泸定水电站上游围堰土工膜斜墙施工技术

摘要：本文介绍了泸定水电站上游围堰土工膜斜墙分区铺设规划、下料设计、铺设焊接及锚固等施工方法，并介绍了土工膜斜墙施工质量控制要点，为类似工程土工膜斜墙快速、高效施工积累了经验。

关键词：泸定水电站；土工膜斜墙；施工技术

1 工程概况

泸定水电站为大渡河干流水电梯级开发的第12级电站，坝址位于甘孜藏族自治州泸定县境内，上距康定县城约44km，下距泸定县城约2.5km。

泸定水电站枢纽工程由粘土心墙堆石坝、三条泄洪洞、两条引水隧洞、调压室、压力管道及地面厂房组成，最大坝高84m，电站总装机容量920MW；水库正常蓄水位1378.0m，死水位1375.0m。工程等别为二等工程，工程规模为大（2）型。考虑到工程区紧邻泸定县城，坝址河床覆盖层深厚、地质条件复杂，工程失事影响严重，故提高挡水和泄洪建筑物级别为1级，引水建筑物、发电厂房按2级建筑物设计，永久性次要水工建筑物按3级建筑物设计。挡水和泄水建筑物按1000年一遇洪水设计，10000年一遇洪水校核；电站厂房按200年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核；泄洪消能建筑物按100年一遇洪水设计。

工程施工采用断流围堰、隧洞泄流、大坝基坑全年施工的导流方式。左、右岸各布置一条导流洞（泄洪洞），且分高低洞布置。左岸1#导流洞为低洞，前期参与截流，右岸2#导流洞（泄洪洞）为高洞，直接利用水工2#泄洪洞，在截流后第二年汛前投入使用。

根据水力学计算及导流整体模型试验，当遭遇导流设计标准洪水QP=5%=5460 m3/s时，1#、2#导流洞联合泄流，上游水位1338.50m，考虑安全加高及浪爬高，上游围堰顶高程1340.00m，最大堰高42m。堰顶宽10m，上游坡坡比1：2.25，下游坡坡比1：1.75，围堰顶轴线长约398.567m。截流戗堤布置在堰体上游，戗堤顶高程1314.00m，在戗堤上游堆筑防渗墙施工平台，平台顶高程1314.00m。堰体采用复合土工膜斜墙防渗，底部采用 30cm碎石垫层和200cm厚过渡料层进行保护；表面采用现喷10cm厚混凝土板进行保护。堰基防渗采用悬挂式塑性混凝土防渗墙，防渗墙深约40m，底部伸入基础相对隔水层②-3层，防渗墙厚0.8m。土工膜斜墙通过混凝土底座与防渗墙、堰肩及堰顶锚固，形成可靠的防渗体系。

复合土工膜为二布一膜型式，采用短纤针刺非织造HDPE复合土工膜，幅宽5m，土工膜和土工布应一次热压成型。复合土工膜应满足膜抗拉强度≥16KN/m，膜的断裂伸长率≥300%；复合土工膜断裂强力≥19KN/m，GBR顶破强力≥3.2KN/m，极限延伸率≥60%，耐静水压1.8MPa，剥离强度≥6N/cm。上游围堰复合土工膜规格为300g/1.0mmHDPE/300g。设计工程量约2.3万m2。上游围堰土工膜斜墙布置见图1。

泸定水电站上游围堰采用一次性填筑到顶，一次性铺设土工膜斜墙。土工膜斜墙施工工程量大，工期紧，由于上游围堰为大坝组成部分，土工膜斜墙施工质量要求高。土工膜斜墙施工前，根据上游围堰迎水面实际体型特点先进行土工膜铺设分区规划和下料设计，对每块铺设区域进行编号，开始铺设后，按编号进行各区域土工膜铺设施工。土工膜下料、铺设焊接、锚固及保护等施工过程中，制定切实可行的施工工艺措施和质量控制要求，使土工膜斜墙按期和保质保量完成。

图1 上游围堰复合土工膜布置图（尺寸标注：cm，高程：m）

2、主要施工技术方案

2.1土工膜分区铺设规划

根据上游围堰土工膜斜墙布置特点，土工膜斜墙与眼前防渗墙通过水平盖板混凝土连接锚固，水平盖板内设置钢筋网，如在土工膜铺设一次性完成后再进行盖板混凝土施工，则无法满足工期及度汛要求。为提前进行水平盖板混凝土施工，缩短直线工期，在浇筑水平盖板混凝土时，沿围堰轴线方向埋设一条土工膜。其余的土工膜均按照平行于水流方向即垂直于围堰轴线方向铺设，自堰顶向堰脚铺设，堰脚位置与横向铺设的土工膜焊接。

2.2土工膜下料设计

沿堰脚锚固槽通常铺设横向土工膜，垂直于围堰轴线方向自左岸向右岸进行分区下料，为避免在围堰轴线拐点附近出现重叠的“三角区”，轴线拐点至右岸部分的土工膜保持与左岸的土工膜平行下料。下料长度考虑锚固长度、伸缩节、焊接搭接宽度以及设计要求的铺设松弛余量等，因土工膜各幅长度、宽度不同，在下料设计时，按照一定的顺序进行编号，并按照编号编制土工膜下料设计表，确定各幅土工膜的长度及相关参数。土工膜分区规划及下料设计见图2和表1。

图2上游围堰土工膜斜墙分区规划及下料设计图

表1上游围堰土工膜斜墙下料参数表

2.3土工膜供应

土工膜由专业生产厂家供应，严格按照设计技术要求进行生产，按照下料设计表进行裁剪，分卷包装与编号标识。单幅宽度5.0m，两侧边及焊接端预留10cm搭接长度，锚固端预留50cm的光膜锚固长度。

2.4土工膜存储与转运

进场土工膜临时存放在仓库内，采用雨布覆盖，避免受日晒、雨淋。土工膜单卷较重，采用25t汽车吊吊装至载重汽车内，运至工作面后，采用汽车吊卸车。

2.5土工膜铺设方案

横向铺设的土工膜根据盖板混凝土施工进度，整体自左岸向右岸铺设，垂直于围堰轴线方向的土工膜在完成垫层料斜坡碾压后铺设，沿坡面采用人工自上而下铺设，坡底与横向铺设的土工膜形成“T”形接缝。

2.6焊接及锚固方案

复合土工膜焊接采用热熔焊法。坡顶、坡脚及趾板位设置锚固槽，锚固槽外设置伸缩节。

2.7土工膜保护层施工

土工膜铺设、焊接完成后应及时喷混凝土覆盖，防止风吹及复合土工膜暴晒老化。喷混凝土采用现场自拌，采用喷射机施喷。

3 土工膜施工工艺措施

3.1土工膜施工工艺流程

土工膜施工工艺流程见图3。

合格 合格

不合格

不合格

合格

合格 合格

图3 复合土工膜施工工艺流程图

3.2主要施工方法

3.2.1施工准备

1）复合土工膜在使用前委托专业检测机构对产品的各项技术指标进行检测，各项指标均符合标准规定和设计要求方可用于施工。

2）坡面的清理、平整场地，清除一切尖角杂物，欠坡回填夯实、富坡削坡挖平，并经斜坡碾压合格，为复合土工膜铺设提供工作面。

3）施工前应根据图2和表1所示下料设计，按编号一 一对应的将土工膜运至现场。土工膜在运输过程中不得拖拉、硬拽，避免尖锐物刺伤。

3.2.2铺设安装施工

1）坡面的铺设控制：土工膜在铺设前，先对铺设区域进行复检，再将编号区域对应的土工膜搬运到工作面，铺设时根据现场实际条件，采取从上往下 “推铺”的方式铺设，铺设前，采用φ48钢管作为滚轴，滚轴两端设置拉绳，人工自坡顶沿坡面下放推铺。在1：2.612斜坡段及左岸趾板附近土工膜两端均存在斜角，必须合理裁剪，确保上下端足够的锚固长度。

2）对正、搭齐：土工膜的铺设应平整顺直，避免出现褶皱、波纹，以使两幅土工膜对正、搭齐。搭接宽度10cm。

3）压膜的控制：用砂袋及时将对正、搭齐的土工膜压住，防止风吹扯动。

4）纵向接缝：上坡段土工膜在上，下坡段在下，并且留有足够的搭接长度。

5）铺设施工气候要求：气温 5―40℃为宜，考虑到土工膜的热胀冷缩性，气温较低时土工膜的铺设应紧一些，气温较高时应松弛；风力超过4级停止施工。

6）为了便于拼接，防止应力集中，土工膜铺设采用波浪形松驰方式，富余度约为1.5%，摊开后及时拉平，拉开，要求土工膜与坡面吻合平整，无突起褶皱。

3.2.3土工膜的拼接

复合土工膜焊接采用热熔焊法施工，拼接包括土工布的缝接、土工膜的焊接，为了确保焊接质量，焊接应尽量在厂内进行，但考虑到施工方便，土工膜幅宽又不应太宽，必须在施工现场拼接。

1）焊接设备

土工膜焊接由经培训合格的专门人员操作，采用热合土工膜焊接机焊接，土工布采用手提式封包机缝接。

2）焊前准备

焊接前用电吹风吹去膜面上的砂子、泥土等脏物，保证膜面干净，在焊接部分的底部垫一条平整的长木板，以便焊机在平整的基面上行走，保证焊接质量。

3）试焊

正式焊接前，根据施工气温进行试焊，确定行走速度和施焊温度，一般掌握行走速度1.5～2.5m/s，施焊温度为220～300℃。

试焊过程中需要注意的事项：

①试验性焊接在土工膜试样上进行，以检验和调节焊接设备。

②试验性焊接是在与生产性焊接相同的表面和环境条件下进行的。

③焊接设备和焊接人员只有成功完成试验性焊接后，才能进行下一步的生产性焊接。

4）生产性焊接

试验性焊接各项指标达到设计要求后，方可进行生产性焊接。把焊机调整到通过试验性焊接时的最佳参数，在设计要求的搭接宽度条件下，自动焊接，焊缝“平整、牢固、美观”。

当出现虚焊、漏焊时，必须切开焊缝，使用焊枪对切开部位进行补焊。双缝焊接机不能操作的地方需用焊枪进行修补。

5）焊缝检测

焊缝的检测分为：目测和检漏试验（非破坏性）。

①焊缝的目测：复合土工膜焊接好后，观察有无漏接，接缝是否烫损，有无褶皱，是否拼接均匀等。

②非破坏性检测：充气（双焊缝）。

a、双焊缝充气检测：通过检查双缝的气密性来判断其焊接质量好坏的非破坏性检测手段。在气腔内封闭一定压力的气体，通过检测针上附带压力表的变化来判断其气密性。

b、仪器的组成：压缩装置，能产生0.15--0.20Mpa的压力，并装有压力表的空心针。

c、程序：充气0.15--0.20 Mpa的压力，保持2分钟以上即为合格；如压力表稳定不住，则一面保持一定的压力，一面对外侧焊缝涂抹肥皂液检验，如无漏气也认为合格（即对另一条漏气焊缝不做处理）。

6）缺陷的修补

对在检测中所发现的缺陷，应及时修补；不能立刻修补的，要做特种标记，以防漏补。

各种空洞的修补：根据洞的大小而定，当洞大于5mm时，应用10厘米圆形或椭圆形的衬垫修补。对于小的针眼或空洞，可以用点焊。

3.2.4伸缩节设置

在锚固槽（沟）外，按设计要求预留0.5m伸缩长度的土工膜，以备局部下沉拉伸。单折长度为0.5m。堰脚及趾板的伸缩节在完成锚固后施工，堰顶的伸缩节在锚固前施工。

4.2.5土工膜的锚固

复合土工膜的锚固分为与堰脚混凝土底座锚固、与左堰肩混凝土基座以及与堰顶锚固沟的锚固。

下端锚固：复合土工膜埋入底座混凝土中的长度不小于1.3m，端部预留50cm的光膜。为确保土工膜与锚固槽混凝土的结合质量，首先在锚固沟底部浇筑一层混凝土，再铺设土工膜，最后再浇筑一层混凝土将土工膜覆盖。

侧面、上端锚固：复合土工膜左侧端锚固在左堰肩混凝土底座齿槽内，顶部锚固在堰顶锚固沟内。其埋入混凝土的长度不小于1.0m, 其锚固段端部50cm将上下层土工布要剥离成光膜。首先将土工膜铺好，锚固段土工膜利用钢筋或膨胀螺栓固定在设计位置，然后进行其锚固部位的混凝土浇筑，混凝土浇筑过程注意对其进行保护，防止位置产生移动或变形。

4.2.6土工膜保护

堰脚土工膜铺设完成后，及时将土工膜向上游翻折，并采用彩条布覆盖，避免受日晒，禁止上部弃渣砸坏土工膜。对于坡面铺设的土工膜，随铺随施工喷混凝土，对于铺设完成后不能及时喷射混凝土的，则采用彩条布及时覆盖保护。

上游围堰土工膜斜墙施工工序见附图4。

图4土工膜斜墙施工工序图

4 复合土工膜施工质量控制要点

4.1 原材料质量控制

进场的复合土工膜必须有厂家提供的合格材质证书，否则不能用于工程施工。复合土工膜进场后，在各方见证下，随机抽取复合土工膜样品，委托专业检测结构进行复检，复检结果合格后方可用于工程施工。

4.2施工过程质量控制

4.2.1铺设过程质量控制措施

1）铺设应在干燥暖和的天气进行；

2）铺设得不应过紧，应该留足余幅（约1.5%），以便拼接和适应气温变化；

3）铺设时随铺随压，以防风吹；

4）接缝应与最大拉力方向平行；

5）坡面弯曲处特别注意剪裁尺寸，必须平顺；

6）施工时发现损伤，应及时修补；

7）应密切注意防火，严禁将火种带入施工场地，特别施工人员不得抽烟；

8）施工人员应穿无钉鞋或胶底鞋；

9）车辆等机械不得碾压土工膜面及保护层。

4.2.2焊接质量控制措施

1）焊接时基底表面应干燥，含水率宜在15%以下，膜面应清除油脂、水分、灰尘、垃圾和其他杂物。

2）在复合土工膜搭接处，应去掉皱折，当皱折大于10厘米时，采用圆形或椭圆补丁，补丁大小应超出切口周边5厘米。

3）施工宜在气温5°C以上、风力4级以下并无雨雪天气进行，当环境温度和不利的天气条件严重影响复合土工膜焊接时，应停止作业。

4）尽量减少边脚和零星土工膜的焊接。

5）焊接边坡时，焊缝长度方向应沿坡度延伸，不能横穿。

6）应对焊接机定时保养，要经常清理焊接机设备中残留物。

7）如果焊接在晚上操作，应有充足的照明。

8）在焊接操作时应有焊接主管人员进行监督。

5 斜墙复合土工膜施工主要设备

根据工期要求，复合土工膜施工主要施工设备配置见表1。

表1 复合土工膜施工设备配置表

设备名称 型号及规格 数量 备 注

焊接施工设备 土工膜专用焊机 2台

土工膜加工设备 1套

汽车吊 25t 1台

载重汽车 1台

膜面清理设备 吹风机 4台

测量及试验设备 全站仪 莱卡 1台

试验设备 1套

6 结束语

由于泸定水电站上游围堰土工膜斜墙在施工前进行充分的铺设分区规划和下料设计，土工膜铺设、焊接及锚固施工方法科学合理，将原计划30天的施工工期缩短为10天，为泸定水电站2010年安全度汛奠定了基础，大坝基坑开挖期间，基坑渗水量小，围堰后堰坡及堰脚未发现渗水，从而证明了泸定水电站土工膜斜墙施工质量可靠。

参考文献：

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。