浅议土工合成材料在水库土坝加固中的应用

摘要：通过对我国目前水库除险加固工程的调查和研究，结合工程实际对土工合成材料优缺点以及在部分土坝加固中的技术应用加以浅议，以期起到应用新材料、推发新技术的目的。

关键词：水库土坝除险加固 土工合成材料 综合处理 新技术

1我国病险水库概况

1.1水库概况

我国现有各类水库84926座，其中大型水库415座，属水利部门管理的342座，中型水库2618座，小型水库81893座，而土坝占水库总数的70%。目前全国病险水库有37000座，约占全国现有水库总数的44%。

1.2病险水库除险加固基本情况

国家对水库加固十分重视，1998年以来中央对2381座病险水库进行了除险加固，目前已经完成了2190座大型水库和中型水库的除险加固任务。小型水库加固工作正在有序进行。

2病险水库存在的主要问题

1.1水库基本组成

绝大多数水库主体建筑物由大坝、溢洪道、输水洞三部分组成，大坝作为最重要的永久建筑物，主要起拦蓄来水的作用；溢洪道和输水洞均有下泄来水的作用，但溢洪道主要用来下泄来势较大的洪水，保证水库的防洪安全，输水洞一般用来有序利用水库蓄水，发挥水库兴利效益。

1.2病险水库存在主要问题

参阅部分水库安全鉴定结论和水利部安全管理中心的核查意见，病险水库土坝一般主要存在以下问题。（1）大坝坝顶欠高，水库大坝防洪能力不满足规范要求；（2）大坝坝坡抗滑稳定安全系数不满足规范要求。（3）大坝浸润线不正常，运行过程中，出现渗流异常现象；

3 水库土坝加固的研究

在全国已建的水库中，土石坝占70%，本文主要研究土工合成材料在土坝除险加固中的应用，并通过实例体现新技术、新措施的优势。大坝，它的安全不仅关系到发挥防洪、供水等效益，也关系到下游人民生命财产的安全，因此大坝加固亦是工程的的重点。大坝加固主要解决：坝高不满足防洪安全的问题、坝坡不稳定和大坝渗漏的问题。

本文提出采用当代先进加固技术――土工合成材料对土坝加固，并介绍了其主要特点。

3.1土工合成材料简介

土工合成材料是一种新兴的岩土工程材料，可以分成土工织物、土工膜、土工复合材料和特种土工合成材料。它以人工合成的聚合物，如塑料、化纤、合成橡胶等为材料，制成各类各型产品，至于土体内部，表面或者各层土体之间，发挥加强或者保护土体的作用。目前，土工合成材料已经在水利水电、建筑、公路、铁路、港口等工程中推广使用。

3.2土工合成材料的功能概述

土工合成材料的应用非常广泛，总结起来有下列五种基本功能：

1过滤作用，即把土工织物置于土体表面或相邻土层之间，可以有效地阻止土颗粒的通过，从而防止了由于土颗粒的过分流失而造成的渗透变形；2排水作用。有些土工合成材料可以收集土体中的水分，并沿着土工合成材料内的通道，把水排出土体中，加速土体固结，或者减小土体内的渗透压力；3加筋作用, 主要是一些特种土工合成材料，埋设在特定的方向，利用其抗拉强度，限制侧向位移，增强土体的稳定性；4防渗作用。土工膜和某些复合型土工合成材料，可以防止液体渗透、气体的扩散。5防护作用，多种土工合成材料铺设在建筑物表面，可以防止水流的冲刷。

由于以上功能，土工合成材料广泛使用在各种土木工程中，在水库除险加固中，也尝试针对工程实际问题，采用土工合成材料对土坝加固。

3.3土工合成材料在土坝上、下游坝坡稳定问题上的应用

坝高不满足防洪要求、坝坡不稳定的处理，传统的做法是：加大坝高，上、下游坝坡培厚。这种方法有以下后果：放缓的坝坡占用上、下游空间，导致水库上游库容减少、下游占用大量耕地，弊端在大坝较高时体现的尤其明显。如果采用新技术将新型材料――土工格栅分层植入上、下游坝坡，增大坝坡填土的抗拉、抗压力度，起到增大坝坡稳定性的效果，仅对坝顶进行局部加高，不进行上、下游坝坡培厚，则可达到节约耕地、少占水库库容，减少工程投资的效果。此外，土工格栅加固法，还具有施工便捷，工期短，不受气候影响等优点。

广州岑村水库为一小（2）型水库，位于铁炉山公园西南侧，总库容25.18万方，岑村水库大坝为均质土坝，坝顶高程42.5m，坝基高程29.0m，最大坝高13.5m，顶宽7m，有交通要求。上游游坝坡1:1.5，下游坝坡1:1.5，除险加固中，该水库大坝上、下游坝坡均不满足稳定要求，若采取上、下游覆坝的方法，则：将减少近2.5万方兴利库容；同时下游存在拆迁问题，难以解决，效果不佳。设计中采用对水库大坝上、下游坝坡分层植入土工格栅的办法，以增加坝坡整体稳定性，使坝坡稳定问题得到很好解决，同时，减少了施工用地，减少工程投资76万元，取得很好的社会效益。该大坝填填土受力原理见下图：

3.4 土工合成材料在土坝防渗问题上的应用

土坝渗漏是一个严重的问题，一般采取做混凝土防渗墙或帷幕灌浆进行处理。该方法防渗效果较好，但存在对地质勘探要求高、投资大、施工难的问题。采用易于施工，也较为经济的上游坝坡铺设一层土工膜防渗是很好的处理办法。这种方法对地质勘探要求很低，施工便捷、周期短，投资较小，效果很好。

我国广西田村水库土石坝，坝高48米，坝顶长139米。原设计用粘土作为心墙防渗体，但施工中，坝高筑到10米后，阴雨绵绵，致使粘土含水量高，无法使用。则改用溢洪道开挖的风化砂填筑心墙，在其表层铺设土工膜，并将土工膜底端埋设在上游面粘土内。很好的克服了施工难的问题，并取得很好防渗效果。

3.5合成材料在水利工程其他方面的应用

我国三峡工程，一期围堰和二期围堰的上部都采用了复合土工薄膜心墙防渗结构。一期围堰土工薄膜的底端与围堰下部的柔性材料防渗墙相连接；二期围堰土工薄膜的底端与围堰下部的塑性混凝土防渗墙相连接。在这个世纪大工程的施工过程中立了功。

最近以来，人们对土工合成材料加筋土结构在与环境保持和谐一致方面也作了尝试，用土工格栅加筋、带有面板的加筋体表面依然很美观，特别是在加筋体表面铺设三维植草网垫之后，更能美化环境，可见合成材料应用领域还有很大开拓空间，应该重视并延伸。

4 结语

综上所述土工合成材料有以下优点和优势：

1性能优越

土工合成材料应用于土体结构之后，高分子材料的优势都能充分发挥，产生良好的效果；

2施工方便、快速

土工合成材料本身重量轻，多为卷材，铺设或者安装都很方便。特别是早期在土工膜的接缝方面，只是简单的搭接或粘合剂粘结，现在已经可以焊接，超声波接缝等等。此外与土方回填碾压及混凝土浇筑相比，土工合成材料的铺设受天气的影响小。

3耐久性好，及时需要更换土工合成材料，也比较方便。

4价格低廉，使用土工合成材料，往往比其他工程措施要经济廉价。

目前我国土坝的除险加固工程措施还比较传统，大量新技术、新材料没有得到推广和应用，客观上对国家资金造成一定程度的浪费，同时，也不利于新兴土工合成材料产业在水利行业的发展,通过以上对合成材料的优势和具体实践应用，希望合成材料在水利工程上的应用更加广泛。■

参考文献

1．张光斗，王光纶《水工建筑物》。水利电力出版社，1992

2．潘家铮，何《中国大坝50年》中国水利水电出版社，2000

3.白永年《中国堤坝防渗加固新技术》中国水利水电出版社，2001

4.《碾压式土石坝设计规范》(Sl274-2001)

5．《堤防工程设计规范》（GＢ50286――98）