復(fù)合土工膜防滲工程技術(shù)的新進(jìn)展

在過去的20年中，歐洲建立了數(shù)十座土石水庫，并對土石膜進(jìn)行了修復(fù)，加固了數(shù)十座老化或危險水庫。前蘇聯(lián)在70年代80年代建成10多座土工膜土石壩。我國于80年代用土工膜修補加固了百余座病險壩,90年代用復(fù)合土工膜修補和新建了數(shù)十座土石壩。本文對幾座較高的壩或者有特點的壩加以介紹,以資借鑒。由于這種新壩型建造歷史較短,技術(shù)尚不夠成熟,有一些壩設(shè)計施工存在缺點,故本文予以評論,以期今后更臻完善。1土工膜堆石壩壩型西班牙于1984年建成此壩,壩高97m,是一座壩坡為1:1.3的堆石壩。堆石的上游坡砌筑漿砌塊石,表面用水泥砂漿抹平,在面上鋪聚氯乙烯膜,壩的下半部聚氯乙烯膜厚2mm,上半部膜厚1mm。膜上面攤鋪瀝青。瀝青上面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng),然后噴水泥混凝土,厚15cm。見圖1。此土工膜堆石壩的特點是壩膜坡很陡,1:1.3的堆石壩坡整體穩(wěn)定是足夠的。但土工膜與其底部的水泥砂漿面的抗滑穩(wěn)定要靠膜與砂漿間的粘結(jié)力。應(yīng)在水泥砂漿未硬化前立即鋪土工膜并在膜上壓砂袋,則膜與砂漿間有大于0.1MPa的粘結(jié)力,抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)足夠。如只靠摩擦力則安全系數(shù)不足。鋼筋網(wǎng)混凝土護(hù)坡與土工膜之間的抗滑穩(wěn)定要靠瀝青的粘結(jié)力,其粘結(jié)力可達(dá)0.25MPa,提供了很高的安全系數(shù)。此壩結(jié)構(gòu)布置簡單,造價節(jié)省,運用情況很好,后來加高到134m。此壩設(shè)計施工時,歐洲尚未生產(chǎn)復(fù)合土工膜,故用的是聚氯乙烯光膜。歐洲有些工程師把此壩歸屬于混凝土面板堆石壩,不很恰當(dāng)。因為鋼筋網(wǎng)混凝土不分塊,無止水片,必然裂縫漏水。聚氯乙烯是防滲體,故歸屬土工膜堆石壩比較恰當(dāng)。如果歸于土工膜與混凝土面板混合壩型也無不可。此壩型省掉了伸縮縫止水片,施工難度大大減輕,而且節(jié)省資金,免除了伸縮縫漏水的普遍性問題。1.2復(fù)合土工膜砂研磨壩壩面結(jié)構(gòu)阿爾巴尼亞于1996年建成此壩,在Terzuke河上,位于地拉那西北15km。壩高91m,壩頂長130m?？値烊?0×106m3。供地拉那城市用水和灌溉用水。壩址為白云質(zhì)灰?guī)r和微晶灰?guī)r,峽谷岸坡陡峻,為1:0.7～1:0.9。壩的上下游坡都是1:1.6,壩體積為65萬m3。填筑料為河灘的砂卵石,壩底部填筑軋碎的石灰?guī)r排水層,與濾水壩趾相連。壩體填筑完成后,上游坡面鋪筑小礫石,用斜坡碾碾壓平順,作為復(fù)合土工膜的墊層。Sibelon單面復(fù)合土工膜直接鋪在此墊層上,這種復(fù)合膜是厚3mm的聚氯乙烯膜與700g/2的滌綸織物熱合而成。鋪設(shè)時織物朝下,膜面m朝上,上面再鋪800g/m聚丙烯土工織物作為表面混凝土預(yù)制板護(hù)坡的墊層。混凝土預(yù)制板與聚丙烯織物之間、聚丙烯織物與聚氯乙烯膜之間抗滑穩(wěn)定性都不夠,故澆筑了混凝土橫梁壓在聚丙烯織物上面。預(yù)制混凝土板擱在混凝土橫梁上。壩的橫剖面見圖2。此壩原設(shè)計為混凝土面板堆石壩,因周邊縫豎縫施工復(fù)雜,且水泥不足,故改為復(fù)合土工膜砂卵石壩,以而節(jié)省資金縮短工期。此壩壩面結(jié)構(gòu)布置有兩項不恰當(dāng):(1)應(yīng)采雙面復(fù)合土工膜,就可避免聚氯乙烯膜與上面聚丙烯織物之間抗滑穩(wěn)定不足問題。(2)應(yīng)采用現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡,砂漿滲入土工織物有較大粘結(jié)力,足以滿足二者間抗滑穩(wěn)定,這就不需要澆筑混凝土橫梁,以節(jié)省造價并簡化施工。1.3砂卵石壩壩土工膜心墻吉爾吉斯共和國在1972年建成此壩。壩高79m,下部36m是在深水中拋填筑壩,上部43m是通常的碾壓式筑壩,心墻為聚乙烯土工膜。壩體為砂卵石填筑,上游壩坡1:2.5、1:1.5,下游壩坡1:2.25,1:2.0。此壩設(shè)計施工頗有創(chuàng)造性。首先在壩的下游趾部用定向爆破法截流筑圍堰,隧洞導(dǎo)流。然后在上游趾部向深水中拋填堆石,拋至水面,成為透水堆石圍堰,不閉氣,不排干基坑。在上下游兩座透水堆石圍堰保護(hù)的范圍內(nèi),向深水中拋填砂卵石。為了在壩軸線附近拋填的砂卵石能接受灌漿,該區(qū)砂卵石經(jīng)過選擇,要求<0.1mm的細(xì)粒少于5%,不均勻系Cu>5。并且其級配適宜于灌入水泥漿或水泥粘土漿,應(yīng)滿足可灌比M≥10,式中D15——接受灌漿的砂卵石的特征粒徑,小于該粒徑顆粒重量占全樣重量的15%。d85——漿液材料的特征粒徑,小于該粒徑顆粒重量占全樣重量的85%。深水中拋填砂卵石達(dá)到水面并夯擊密實以后,在壩軸線部位砂卵石上建造混凝土底板及廊道。在廊道內(nèi)向下灌漿,灌7排水泥膨潤土漿,排距3.5m,孔距1m。(1m3漿液中含水泥350～475kg,膨潤土59～82kg,水826～853L)在0.5～3MPa壓力下灌入。沿心墻中心又加2排鉆孔,灌入鋁硅酸鹽溶液。此外,3排水泥灌漿深入基巖。在廊道頂部混凝土面埋置槽鋼,把3層各厚0.6mm的聚乙烯膜及1層氯丁橡膠墊片鋪在槽鋼上,上面再放一層氯丁橡膠墊片。然后用槽鋼壓牢并用錨栓錨入混凝土入內(nèi)。水面以上,用普通填筑碾壓法施工。先填筑壩軸線上游側(cè)第1層砂卵石,壓實以后,在施工斜坡面上鋪1m厚粗砂,然后將3層聚乙烯膜鋪在其上,再鋪1m厚粗砂。然后填筑下游側(cè)第一層砂卵石,接著在其上填筑第2層砂卵石,在該層施工斜坡上鋪1m厚粗砂。將3層聚乙烯膜折過來鋪在其上。如此循序向上,層層填筑和鋪膜,就形成折線形土工膜心墻。壩的橫剖面見圖3。此壩土工膜心墻鋪設(shè)3層0.6mm厚聚乙烯,用外層土工膜保護(hù)中間土工膜。這是因為當(dāng)時尚未研制出復(fù)合土工膜。如果那時已制造出復(fù)合十工膜,則應(yīng)采用此新材料,不但造價經(jīng)濟(jì),而且抗拉強度、抗刺破能力都高于3層聚乙烯膜。此壩運用30年來,令人滿意。僅右岸坡有些漏水,是因土工膜周邊與岸坡連接不好所致。1.4復(fù)合土工膜壩體施工鐘呂水電站位于江西省婺源縣,水庫壩高51m,壩頂長255m,壩頂高程278.5m,溢洪道堰頂高程270.5m。壩頂寬5m。上游壩坡1:1.5,下游壩坡1:1.4。壩體堆石料為新鮮及弱風(fēng)化千枚巖,規(guī)定飽和抗壓強度≥25MPa。小于5mm細(xì)粒含量不超過5%。振動碾壓實,壓實后堆石孔隙率不大于26%。此壩1999年建成。由于壩坡很陡,如把復(fù)合土工膜直接鋪壓堆石坡面,抗滑穩(wěn)定不足,故在坡面澆筑厚6cm的無砂混凝土。鋪復(fù)合土工膜時,在無砂混凝土面涂抹水泥漿,立即鋪復(fù)合土工膜,立即壓上砂袋,使復(fù)合土工膜與砂漿粘結(jié),經(jīng)試驗,粘結(jié)力為0.1～0.2MPa。有的部位在無砂混凝土面涂刷瀝青乳膠,立即鋪復(fù)合土工膜,粘結(jié)力為0.25MPa。經(jīng)計算,只要有0.01MPa的粘結(jié)力,混凝土護(hù)坡與復(fù)合土工膜一起對無砂混凝土板之間,抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)就達(dá)到8.0。壩坡如采用預(yù)制混凝土板護(hù)坡,則它與復(fù)合土工膜之間抗滑穩(wěn)定不足。故在復(fù)合土工膜上現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡,厚10cm。水泥砂漿能滲入土工織物中,具有粘結(jié)力0.2MPa。只要有0.01MPa粘結(jié)力,混凝土護(hù)坡與復(fù)合土工膜間抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)也達(dá)到8.0。壩的不同部位采用不同規(guī)格的復(fù)合土工膜:高程250m以下,采用350/0.6PVC/350。250m以上采用350/0.4PVC/350。周邊縫等處采用350/0.8PVC/350。周邊開挖基巖槽深80cm,澆筑混凝土趾板,將復(fù)合土工膜留邊,光膜曲折地澆筑在混凝土內(nèi),在周邊縫內(nèi)松馳成凸頭,然后與坡面所鋪復(fù)合土工膜留邊光膜焊接。壩的橫剖面見圖4。此壩已運行2年,蓄滿泄空2次。護(hù)坡和復(fù)合土工膜穩(wěn)定牢固。經(jīng)施工期和2年運行,最大沉降60cm,屬正常情況。滲漏量偏大,高水位時,由量水堰測得滲漏量為200L/s。對有漏水跡象的部位,鑿開混凝土護(hù)坡檢查,有1000余處脫焊。擬在冬季庫水位下降時,清洗磨平混凝土護(hù)坡,在其上重新鋪設(shè)復(fù)合土工膜。此壩鋪復(fù)合土工膜時,溢洪道開挖爆破,飛石擊破復(fù)合土工膜多處。焊接無熟練技工,又無檢查監(jiān)督制度,以致焊接質(zhì)量低劣,應(yīng)引為教訓(xùn)。此壩原設(shè)計為粘土心墻堆石壩,業(yè)主單位因附近粘土很少很分散,降雨又多,發(fā)包造價很高。乃求助于本文作者。建議改為復(fù)合土工膜堆石壩,堆石壩坡不變,不增大工程量,采用無砂混凝土粘貼復(fù)合土工膜,并在膜面現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡,以保證復(fù)合土工膜及護(hù)坡的抗滑穩(wěn)定。1.5復(fù)合土工膜結(jié)構(gòu)田村壩是柳州市金秀瑤族自治縣和平水電站一級水庫壩,1990年建成,壩高48m,壩頂長145m。壩基為含粘土礫石,厚18m?；鶐r為粉砂巖和石英砂巖。原設(shè)計壩型為粘土心墻堆石壩,堆石料為砂巖和風(fēng)化砂巖,振動碾碾壓,上下游壩坡都是1:1.5。心墻底部開挖齒槽到巖面下2m,寬1m澆筑混凝土底板厚10cm,然后填筑粘土心墻。填筑到10m高時(1989年4月),連日陰雨,粘土無法填筑,繼而6月入汛,壩必須填筑到25m高,才能渡汛。但因氣候條件,粘土心墻施工已不可能在汛前填到此高程。在緊急情況下,求助于本文作者,乃建議在心墻部位改填風(fēng)化料鋪土工膜防滲。由于時間緊,對土工膜的規(guī)格特性來不及作詳細(xì)的試驗研究比較選擇,采用了維滌織物涂聚氯乙烯的復(fù)合膜,織物厚0.6mm,涂膜厚0.3mm。此種復(fù)合膜測試資料不全,滲透系數(shù)遠(yuǎn)大于1×10-11cm/s,廠家提供抗?jié)B能力為4kg/cm2(400kPa)水壓力1小時不滲,與水工抗?jié)B試驗規(guī)程不符。曾按水工抗?jié)B試驗規(guī)程做試驗,抗?jié)B能力只有100kPa(河海大學(xué)水力發(fā)電工程系1998),不能承受43cm水頭,但考慮到這種復(fù)合膜鋪在顆粒較細(xì)的風(fēng)化料上,可能不致于破裂。事后用薄膜理論公式驗算,公式推導(dǎo)參考文獻(xiàn)式中T——膜受水壓力后發(fā)生的拉力(kN/m);P——均勻水壓力(kPa);a——緊密排列的顆粒的孔隙直徑(m);與復(fù)合膜接觸的風(fēng)化料粒徑d15為5mm,孔隙直徑約為1mm(a=0.001m),水壓力P=430kPa,代入上式得T=0.052/。此式以曲線表示見圖5。此復(fù)合膜5cm狹條抗拉試驗得到拉斷時強度為4.0kN/m,拉斷時延伸率為0.8。其T～ε曲線亦示于圖5,兩曲線相交于ε=0.046,T=0.25kN/m。則應(yīng)力安全系數(shù)為4/0.25=16,應(yīng)變安全系數(shù)為0.8/0.046=17。所以這種復(fù)合膜鋪在風(fēng)化料上不會被水壓力壓破。但是,如果心墻發(fā)生10mm寬的裂縫,這種復(fù)合膜能否承受?也做驗算,根據(jù)薄膜理論,鋪在縫上的膜,拉應(yīng)力為:式中b為縫的寬度,單位m,其它符號與前同。將b=0.01m及P=430kPa代入,得到T=0.877/,此式以曲線表示,見圖5。此曲線與5cm狹條抗拉應(yīng)力應(yīng)變曲線相交于ε=0.30,T=1.60kN/m。則應(yīng)力安全系數(shù)為4/1.6=2.5,應(yīng)變安全系數(shù)為0.8/0.3=2.7。土工膜的應(yīng)力安全系數(shù)和應(yīng)變安全系數(shù)應(yīng)達(dá)到5.0以上,由上述計算結(jié)果可見,如果心墻發(fā)生10mm寬的裂縫,這種涂層復(fù)合膜是不安全的。另外,聚氯乙烯涂層不夠致密,會有少量滲流。如果采用聚氯乙烯膜與土工織物熱壓在一起的復(fù)合膜則更為可靠。壩的橫剖面見圖6此壩已正常運行10年。設(shè)計時如采用復(fù)合土工膜心墻,就可以像Атъашин壩一樣,用折線式復(fù)合土工膜鋪設(shè)方法。并可以選擇適合48m水頭的復(fù)合土工膜。1.6小青溝水庫2(1)復(fù)合土工膜防滲小青溝發(fā)源于內(nèi)蒙古科爾沁沙丘,其滲流水出露地表下切成河。壩址在遼寧省彰武縣,河床及兩岸均為中細(xì)砂地層,基巖埋深40m,兩岸坡頂高出河床35m,都是中細(xì)砂。筑壩既要解決壩基防滲問題又要解決兩岸砂坡防滲和穩(wěn)定問題,還要解決中細(xì)砂筑壩的防滲和穩(wěn)定問題。要解決這些問題,應(yīng)用復(fù)合土工膜防滲是最佳方案。壩區(qū)都是風(fēng)積中細(xì)砂,其顆粒組成為<0.005mm占1～3%,0.005mm～0.1mm占12～33%,0.1mm～0.5mm占64～87%,滲透系數(shù)為1～7×10-4cm/s。用此中細(xì)砂筑壩,壩高21.6m,壩頂長146m。上下游坡率都是1:3.0、1:3.5。壩的上游壩坡鋪設(shè)復(fù)合土工膜斜墻防滲,上游河床鋪設(shè)復(fù)合土工膜水平鋪蓋防滲長100m。兩岸砂坡削成坡率1:3.0,用土工織物加筋,復(fù)合土工膜防滲,其上游端與河床水平鋪蓋首端相齊,壩上游面和兩側(cè)岸坡復(fù)合土工膜表面用現(xiàn)澆混凝土護(hù)面。壩的縱橫剖面見圖7。(2)土工膜頂托在原來干燥的庫盤上鋪設(shè)土工膜鋪蓋,水庫蓄水以后,水滲入土工膜底部的土砂層中,將土砂孔隙中的空氣代換出來,氣體對土工膜產(chǎn)生頂托,如果沒有排氣措施或壓重措施,則土工膜將被頂破。蓄水以后,如果水庫水位降落,而土工膜底部的滲流不能很快排出,則滲透水壓力將對土工膜頂托以致頂破和漂浮。已有多起破壞實例,如有的小型水庫塘壩庫底及渠道底用聚氯乙烯膜鋪底防滲,膜上面用20～30cm厚土壓重,當(dāng)?shù)退粫r,庫底或渠底最低部位的土工膜隆起鼓包上漂,有的破裂。為解決這兩個問題,小青溝二庫采取如下措施。土工膜和鋁板式根據(jù)砂土層滲透系數(shù)不同,每隔20～30m設(shè)一個“逆止閥”。本工程采用如圖8結(jié)構(gòu)的“逆止閥”,即在土工膜鋪蓋上開直徑為30cm的孔,將此“逆止閥”膠接在土工膜鋪蓋上。安裝時鋁蓋板蓋在土工織物上,蓄水時不會漏水。當(dāng)?shù)撞克畨毫驓鈮毫Ω哂谏喜克畨毫r,鋁蓋板被頂開,通過土工織物排水排氣,待底部水壓力、氣壓力消散后,鋁蓋板在上部水壓力下自動蓋下。“逆止閥”形式尚有多種,參閱《土工合成材料工程應(yīng)用手冊》第九章),“逆止閥”設(shè)在水庫未形成前的河床中泓附近及岸坡土工膜中間斷面靠近底部。水庫滲流對抗高、水位下降及鋪蓋厚度的影響在土工膜鋪蓋的上面填砂土壓重,土工膜鋪蓋底部水壓力、氣壓力由壓重壓住,以防土工膜頂破或漂浮。填砂土壓重的厚度各部位也不同,可通過計算確定。當(dāng)庫水位未降落時,土工膜底部滲透水壓力如圖9(a)分布。在庫水位降落初期,在鋪蓋上游端,地下水向上游排出較快,故滲透水壓力與水庫水深相等,在鋪蓋的中間部位,向上游向下游排出均較慢,故最大滲透水壓力大于庫水深度。在水庫水位再下降至最低水位時,鋪蓋下面滲透水壓力在中間部位仍較高,此時h2—h0可能達(dá)到最大值見圖9(b)。這時滲透水壓力(h2-h0)要靠土工膜鋪蓋上面的砂土壓重來平衡,以免土工膜浮起。h2值要隨著庫水位降落過程逐次計算,才能得出h2—h0的最大值。也可近似假定最大值為H,—h0,H1為水庫水位未降落時鋪蓋中部滲透水壓頭。采用以上方法可以確定土工膜鋪蓋上面要加高填土的厚度。小青溝二庫H1=11m、h0=8m,砂土γ飽含=10kN/m3,則土工膜鋪蓋中部最大填砂土厚度ζ為3m,填土厚度分別向上游向下游遞減,由于已經(jīng)設(shè)置逆止閥,故將蓋重減薄一半,確定土工膜鋪蓋起端壓砂土厚度0.5m,中部1.5m,終端1.0m。(3)土工膜鋪設(shè)方式水庫蓄水以后,土工膜內(nèi)側(cè)(臨水面)和外側(cè)(臨岸面)水位都很高,水庫水位降落時,土工膜外側(cè)水頭將反壓土工膜導(dǎo)致失穩(wěn),尤其是首部(即土工膜上游起端)外水壓力高,問題最嚴(yán)重(內(nèi)、外水壓如圖7(a)所示),這是因為水庫水位降落時或降落后,土工膜外水位短期內(nèi)不會下降,而內(nèi)水位已下降,此時土工膜受很大外水壓力,因此要保持土工膜和護(hù)坡穩(wěn)定,必須采取有效措施。根據(jù)受外水壓力大小及庫水位變化范圍,對岸坡土工膜鋪設(shè)分別采取如下三種不同方式,如圖7(b)、圖7(c)、圖7(d)。為了減小岸坡外水壓力,在混凝土護(hù)坡上均設(shè)置排水孔,以求在庫水位下降時土工膜外側(cè)的砂土內(nèi)水位同步下降,避免岸坡護(hù)面失穩(wěn)。水庫水位降落速度較快的區(qū)間是從水位180m降至173m,水庫蓄滿時,岸坡土工膜外側(cè)水壓力線見圖7(a)從上游起端至壩趾的斜虛線,庫水位迅速降至173m時,0+100～0+20受外水壓力較大,故岸坡采取圖7(b)加筋及復(fù)合土工膜防滲和混凝土護(hù)坡方式。0+20～0-66已不受外水壓力。故岸坡采取圖7(c)較簡單方式。但從173m降至死水位168m時仍有外水壓力,因降落次數(shù)較少,故岸坡采取圖7(d)更簡單的方式。(4)縫上土工膜應(yīng)力應(yīng)變分析岸坡防滲的復(fù)合土工膜內(nèi)側(cè)(臨水面)與混凝土護(hù)坡接觸(見圖7(b)),水庫降落時,岸內(nèi)水壓力使復(fù)合土工膜壓向護(hù)坡混凝土。薄層護(hù)坡混凝土容易發(fā)生裂縫,特別是薄層混凝土和墊補的塊體混凝土間更易發(fā)生裂縫。假定裂縫寬10mm,用薄膜理論公式計算土工膜的拉應(yīng)力。長條縫上土工膜的拉應(yīng)力用式(3)計算。水壓力P=200kPa,b=0.01m,則T=0.408/。選用加強型雙面聚乙烯膜,單位重180g/m2,兩面膜各厚0.3mm,斷裂強度11.81kN/m,斷裂伸長率20%,其拉應(yīng)力拉應(yīng)變曲線為直線T=59ε.此直線與曲線T=0.408相交于T=2.1kN/m,ε=3.5%。應(yīng)力安全系數(shù)為11.81/2.1=5.6,應(yīng)變安全系數(shù)為20%/3.5%=5.66,都滿足安全系數(shù)的要求。小青溝二庫壩址地質(zhì)條件特殊,地基和岸坡全部是中細(xì)砂?；鶐r埋藏很深,沒有土料,只能用中細(xì)砂筑壩。1992年邀請本文作者到現(xiàn)場考察,乃提出用復(fù)合土工膜作水平鋪蓋,岸坡用土工織物加筋土工膜防滲,壩面用復(fù)合土工膜為防滲斜墻的方案。然后由遼寧水利科學(xué)研究院設(shè)計研究,彰武縣水利局為業(yè)主組織施工,1995年建成,運行令人滿意。這種壩型在廣大的沙漠地區(qū)可以推廣應(yīng)用。1.7jibia水庫(1)壩體及壩體材料Jibiya壩位于尼日利亞北部,壩高23.5m,壩長3600m,壩址是沙漠地帶。河床兩岸表層為風(fēng)成砂,厚5～10m,d50從0.15mm到0.2mm。<0.074mm顆粒含量占5～25%,滲透系數(shù)1×10-3cm/s,內(nèi)摩擦角φ=30°,河床出露地層與兩岸基本相同。風(fēng)成砂<0.074mm顆粒含量占3～10%,滲透系數(shù)1×10-2cm/s。河床下層為厚1～3m的沖積層含礫粘土,滲透系數(shù)1×10-3～1×10-5cm/s。基巖為片麻巖和閃長巖,風(fēng)化層厚10m以上。以下為裂隙巖層,厚10～30m,下面為堅硬片麻巖。筑壩材料主要用風(fēng)成砂,碾壓鋪土層厚40cm,壓實含水量8%±2%,干容量19kN/m3,為最大干容重的97%。設(shè)計采用內(nèi)摩擦角φ=36°。開采閃長巖塊石經(jīng)軋石機(jī)破碎分選,大塊作塊石排水體,小塊作下游壩面護(hù)坡,并作混凝土骨料。壩的上游趾部打設(shè)塑性混凝土防滲墻達(dá)風(fēng)化基巖。兩岸風(fēng)成砂和沖積層厚度較大,塑性混凝土防滲墻未延伸到兩岸,而用土工膜作水平鋪蓋,采用滲透比降0.025計算水平鋪蓋的長度。下游壩趾設(shè)水平排水堆石體。上游壩被1:3,鋪土工織物、復(fù)合土工膜,土工織物共三層,現(xiàn)澆厚8cm混凝土護(hù)坡。下游坡鋪土工織物,再鋪25mm～150mm碎石護(hù)坡,河槽部位壩斷面見圖10。河灘和岸坡部位為壩坡復(fù)合土工膜接上游水平鋪蓋土工膜防滲,壩斷面未示。(2)復(fù)合土工膜的制備土工膜在現(xiàn)場焊接,首先要考慮其易焊性、丁基橡膠(IIR)、氯磺化聚乙烯(CSPE)只能膠接,故不采用。因當(dāng)?shù)貧鉁刈兓瘎×?故土工合成材料要考慮形態(tài)上的熱穩(wěn)定性,設(shè)計規(guī)定以1%作參考,因此高密度聚乙烯(HDPE)也不采用,只有聚氯乙烯(PVC)較適宜。對PVC膜和復(fù)合土工膜作了高溫和有水的耐久、老化和損失試驗以作比較。試驗標(biāo)準(zhǔn)及極限值見表1。對幾種PVC膜和復(fù)合土工膜作了上述試驗比較,復(fù)合土工膜是PVC+PEPT(聚脂針刺織物)。最后選定GE:ODAM2.1/400。這是噴涂在50g/m2玻璃纖維加筋的PVC4層,共厚2.1mm的膜,再熱壓在400g/m2聚酯針刺織物(PEPT)一起的復(fù)合土工膜。這種復(fù)合土工膜的主要特性見表2。對上述選定的復(fù)合土工膜作了標(biāo)準(zhǔn)條樣單向拉伸試驗,另外在600mm直徑的壓力箱內(nèi)進(jìn)行了不同條縫寬度,不同水壓力的模擬試驗,按照試驗結(jié)果分析,在該壩實際水壓力200kPa條件下,縫寬達(dá)0.67m,該復(fù)合土工膜的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)栽跇O限范圍之內(nèi)。(3)卷材焊接規(guī)范壩坡上填土超填約1m厚,經(jīng)反鏟清理平整成設(shè)計坡,擊實后鋪復(fù)合土工膜。該復(fù)合膜以1.5×30m卷材提供,卷邊有0.06m留邊,以便焊接。卷材沿壩坡水平展開,卷材的上邊被固定在插入壩坡的鋼條上。卷材鋪平找齊,留邊搭接后,即可焊接水平縫,用電動雙軌熱電偶焊機(jī)焊接。如果電壓低溫度不夠,熱電偶調(diào)速器能使行走速度變慢,使單位長焊縫達(dá)到規(guī)定的焊接熱量。卷材接頭豎縫用一條同樣的PVC膜覆在縫上對接焊。壩上游趾部水平鋪設(shè)無織物的PVC膜,將混凝土防滲墻頂端封住,膜的端部埋在錨固槽內(nèi)(見圖10),槽內(nèi)澆筑自硬水泥砂漿。(4)砂性及滲透系數(shù)下游壩坡用150～25mm碎石護(hù)坡,為了防止坡面風(fēng)成砂被雨水沖入碎石孔隙中流失,需鋪土工織物隔離層。土工織物的有效孔徑按下式計算(P.Sembenelli,1990)式中EOS——有效孔徑;d50——砂的平均粒徑。當(dāng)U=2.5,d50=0.15mm,算出EOS=0.34mm。土工織物的滲透系數(shù)用下式確定:式中kg、Tg——土工織物的滲透系數(shù)、厚度;ks、Ts——砂的滲透系數(shù)、有效厚度。用Tg=0.003m,ks=1×10-7m/s,假定Ts=3m,算出kg=1×10-5m/s。采用POLYFELTTS750(聚丙烯纖維針刺土工織物),每卷寬4m,長100m。其特性見表3。Jibiya壩于1987年開工,1989年完工并蓄水。壩體填筑砂260萬m3,鋪設(shè)2.1mm復(fù)合土工膜13.5萬m2,鋪設(shè)0.7mmPVC膜3萬m2,鋪設(shè)土工織物34萬m2,澆筑混凝土板護(hù)坡13.5萬m2。蓄水運行情況良好。1.8王福水庫周邊(1)復(fù)合土工膜砂堤王甫洲水利樞紐位于丹江口水利樞紐下游30km的老河口市漢江干流上,樞紐抬高水位后,道兩岸圍堤需加高加固。圍堤全長12.6km,堤頂高程90.42m,正常蓄水位86.23m,堤高一般5～7m,最高13m,迎水面堤坡1:2.5,背水面堤坡1:2.5。堤體用砂礫石填筑。堤基為疏松的中細(xì)砂。用雙面復(fù)合土工膜鋪設(shè)在迎水坡面防滲,單面復(fù)合土工膜作水平鋪蓋防滲。堤最高處水平鋪蓋長80m,逐漸向堤較矮處減短,最短處25m,堤的典型剖面見圖11。此圍堤原設(shè)計為粘土心墻粘土鋪蓋砂礫堤體。粘土運距18km,后改為復(fù)合土工膜砂礫堤,節(jié)省直接投資2000萬元,縮短工期2～3倍。此項目被國家經(jīng)貿(mào)委和水利部定為示范工程。(2)雙抗型滌綸短纖非織造布用于上游坡面防滲的為雙面復(fù)合土工膜200/0.5PE/200,用于水平鋪蓋的為單面復(fù)合土工膜200/0.5PE。單面土工織物和雙面土工織物都是滌綸短纖非織品。供貨的復(fù)合土工膜四邊都預(yù)留未加復(fù)合的邊,以便焊接。復(fù)合土工膜幅寬4m。本工程用復(fù)合土工膜共計107.7萬m2。復(fù)合土工膜要求達(dá)到指標(biāo)見表4。(3)復(fù)合土工膜的鋪設(shè)圍堤水平砂基面即為土工膜的支持層,用推土機(jī)按設(shè)計要求清理干凈,除去樹木、草根和腐植土以及亂石堆、墳?zāi)购推渌s物,并回填井、塘、洞穴。達(dá)到平整度要