復(fù)合土工膜在巖溶漏斗水庫防滲工程中的應(yīng)用

摘要：本文以彭水縣茨竹灣水庫工程為研究對象，該工程位于西南地區(qū)碳酸鹽巖出露地區(qū)。水庫常年無法正常蓄水，分別以剛性、柔性、剛?cè)峤Y(jié)合三個角度進(jìn)行滲漏治理研究，希望對類似工程具有參考意義。

關(guān)鍵詞：巖溶漏斗;水庫防滲;殼體結(jié)構(gòu);復(fù)合型土工膜;柔性封堵

中圖分類號： TV44 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2019.06.026

我國是世界上巖溶（喀斯特）分布面積最大的國家，其地形特殊性致使庫底滲漏問題、庫周滲漏問題和泄洪問題突出。重慶市彭水縣茨竹灣工程是一座坐落在巖溶（喀斯特）地貌上的水庫，以灌溉、綜合利用為主要功能。茨竹灣水庫為天然巖溶洼地，通過堵塞洼地中心的巖溶漏斗形成，水庫大致呈長方形，長150～180m，寬55～90m，四周為高30～50m的陡坡。據(jù)水文觀測，水庫在地表降雨后迅速蓄水，雨后2～3天成干庫，庫盆曾多次發(fā)生大規(guī)模管道性滲漏，因此，對茨竹灣水庫庫底及周邊防滲處理是非常必要的。

1 三種封堵方案比選

1.1 剛性封堵結(jié)構(gòu)

在初設(shè)變更送審階段設(shè)計(jì)方案為殼體方案。該方案在高程1395.05～1396.02m設(shè)置C30W8鋼筋砼殼體封基。整個殼體結(jié)構(gòu)長軸長度為133m，短軸長度為67.6m。在短軸斷面上殼體為圓弧拱，中心拱頂最高高程為1419.50m，中心拱厚4m，向兩邊漸變，兩拱端厚5.27～7.91m。在長軸斷面上殼體為圓弧拱，中心拱頂最高高程為1419.50m，中心拱厚4m，向兩邊漸變，兩拱端厚9.16m。殼體兩端錨入完整基巖，預(yù)計(jì)方案的總投資為3878萬元。

1.2 剛-柔結(jié)合封堵結(jié)構(gòu)

使用薄層瀝青+混凝土防滲效果好，對地基承載力要求較高且適應(yīng)能力較差，對溫度的控制貫穿整個施工過程，瀝青混凝土拌和、施工碾壓復(fù)雜，必須在旱地施工，本工程為巖溶漏斗結(jié)構(gòu)，防滲層處于漏斗下方，高程較低，受庫周滲水及洪水影響，無法保證在旱地施工，且瀝青混凝土造價較高，初估庫底防滲造價約3262元/m2。

1.3 柔性封堵結(jié)構(gòu)

復(fù)合土工膜防滲自身變形模量較大，適應(yīng)地基變形能力較好，對基礎(chǔ)要求較低，施工工藝較簡單，防滲性能可靠，投資最小。

對比分析發(fā)現(xiàn)，殼體方案投資高且基礎(chǔ)要求高，殼體蓋板封蓋（剛性封堵）下部空間形成較大的懸空區(qū)域，施工過程易引發(fā)地質(zhì)事故，還需對基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，使成本進(jìn)一步增加，殼體方案不具備可比性。比較符合土工膜防滲方案和瀝青混凝土防滲方案，瀝青墻造價高，對地質(zhì)條件要求高，且無法保證在庫底旱地施工，采用碾壓粘土層+復(fù)合土工膜進(jìn)行封基防滲的柔性防滲方案。

2 土工膜設(shè)計(jì)

2.1 土工膜施工控制

根據(jù)現(xiàn)場勘探可知，茨竹灣水庫庫盆深度較大，已被粉土、淤泥質(zhì)土及塊碎石等全部充填，巖溶漏斗溶洞主要分布于茨竹灣水庫庫底。在高程1397.50m～1405.0m設(shè)置碾壓粘土層+土工膜進(jìn)行封基。整個封堵范圍長邊為130m，短邊為66m，面積8340m2。封堵結(jié)構(gòu)為（從下至上）：碾壓灰?guī)r塊石換填（厚1m）+碾壓灰?guī)r石渣料（厚2m）+碾壓粘土層（厚5m）+HDPE土工膜（2層）+粘土層護(hù)面（厚0.5m）+灰?guī)r碎石料（厚20cm）+干砌塊石（厚20cm）。由于庫底粘土承載能力非常差，因此先鋪設(shè)一層灰?guī)r塊石料（厚1m）供施工車輛通行，再從下至上依次鋪設(shè)2m厚碾壓灰?guī)r石渣料層、3m厚碾壓粘土層、規(guī)格為“200g/2mm/200g”HDPE土工膜防滲層、膜上覆蓋厚50cm粘土保護(hù)層、灰?guī)r碎石料（厚20cm）+干砌塊石（厚20cm）防沖刷層。

2.2 滲流計(jì)算

采用水力計(jì)算手冊中“堰閘地基的滲流計(jì)算”所述：水工建筑物的地基和土壩、水井等滲流的水力參數(shù)的計(jì)算都是以達(dá)西定律為基礎(chǔ)，滲流流量Q的表達(dá)式為：

按最不利情況計(jì)算，認(rèn)為即使土工膜發(fā)生破壞，庫底防滲土料滲流坡降不大于0.8，本次計(jì)算取允許坡降J=0.8。

計(jì)算可得Q=0.45L/s，在最不利情況下，平均年滲流總量為0.143萬m3，只占水庫總庫容的0.2%，且粘土填筑料下部的原狀土層隔水效果均較好，實(shí)際滲流量較計(jì)算得出總量小許多，實(shí)際滲流量可忽略不計(jì)。

3 結(jié)論

通過比選茨竹灣巖溶水庫封堵的三種方案，可得出以下結(jié)論：

一是在柔性封堵中，土工膜防滲成本低，土料就地取材，工程區(qū)的粉質(zhì)黏土具有低孔隙比，中等壓縮性，微透水性等特點(diǎn)，在翻曬碾壓后是土工膜鋪蓋土料非常優(yōu)秀的填充材料。經(jīng)過滲流及穩(wěn)定計(jì)算后滿足最不利情況。這對水利工程中的復(fù)合型土工膜的使用有借鑒作用。

二是對于剛性封堵而言，巖溶漏斗殼型結(jié)構(gòu)作為一種新型的防滲結(jié)構(gòu)，在創(chuàng)新美觀、耐久性，充分利用巖溶地區(qū)負(fù)地形上有其固有的優(yōu)勢，但并沒有在實(shí)踐工程中采用。

三是使用薄層瀝青+混凝土的剛—柔結(jié)合封堵防滲效果好，造價及對地基承載力要求高，且瀝青混凝土拌和、施工碾壓復(fù)雜，必須在旱地施工，對處于巖溶地區(qū)漏斗下方，容易受庫周滲水的結(jié)構(gòu)不適用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：熊珊鋒，在讀研究生，研究方向：水工結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2019/3/14 ?13：39：12

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