復合土工膜面板在堆石壩中的應用與施工工藝

趙彥輝

（中國水利水電建設工程咨詢西北有限公司，陜西 西安 710061）

土工膜以塑料薄膜作為防滲基材，是與無紡布復合而成的土工防滲材料，其防滲性能主要取決于塑料薄膜的防滲性能。目前國內外主要應用的材料有聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）和乙烯/醋酸乙烯共聚物（EVA），均為高分子化學柔性材料，具有比重輕、延伸性好、適應變形能力高等特點。已在垃圾填埋場、尾礦堆存場、渠道防滲、人工景觀湖蓄水池防滲中得到廣泛應用［1］。與傳統的混凝土、瀝青混凝土面板相比，土工膜成本低、見效快，抗變形協調能力強，不會像混凝土面板那樣因壩體變形產生開裂；同時，作為面板應用時上游可采用覆蓋保護或無覆蓋保護兩種形式。采用覆蓋保護的土工膜面板，其優點在于，覆蓋于土工膜面板上的保護層在具有壓載穩固功能的同時，還可持久保護土工膜，免受環境影響損壞。而無遮蓋保護的土工膜可縮短施工時間，降低施工成本，避免覆蓋層對土工膜的損壞，大壩運行期可隨時檢查；如發生意外損壞，修復成本低，耗時短，甚至可進行水下修補［2-3］。

1 工程概況

南歐江六級電站位于老撾豐沙里省境內，是南歐江流域自下游至上游開發的第六個梯級電站，工程規模為大（2）型。電站由復合土工膜面板堆石壩、溢洪道、放空洞、導流洞及引水發電系統組成。電站以發電為主，總裝機容量180MW，死水位490m，正常蓄水位510m，相應庫容4.09億m3，調節庫容2.46億m3，具有季節調節性能。

復合土工膜面板堆石壩壩頂高程515m，大壩高85m，壩頂長362m、寬8m，上游壩坡1∶1.6，下游壩坡1∶1.8。壩體墊層料、過渡料和底部排水區形成L形排水體，以保證軟巖堆石料填筑區能保持河床段趾板建基面高程430m，在運行期相對干燥。南歐江六級電站壩體結構詳見圖1。

圖1 壩體結構（單位：m）

南歐江六級電站大壩軟巖填筑比例高達81%，其全斷面軟巖筑壩技術目前處于國際領先（目前國內外面板堆石壩軟巖填筑比例最高為73.4%），為軟巖強度最低的復合土工膜面板堆石壩。六級電站大壩基礎和左右岸采用帷幕灌漿防滲；大壩主體部分僅采用復合土工膜鋪設于大壩上游擠壓邊墻上進行壩體防滲，土工膜上部無保護。復合土工膜與趾板用不銹鋼條、橡膠及螺栓等進行固定。南歐江六級電站大壩是目前世界上最高的、全斷面使用軟巖比例最大的、僅用土工膜防滲的復合土工膜面板堆石壩［4］。

1.1 擠壓邊墻

擠壓邊墻布置于大壩上游最外側，為土工膜提供鋪設基礎面。擠壓邊墻設計底高程為431.70m，頂高程為512.0m，擠壓式邊墻混凝土共202層（每層高40cm），總計混凝土8763m3。斷面為梯形，邊墻外側坡比1∶1.6，內側坡比8∶1，頂寬10cm，每層采用擠壓機一次擠壓成型，每層擠壓邊墻澆筑不間斷，澆筑完成后進行錨固帶及墊層、過渡料填筑施工。擠壓邊墻施工到472.1m高程后進行一期土工膜鋪設，然后施工至512m高程進行二期土工膜鋪設。擠壓邊墻主要施工工藝如下。

1.1.1 擠壓邊墻混凝土配合比設計

根據設計提供的大壩壩體填筑施工技術要求，擠壓邊墻混凝土配合比應滿足以下要求:

a.擠壓邊墻混凝土為一級配干硬性混凝土，坍落度為零，低抗壓強度，28天抗壓強度不超過8～10MPa，且2～4h的抗壓強度指標以擠壓成型的邊墻在墊層料振動碾壓時不出現坍塌為原則。

b.彈性模量指標宜控制在3000～5000MPa。

c.密度指標控制在大于1.95t/m3，盡可能接近墊層料的壓實密度。

d.滲透系數控制在大于5×10-3cm/s，為半透水體。

e.在混凝土成型后2～4h后即可進行墊層料鋪填，滿足墊層料振動碾碾壓時的變形要求。

根據以上要求獲得的擠壓邊墻混凝土施工配合比見表1。

表1 擠壓邊墻混凝土施工配合比

1.1.2 擠壓邊墻面層處理

為使擠壓邊墻混凝土表面平整度滿足鋪設土工膜要求，在施工中對混凝土表面處理的主要工序包括去除松散的無砂混凝土骨料和凸起的粗骨料、對表面（局部）空腔的填補（如有必要）、層與層結合部位或棱邊的處理。具體處理措施如下:

a.去除松散的邊墻混凝土骨料，在鋪設土工膜前，安排作業人員，使用高壓風沿坡面由上到下（含錨固帶覆蓋部位）進行清理。

b.對凸起的粗骨料，安排作業人員使用鋼毛刷清理，對局部凸起使用鋼毛刷不能清理掉的進行鑿除處理，鑿除后的低凹部位，使用砂漿抹平。

c.表面（局部）空腔。使用M5水泥砂漿抹面。

d.層與層結合部位或棱邊，采用打磨處理，避免出現尖角、錯臺。

1.1.3 平整度檢查

擠壓邊墻施工完成后，對其平整度進行檢查驗收，不滿足鋪設土工膜要求的部位，使用自噴漆標記，在土工膜鋪設前，安排作業人員對其進行處理。一期土工膜鋪設前擠壓邊墻表面平整度檢查結果統計見表2。

表2 平整度檢查結果統計

1.1.4 擠壓邊墻驗收

在土工膜鋪設前，由現場監理工程師和專職質檢人員對擠壓邊墻表面平整度進行檢查，對需要處理的部位，使用自噴漆標記，施工人員按要求進行處理，經復驗合格后進行土工膜鋪設。

1.2 錨固帶

土工膜面板安裝在錨固帶上，錨固帶為土工膜提供基礎和支撐，錨固帶材料與土工膜面板相同，在擠壓邊墻上形成6m×6m的網格。錨固帶安裝簡易、常規，大大簡化了土工膜的安裝過程。錨固帶跟隨擠壓邊墻施工進度逐層安裝，每施工一層擠壓邊墻，安裝一層錨固帶，施工工序如下:

a.錨固帶每一段長165cm、寬42cm，相鄰兩條錨固帶之間的距離為6m。整個壩面錨固帶共60道，總安裝長度約6031m，在大壩中間部位設有定位點，該處錨固帶的編號為第37道，然后以定位點為基準，向兩邊測量放點，每6m布置一道。

b.錨固帶由膜（PVC）和無紡土工布組成，膜的厚度為2.5mm，無紡土工布規格為500g/m2。

c.在鋪設土工膜之前，由現場監理工程師、現場專職質檢人員對錨固帶進行全面檢查。主要檢查復合土工膜錨固帶安裝是否垂直、錨固帶中心間距是否為6m，以及通過人工拉拽的方式檢查錨固帶是否焊接牢固，對不合格的錨固帶進行補焊，驗收合格后開始土工膜鋪設。

2 土工膜

2.1 土工膜施工

土工膜面板鋪設面積為37555m2，分三期鋪設完成，一期為472m高程以下，二期為472～512m高程，三期為512m高程以上部分，施工過程如下:

a.復合土工膜由膜（PVC）和無紡土工布組成，膜的厚度為3.5mm，無紡土工布規格為700g/m2，土工膜單寬為2.1m。

b.土工膜每條長度根據壩面鋪設斜長各不相同，長度在生產階段根據現場實際情況已經確定，包裝并編號后運輸至現場。現場根據編號順序逐條擺放在壩體填筑面上，再由壩體填筑面將土工膜放至上游壩坡，安裝就位后開始土工膜焊接。

c.土工膜焊接主要分為三類:土工膜之間的搭接焊接、土工膜與錨固帶之間的焊接，以及土工膜局部小面積的焊接。土工膜單寬為2.1m，搭接10cm進行焊接，三條焊接完成后總寬度為6m，然后與提前安裝的錨固帶進行焊接，將復合土工膜予以固定。該工作由左岸開始進行，依次焊接，直至整個壩面鋪設完成。

d.土工膜底部與趾板進行連接，在趾板周邊設置有U形槽，在U形槽內通過鋼板將土工膜與趾板固定，然后土工膜覆蓋至趾板面上，在趾板混凝土面上涂抹專用黏結劑，將土工膜與趾板黏接牢固，最后再將土工膜周邊用鋼板和螺栓固定在趾板混凝土面上。

e.土工膜鋪設完成后，質檢人員對整個壩面土工膜進行檢查，對破損地方，通過打補丁的方式進行補焊。

2.2 質量檢查

土工膜施工中，安排質檢工程師進行現場控制，監理、業主共同參與。質量檢查根據設計文件提供的質量控制標準進行，每道工序經檢查合格后，方可開始下一道工序施工。全部施工完成后，經現場各方聯合檢查合格后，簽署合格文件移交業主。

一期土工膜（472.1m高程以下）2014年11月1—30日進行施工，經各方聯合檢查合格后移交業主。二期土工膜（512～472.1m高程）于2015年4月13日開始施工，5月20日施工完成，經聯合檢查合格后移交業主。在二期土工膜施工前，對一期土工膜進行了全面檢查，對個別破損的部位進行了補焊，對因大壩沉降產生的局部臌脹部位進行切割，并對擠壓邊墻進行處理后重新焊接。在大壩蓄水前，對土工膜進行一次全面檢查，對個別破損部位進行補焊。

土工膜面板質量檢查主要包括以下內容:

a.擠壓邊墻表面的松動料是否清理，擠壓邊墻表面局部凸起是否清理，擠壓邊墻表面孔洞是否填平，擠壓邊墻的最終表面是否滿足土工膜鋪設要求。

b.復合土工膜錨固帶是否垂直鋪設，錨固帶間距是否為6m，錨固帶搭接焊部位是否清理干凈，錨固帶搭接焊是否牢固。

c.土工膜批次材料外部包裝是否完好，土工膜批次材料外部標簽是否完整、可讀，數量是否與裝箱清單一致。

d.人工焊縫和機器焊縫。人工焊縫以平口螺絲刀插不進去為合格。機器焊縫必須進行氣壓試驗，采用氣壓法檢測:0.2MPa壓力持續5min氣壓，下降不超過10%即可。

e.土工膜與趾板連接采用螺絲鉆孔、錨固、攤鋪混合膠、覆蓋土工膜、擰緊螺帽等工序。用12kN扭力扳手擰緊并檢查。

f.施工完成后，對外觀進行全面檢查。

3 結 論

a.土工膜施工不受天氣影響，縮短了筑壩工期。對于缺少天然混凝土骨料和黏土的南歐江六級電站而言，土工膜是一個很好的選擇。同時，土工膜面板與混凝土面板相比，具有經濟、施工速度塊、基本無大型機械設備等特點。

其中，經濟性除了單價的優勢外，還在于取消了蓋板與蓋重，不存在周邊縫與垂直縫的止水結構；施工速度快，由于復合土工膜鋪設在大壩上游擠壓邊墻表層，上部無保護、工序少、鋪設快、效率高，是現澆混凝土面板所無法比擬的。已施工完成的3.6萬m2土工膜僅耗時2個月；整個施工過程使用的機械設備較少，除轉運叉車外，無大型設備。

b.錨固帶安裝是一個簡易、常規的過程，大大簡化了土工膜的安裝過程，提高了土工膜鋪設安裝效率。

c.截至2016年1月底，大壩累計最大沉降量為100cm左右，土工膜從外觀上看無明顯拉伸和褶皺，體現了復合土工膜面板在85m高的軟巖堆石壩中具有良好的適應性。但是土工膜鋪設后易損壞也是存在的事實，盡管在施工期已經采取了有效的保護措施，在壩前基坑充水前的檢查中還是發現大小不等的破損約30處。因此，應考慮在施工期土工膜表面增加覆蓋或采取其他更可靠措施；選擇大壩填筑全部結束后沉降的空檔期為最佳鋪設時間，更能發揮施工速度快效率高的優點，完全不會影響工期，又能避免施工干擾對土工膜的破壞。

d.土工膜設計單位對擠壓邊墻的混凝土設計指標為抗壓強度8～10 MPa、滲透系數大于5×10-3cm/s。擠壓邊墻的剛性較大，擠壓邊墻隨壩體發生變形時，存在空鼓、裂縫和錯動等現象，由于剛性導致土工膜隨壩體的變形不一致。應考慮適當增加摻和料增加擠壓邊墻的彈性模量，從而增加擠壓邊墻的塑性，使得擠壓邊墻和土工膜與壩體變形時保持一致。

e.大壩沉降數據顯示，軟巖筑壩初期沉降值較大，且沉降期較長，應在填筑期間增加沉降期，把沉降期根據觀測數據分為幾期，對25個月的主體工期無影響，編制控制性工期時能夠更加靈活。

f.土工膜可高效取代堆石壩中的混凝土面板，具有防滲性能，還能適應混凝土面板無法承受的沉降和變形，能夠使大壩安全施工，降低成本，降低復雜性，縮短工期。

g.現有資料表明，2mm厚的土工膜已經安全運行超過30年，對南歐江六級電站所采用的3.5mm厚土工膜，使用壽命可達100年。但由于各地的自然環境、社會環境存在差異，土工膜面板在運行期間需要有針對性地做好安全防護。