復合土工膜在水庫庫盤防滲中的應用

李 倩

（新疆昌吉方匯水電設計有限公司,新疆 昌吉 831100）

1 水庫基本概況

黑溝水庫始建于1974年，一年后竣工投入運行。水庫建設過程屬于“三邊”工程。由于受當時施工條件限制，運行多年后，存在較多的問題。黑溝水庫于2014年完成大壩及建筑物除險加固，現狀壩體未發現位移、沉降等其他問題，壩體完好。后出現水庫庫盤、壩基存在滲漏通道等問題，于2017年再次對黑溝水庫進行除險加固，主要解決庫盤滲漏問題。

黑溝水庫總庫容24 萬m3，興利庫容18.68 萬m3，調洪庫容4.05 萬m3，設計洪水標準為10年一遇設計，50年一遇校核，按照《水利水電工程等級劃分及洪水標準》[1]（SL 252 -2000 )確定：水庫的工程規模為小（2）型，工程等別為Ⅴ等，主要建筑物級別為5 級，次要建筑物級別為5 級，大壩、溢洪道、放水涵洞均屬于主要建筑物。

2 地質條件分析

庫區位于黑溝河出山口處，地貌上處于低山丘陵區的出山口的上游約500 m，庫區及壩址區基本切割呈丘——梁狀地形，西高東低。庫區總體地形為南高北低，谷坡寬緩，山頂多為圓頂狀，山脊呈豬背狀，山坡較緩，溝內僅細溝發育，切割較弱，植被較茂盛。溝谷自壩線向上游形成寬闊的喇叭地形，構成一較理想的庫盤。壩址區出露地層主要有，第四系上更新統（Q3apl）沖、洪積及風積層（Q3eoL）及全新統（Q4apl）沖洪積、坡積（Q4dL）地層等[2]。

水庫庫盤由低液限粉土、卵礫石組成，上部低液限粉土厚度為 0～6.3 m，滲透系數為 7.6 ×10-4cm/s～3.2×10-5cm/s，平均值為1.2 ×10-4cm/s屬中等弱透水層，不滿足防滲要求；另外根據庫盤粉土厚度等值線圖可知，低液限粉土在右庫岸Ⅲ-Ⅳ級階地表層厚度為1.5 m～6.3 m；溝谷內、右岸Ⅰ、Ⅱ級階地、左岸整個岸坡大部分卵礫石直接出露，局部表層有厚約0.5 m～1.5 m厚的低液限粉土。因此庫盤粉土分布范圍和厚度無法起到防滲作用，而下部為巨厚層狀的卵礫石層其滲透系數為3.62 ×10-2cm/s屬強透水層；因此水庫存在嚴重的繞壩、庫盤、鄰谷等滲漏問題。

3 防滲方案的選擇

本次除險加固采用兩種防滲方案，方案一：全庫盤采用復合土工膜一布一膜（200 g/m2-PE0.8 mm）防滲處理；方案二：壩基采用防滲墻進行防滲。

（1）庫盤復合土工膜防滲（方案一）

1）防滲范圍

黑溝水庫本次設計庫岸邊坡采用復合土工膜進行防滲，庫盤防滲主要針對庫底部分及校核洪水位高程以下庫區進行防滲，岸坡土工膜鋪至1441.00 m高程線，并將庫底防滲土工膜與主壩段壩體前壩坡土工膜連接，使之成為封閉的防滲體，防滲范圍投影面積為22940 m2。岸坡新鋪設的土工膜與溢洪道進口段砼邊墻、底板接觸位置采用錨栓直接錨入砼邊墻、底板上，形成封閉防滲體。

2）庫盤處理

庫區地表清廢0.3 m，將存在的樹根、雜草等徹底清除，然后對建基面進行碾壓夯實，砂礫石覆蓋層碾壓后控制相對密度不小于0.80 ，土層碾壓后壓實度不小于0.96。河谷左側庫岸岸坡較陡，鋪膜前對其進行削坡處理。

3）復合土工膜厚度選取

根據《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》[3]（SL/T 225-98）規范規定，對重要工程，選用的土工膜厚度不應小于0.8 mm，本次除險加固選用厚0.8 mm的復合土工膜。

4）庫盤鋪膜

復合土工膜采用一布一膜（200 g/m2-PE0.8 mm），根據水利部《聚乙烯（PE）土工膜防滲工程技術規范》[4]（SL/T 231 -98）和《土石壩養護修理規程》[5]（SL 210 -98）要求進行鋪設。全庫盤采用復合土工膜（200 g/m2/PE0.8 mm）防滲，土工膜鋪設的方式采用布上、膜下，膜幅寬6 m，膜搭接寬度0.10 m，搭接方法采用焊接。極限鋪膜長度不能超過200 m。庫盤鋪膜總面積29.82 萬m2。土工膜必須松填，且富裕度不小于10%。為保護膜不被沖刷、日曬、劃刺，膜上部需設置保護層，庫盤保護層為膜上鋪0.5 m厚開挖料覆蓋。

5）庫盤土工膜與壩面連接

庫底土工膜采用粘結方式連接，粘結在阻滑墻上游開挖好的第一道錨固溝內。為了適應庫盤土工膜變形，庫盤內每隔50 m設一錨固溝，將庫盤土工膜埋入錨固溝內，錨固溝深0.5 m，底寬0.5 m，開挖邊坡坡度1∶1，將土工膜埋入錨固溝內，內填筑開挖料。

6）岸坡土工膜錨固

為防止水流沖刷，岸坡土工膜埋入錨固溝內，錨固溝深0.5 m，底寬0.5 m，開挖邊坡坡度1∶1，將土工膜埋入錨固溝內，錨固溝內填筑料要求夯實壓實度不小于0.9。

（2）防滲墻防滲（方案二）

壩基下部存在中等滲透性的碎石土層，為防止蓄水后產生沉降，將對防滲墻產生拉裂破壞，采用塑性砼防滲墻以適應卵礫石層的變形。與普通混凝土相比，它具有初始彈模低，極限應變大，能適應較大變形，有利于改善防滲墻體的應力狀態；能節省水泥，降低工程造價。

1）防滲墻深度及厚度的確定

防滲墻的深度按照壩前水深的0.4～0.7 倍選取，本工程選用0.5倍的壩前水深。本工程壩前最大水深為9.59 m，故防滲墻深度為9.59 m×0.5 =4.795 m，最終取值為5.0 m。

壩體上下游水位差為9.59 m，防滲墻深度為5.0 m，根據抗滲要求，計算其厚度為24.32 cm，考慮施工方便，取60 cm。

2）塑性砼防滲墻配合比

結合參考已建工程經驗，初定本次塑性砼防滲墻參考配合比見表1，配合比具體指標根據實驗確定。

表1 塑性混凝土參考配合比

4 防滲方案比選結果

以上兩種方案防滲條件不同，對兩種防滲方案從地質條件、施工條件、投資進行比較，見表2。

表2 庫盤防滲方案經濟技術比較表

5 結論

通過從地形地質、施工條件、防滲效果、工程量以及投資的比較，方案一具有施工工藝簡單，焊接技術成熟，滲透系數指標有保證，防滲效果明顯，工程投資少等優勢，故此次除險加固工程的防滲方案選擇復合土工膜防滲。