浅析复合土工膜在母活沟水库工程坝体防渗中的应用

摘要：本文主要介绍了复合土工膜的定义及其作用，以及复合土工膜在母活沟水库坝体防渗处理中的应用及其技术方案，同时指出了复合土工膜在坝体防渗铺设中应注意的问题。

关键词：复合土工膜、母活沟水库、坝体、防渗

中图分类号：TV62 文献标识码： A 文章编号：

复合土工膜

复合土工膜分为一布一膜和两布一膜，宽幅4-6m，重量为200—1500g/m2，抗拉、抗撕裂、顶破等物理力学性能指标高，产品具有强度高，延伸性能较好，变形模量大，耐酸碱、抗腐蚀，耐老化，防渗性能好等特点。能满足水利、市政、建筑、交通，地铁、隧道、工程建设中的防渗，隔离，补强，防裂加固等土木工程需要。由于其选用高分子材料且生产工艺中添加了防老化剂，故可在非常规温度环境中使用。常用于堤坝、排水沟渠的防渗处理，以及废料场的防污处理。

项目背景

2.1水库简介

母活沟水库位于内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗东北部，水库地处黄河一级支流窟野河流域的二级支沟——母活沟上，枢纽位于母活沟沟口以上3.3km处，西距伊金霍洛旗政府所在地阿腾席热镇30km。坝址以上流域面积48km2。

母活沟水库任务为以工业供水为主，兼顾生态用水和灌溉。水库总库容860万m3.。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000，以及保护对象的重要性，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物级别为4级。设计洪水重现期为30年，校核洪水重现期为300年；泄水建筑物消能防冲设施设计洪水重现期为30年，临时性建筑物设计洪水重现期为5年。

主要建筑物包括大坝、泄洪洞。大坝为非土质防渗体材料坝，坝体防渗采用复合土工膜防渗，坝基采用高压喷射灌浆防渗。

2.2坝址处工程地质

地质资料表明，母活沟水库坝址处左岸段长77m，为曲流型河流凹岸，边坡60°。中上部分布有Ⅱ级阶地，阶面高程1268.85m，冲积含砾中细砂厚1.4m，上覆6m厚的全新统风积中细砂。堆积阶地下为下白垩统伊金霍洛组（K1y2）棕红色砂岩、泥质砂岩，具大型交错层理构造；K1y2顶部强风化层厚4.9m，岩层透水率q=7—10Lu，为弱透水岩层；底部弱风化层为棕红色夹灰白色砂岩，岩层透水率q=3.4—3.6Lu，亦为弱透水岩层。

风积中细砂地基承载力标准值180—250KPa；岩石软化系数Kc=0.2，地基容许承载力〖R〗=480KPa。

河床段长165 m，左岸分布有Ⅰ级阶地，阶面高程1247—1249m。河漫滩宽阔，地形平缓。河流冲积层厚5—10m，岩性为中细砂，局部地段含砾石，含量小于10%，K=5.78×10－3cm/s；下部为伊金霍洛组砂岩、泥质砂岩;顶部强风化层厚1.4—4.5m，下部为弱风化岩层，岩层透水率q＜10Lu，属弱透水岩层。

右岸段长157m，为曲流型河床凸岸下游，上部为风积中细砂，结构中密，K=5.78×10-3㎝/s,属中等透水岩层，局部含砾石透镜体。下部为白垩纪伊金霍洛组棕红色砂岩、泥质砂岩，顶部强风化层厚度约13.5m，q=7.13Lu，弱透水岩层。底部弱风化岩层透水率q=2.2—3.7Lu，亦为弱透水岩层。岩石软化系数Kc=0.2，地基容许承载力[R]=480KPa。

2.3天然建筑材料及坝型选择

根据地质勘探资料，河床覆盖层较厚，不具备修建其它坝型的条件，只能修筑土石坝，土石坝坝型选择的有关因素很多，其中最主要的是坝址附近的筑坝材料， 除了含有腐植质太多的土料外，所有土石料均可筑坝，只要适当配置在坝体的一定部位即可。通过对碾压式土石坝常见的三种坝型进行了分析比选，由于母活沟水库坝址处广泛覆盖风积沙、粉土质砂，缺少筑均质坝和土质防渗体分区坝的筑坝材料，因此母活沟水库大坝的坝型采用非土质防渗体坝。

母活沟水库除险加固坝体防渗技术方案

母活沟水库大坝防渗设计参照近年来国内土坝防渗资料，坝体采用新型材料复合土工膜防渗。

3.1材料选择

为增加膜与坝体的摩擦力，并保护土工膜和排除膜下积水，复合土工膜采用两布一膜聚乙烯（PE）复合土工膜 。PE土工膜物理力学性能指标应符合下列要求：

密度（ρ）不低于900kg/m3 ；

破坏拉应力（б）不应低于是12MPa；

断裂伸长率（ε）不应低于300%；

弹性模量（E）在5℃不应低于70MPa；

抗冻性（脆性温度）不应低于-60℃；

联接强度应大于母材强度；

撕裂强度应大于或等于是40N/mm；

抗渗强度应在1.05Mpa水压下48h不渗水；

渗透系数应小于10-11cm/s。

母活沟水库大坝设计的防渗膜为两布一膜，其中PE膜厚为0.5mm，布为700g/m2。

3.2铺设范围

母活沟水库大坝防渗复合土工膜的铺设范围为：上至校核洪水位以上0.5m，下与坝基防渗墙相接，左右两坝肩与山体锚固连接。

3.3防渗结构设计

工程采用埋铺式防渗，PE复合土工膜的铺膜范围为全铺式。首先将上游坝坡碾压回填使坝坡达到1：2.0，然后铺膜、细砂保护层、砂砾石过渡层及水泥砂浆垫层。最后浇筑砼护坡。详见母活沟水库大坝坝体防渗结构图3-1。

图3-1母活沟水库大坝坝体防渗结构图

3.4防渗土工膜与坝肩及坝基防渗体的衔接

坝体防渗体与坝基防渗及两坝肩的衔接至关重要，只有将坝体防渗与坝基防渗体及两坝肩有效衔接，形成一个封闭的防渗体系，整个大坝的防渗才能发挥作用，才能减少水库渗漏，防止出现渗透破坏。

根据地质资料表明左坝肩覆盖层较薄，故左坝肩防渗采用在坝肩岩石中开凿截渗槽，岸坡截水槽深2m，槽宽1.2m，坝体土工膜延伸到槽内，土工膜伸入砼内1m然后用砼回填，右坝肩覆盖层很厚且覆盖层均为流沙难以开槽只能采取坝体防渗膜向右岸上游延伸后锚固的方案防渗，土工膜向上游铺设50m，锚固槽为梯形断面，底宽1.5m，深2.0m，槽内边坡1：1.5，土工膜在槽内锚固长度大于2.0m，复合土工膜与坝基防渗墙的衔接方式为：在坝基防渗墙顶部沿防渗墙顶线开挖锚固槽，锚固槽为梯形，在槽下半部分浇筑砼将复合土工膜锚固起来，在锚固槽上半部分用粘性土回填，复合土工膜在坝顶的锚固也是采用锚固槽锚固，复合土工膜与各部分的衔接和锚固方法详见图3-2。

图3-2母活沟水库坝体复合土工膜与各部分衔接图

防渗效果及施工中应注意事项

母活沟水库大坝坝体采用复合土工膜防渗，既解决了当地防渗土料不足的问题，又降低了工程造价，而且取得了较为满意的防渗实效果，满足了设计要求，总结经验，在设计施工中应特别注意以下几点：

（1）要取得较好的防渗效果，要特别重视土工膜与相邻各部分的衔接设计。

（2）使用须采用埋入式：覆盖厚度不宜小于30cm。

（3）防渗系统应有：垫层、防渗层，过渡层、保护层组成。

（4）土体要坚实，避免不均匀沉陷，裂纹，防渗范围内的草皮、树根要清除，与膜接触面铺设粒径小的沙土或粘土作防护层。

（5）铺设时复合土工膜不要拉得太紧，预留适当的富余度，两端埋入土体部分最好呈波纹状，特别是与刚性材料锚固时，应留有一定的伸缩量。

（6）施工时，应避免石块，重物直接砸在土工膜上，最好边施工，边铺设膜，边覆盖保护层。