尖銳草根及塊石。

最后為表層蓋層，四周邊坡采用C20菱形預制塊，厚度6 cm，整體沿水池地形鋪設平整；為保證底部的清潔和穩定，底部可采用C20混凝土澆筑，厚度8～10 cm。為保持預制塊穩定，蓋層下增加砂墊層，厚度10 cm，采用人工機制砂。

2 主要施工方法

柔性水池復合土工膜防滲鋪蓋由墊層、防滲層、保護層、蓋層組成。先開挖坑塘，邊坡坡度一般不大于1.0∶1.5，開挖后要求進行整平、清除塊石和雜物后開始鋪設墊層。墊層一般為10～30 cm厚的黏土或小粒徑的沙土層(最大顆粒直徑d≤5 mm)，墊層之上為復合土工膜防滲層，防滲層之上為保護層。保護層一般采用黏土，黏土保護層厚度一般控制在10～30 cm，保護層上為砂墊層，厚10 cm，砂墊層之上為6 cm厚的正六邊形預制塊，此結構優點為穩定性相對較好、后期管理難度和清淤容易。

在紅塔區2013—2015年小農水重點縣柔性水池施工中采用了以上方法， 建成后施工效果較好，柔性水池的主要施工結構圖詳見圖1、2。

圖1 典型柔性水池平面圖Fig.1 A plane diagram of a typical flexible pool

3 施工工藝

3.1土石方開挖工藝流程：確定開挖的順序和坡度→沿灰線切出槽邊輪廓線→分層開挖→挖修整槽邊→清底。土方開挖過程中應按設計要求的開挖線范圍內進行開挖、放坡，控制開挖斷面尺寸及底部高程，采用反鏟機械開挖。接近設計基面時，應預留0.2～0.3 m厚土層，再用人工開挖清理至設計標高。開挖時技術人員跟班作業，經常檢查開挖深度、坡度，跟蹤測量控制邊坡和墻基，嚴禁出現超挖現象。開挖后斷面尺寸要精確、平順，無塌方、積水及各種雜物。

3.2墊層鋪設坡比按不超1.0∶1.5削坡整形處理，削坡完成后，鋪設20 cm厚的黏土墊層(底部為全風化粉砂土可不鋪設黏土)(圖3)。工藝流程：確定回填順序→黏土層回填、找平、人工夯實。施工要點如下:①黏土墊層的含水率應控制在最優含水量范圍內[6]。②水池坡面黏土墊層由上向下分層鋪平并人工夯實。③齒墻槽及水池頂部錨固溝開挖。在坡面與池底結合部開挖結合槽，槽深40 cm，寬度30 cm，沿坡腳開挖，開挖好后，底部鋪設10 cm砂墊層，有利于找平和排水。池頂開挖錨固溝，槽寬40 cm，深20 cm，待土工膜鋪設完成后澆筑C15混凝土壓邊。

3.3復合土工模鋪設復合土工膜不宜拉得太緊，應留有1.5%的余幅以備局部下沉拉伸。考慮水塘的實際情況，邊坡采取從上到下“滾鋪”的便利方式(圖4)。

相鄰條帶要求錯縫搭，錯距控制在1.2 m以上。縱向接頭應距離坡腳、彎腳、建筑物或構筑物等1.50 m以上。先邊坡后場底、先鋪膜后襯砌澆筑建筑物或構筑物。邊坡鋪設時，展膜方向應基本平行于最大坡度線。

3.3.1鋪前檢查。土工膜鋪設前需對膜下的黏土墊層進行檢測和驗收，墊層土料質量要達到塑性指數I≥10，土料中塊石粒徑小于2 cm，不含尖銳草根及塊石。

3.3.2邊坡的鋪設控制。防滲土工膜在邊坡鋪設前，先對鋪設區域進行檢查、丈量，將尺寸匹配的防滲膜運至錨固溝平臺，鋪設時根據現場實際條件，采取從上往下 “滾鋪”的便利方式，展膜方向應基本平行于最大坡度線。在扇形區應合理裁剪，使上下端都能得到有效錨固。

圖2 典型柔性水池標準剖面圖Fig.2 Standard profile of a typical flexible pool

圖3 削坡整形及黏土墊層鋪設Fig.3 Cutting of slope and laying of clay cushion

圖4 土工膜鋪設Fig.4 Geomembrane laying

3.3.3場底鋪設控制。防滲土工膜在鋪設前，先對鋪設區域進行檢查、丈量，根據丈量的尺寸將與之匹配的防滲土工膜運至相應的位置。鋪設時，主要沿著場底長方向進行“推鋪”，盡量要求采用“T接”方式，相鄰條帶錯縫搭接，避免出現“┼接”。

3.3.4對正、搭齊。土工膜的鋪設不論是邊坡還是場底，應平整順直，避免出現褶皺、波紋，以使相鄰兩幅土工膜對正、搭齊。搭接寬度按設計要求，一般為10 cm左右。

3.3.5壓膜的控制。用砂袋或黏土及時將對正、搭齊的土工膜壓住，防止風吹扯動。

3.3.6縱向接縫。邊坡段縱向接縫處僅對坡面鋪設有要求，接縫處要求上坡段膜在上，下坡段膜在下，并且留有不小于15 cm的搭接長度。

3.3.7土工膜焊接。土工膜的拼接方法分為化學方法和物理方法，物理方法運用較廣，物理方法有膠接法和熱焊接法，熱焊接的原理是通過焊接機把熱量傳到接頭處的土工膜表面使其熔化,在熔化范圍內產生分子滲透和交換熔成一體,然后通過滾輪加壓,使焊接處熔融區域無明顯界面[7]。此法的技術含量和施工要求比較高,非常適合于直線長縫焊接,對土工膜、復合土工膜、高密度聚乙烯(HDPE)防滲膜和低密度聚乙烯(LDPE)防滲膜等熱塑性防滲材料都適用。按照加熱方式的不同可以將熱焊接法分為電熱元件焊接法、熱熔擠壓焊接法、高溫氣焊法、高頻熱焊法、超聲波焊接法、電磁感應焊接法等。施工現場運用最多的是電熱楔焊機法[8]。熱楔體是通過熱電阻間接加熱實現膜焊接的方法,整個過程利用控制系統操作,可以依據不同的材料控制熱楔溫度保持恒定。焊接時利用熱楔將夾在兩側的土工膜加熱至熔融狀態,隨后熔融態的膜在軋輥的擠壓下融合為一體,電熱楔焊接法幾乎適用于所有土工膜的焊接,接縫處材料均勻,焊縫寬度一致,工作效率比較高；但是,受溫度、濕度等外界環境因素影響,操作人員的技術差異對施工質量影響較大。復合土工膜正式焊接前應注意以下事項:①必須先進行試驗性焊接并檢驗合格后，才能進行生產性焊接。②把自動焊接機調整到通過試驗性焊接確定的最佳參數，在設計要求的搭接寬度條件下，自動焊接，焊縫要求“平整、牢固、美觀”。③液體膠黏法只適用于修補和雙縫焊接機不能操作的地方用焊槍進行修補。

3.3.8復合土工膜焊接檢查。施工現場一般采用充氣法檢查。單幅土工膜(或單元土工膜)焊接完成，在底部邊角穿入直徑2 cm塑料管氣管，將開口處與氣管黏接后充氣，充氣壓力控制在50～200 kPa,靜觀30 s，氣壓表不下降為合格[9]。

3.4齒墻槽及錨固溝混凝土澆筑復合土工膜焊接完畢，先將池底土工膜鋪平、拉緊并用砂袋壓緊，推壓至坡面與池底的齒墻槽并固定，沿溝槽現澆C20混凝土，高出池底20 cm。池頂錨固溝混凝土澆筑方式與齒墻槽相同，考慮池頂結構要求，溝頂錨固溝混凝土高出地面30 cm。

3.5黏土保護層回填保護層采用黏土，回填厚度為10 cm。挖運來符合條件的黏土，先由人工仔細清除黏土中的塊石、樹根、尖銳物和其他雜物，邊坡部位由人工從上至下鋪設，耙平并夯實。在池底中線鋪設木板，木板寬度1.5～2.0 m，作為運送黏土和人員往來的交通道。鋪設木板的目的是保護下部復合土工膜不受損害。人工用膠輪車運輸黏土，進占法鋪設，以免膠輪車破壞土工膜，鋪完后人工進行找平、夯實(圖5)。

圖 5 黏土保護層的鋪設 Fig.5 Laying of the clay protective layer

3.6鋪設砂墊層采用鋪設黏土保層的方法，在黏土保護層上鋪設10 cm厚機制砂或河沙，砂粒徑2～10 mm，由上到下鋪設趕平至坡腳趾墻(圖6)。鋪設砂墊層的目的是增加上層預制塊的摩阻力及快速消散黏土層中的孔隙水。

圖 6 砂墊層鋪設Fig.6 Laying of sand cushion

3.7蓋層鋪設在池底趾墻范圍內澆筑10 cm厚C20混凝土或鋪設預制塊，在坡面鋪設預制好的6 cm厚的正六邊形預制塊，預制塊沿坡腳齒墻從下向上逐塊鋪設，塊間壓緊，與齒墻接觸部位采用砂漿搗實，一直鋪至池頂錨固溝，與池頂錨固溝接合部采用砂漿搗實，以利于預制塊穩定(圖7)。

圖7 預制塊鋪設Fig.7 Prefabricated block laying

最后，開挖并澆筑好引水溝、沉砂池、進水管、溢流管，安裝上防護欄，柔性水池就完成了(圖8)。

圖8 建設完成的柔性水池Fig.8 The completed flexible pool

4 結語

干旱半干旱山區，田高水低，地形起伏大，村落零星分布，沒有條件建設中小型水庫，修建的小水窯集水又少，無法滿足村民的發展需要,而柔性水池恰好填補這一空白，它因地制宜、隨田分布，施工方法簡單成熟，可在干旱半干旱山區大力推廣。