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      復(fù)合土工膜在萬秀橋水庫除險加固工程中的應(yīng)用

      2015-04-05 19:26:52吳吉剛馮建國
      四川水利 2015年1期
      關(guān)鍵詞:土工膜墊層坡面

      吳吉剛,馮建國

      (鄰水縣水務(wù)局,四川 鄰水,638500)

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      工程整治

      復(fù)合土工膜在萬秀橋水庫除險加固工程中的應(yīng)用

      吳吉剛,馮建國

      (鄰水縣水務(wù)局,四川 鄰水,638500)

      本文論述了復(fù)合土工膜在萬秀橋水庫土石壩防滲處理中的應(yīng)用,采用復(fù)合土工膜斜墻防滲處理,防滲效果良好,具有推廣價值。

      復(fù)合土工膜 大壩 除險加固 萬秀橋水庫

      1 概況

      萬秀橋水庫位于四川省廣安市鄰水縣石永鎮(zhèn)境內(nèi),距縣城約60km,水庫總庫容2363萬m3,興利庫容1290萬m3,是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主,兼有防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等功能的中型水利工程。水庫于1977年4月動工修建,1987年6月完工。整個樞紐工程由大壩、溢洪道、放水和放空設(shè)施組成。

      大壩為土石混合壩,壩頂長185m,壩頂寬度6.0m,壩高43.5m,壩頂高程為383.5m,正常蓄水位381.6m。溢洪道位于大壩左側(cè)200m埡口處,是進(jìn)口為低堰有閘控制的開敞式溢洪道,堰頂高程378.1m,堰寬5m,弧形閘門尺寸5m×3.5m(寬×高),堰后接陡槽,末端挑流消能。放水設(shè)施由放水洞和放空洞組成,均采用圓形豎井塔式進(jìn)水口。放水洞進(jìn)口底板高程369.9m,放水流量3.5m3/s;放空洞進(jìn)口底板高程349.91m,放空流量6.0m3/s。

      水庫運行20多年,樞紐工程出現(xiàn)了多處隱患,存在水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)不達(dá)標(biāo),大壩變形,上、下游壩坡不穩(wěn),壩體、壩基和壩肩滲漏嚴(yán)重,溢洪道、放水和放空設(shè)施不能正常運行等問題,嚴(yán)重影響水庫運行安全和工程效益的發(fā)揮。2002年12月,經(jīng)水利部大壩安全管理中心核定,萬秀橋水庫大壩為三類壩。

      2 除險加固設(shè)計方案選擇

      通過多方案經(jīng)濟、技術(shù)比較,結(jié)合本工程的壩體材料與施工條件等實際情況,在原初設(shè)審批方案基礎(chǔ)上,為便于兩壩肩銜接,經(jīng)上級審批的大壩優(yōu)化方案為:壩軸線下移7.5m,壩頂寬6m,壩頂長198m,上游壩坡從高程369.5m至壩頂按1∶2.5削坡;在原粘土心墻銜接處378.00m高程以上,填筑強風(fēng)化泥巖石渣作為防滲體;并在上游壩坡369.50m~383.00m高程鋪設(shè)土工膜,土工膜下部與防滲帷幕連接。下游壩坡從壩頂至壩腳采用砂泥巖石渣料、砂巖石渣培厚,373.00m高程以上為草皮護(hù)坡,以下壩面用干砌毛條石護(hù)坡。對壩基、壩肩進(jìn)行帷幕灌漿處理。

      3 復(fù)合土工膜防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計

      3.1 復(fù)合土工膜規(guī)格選擇

      復(fù)合土工膜規(guī)格的選擇,與下墊層平整度、材料允許拉應(yīng)力、材料彈性模量、鋪設(shè)范圍內(nèi)的最大水頭及覆蓋層最大粒徑等有關(guān),土工膜厚度設(shè)計除應(yīng)考慮主要由水壓力要求的強度外,尚應(yīng)考慮暴露、埋壓、氣候、使用壽命等應(yīng)用條件,并按國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定確定設(shè)計厚度及實際厚度。本工程經(jīng)綜合分析計算,在上游壩坡369.50m~383.00m高程,采用規(guī)格為600g/m2兩布一膜的復(fù)合土工膜防滲,幅寬為4m。

      3.2 復(fù)合土工膜防滲體結(jié)構(gòu)層設(shè)計

      復(fù)合土工膜防滲結(jié)構(gòu)自上而下依次為防護(hù)層、上墊層、防滲層、下墊層、支持層。壩體369.50m高程以上回填料為強風(fēng)化泥巖石渣料,整平夯實后鋪設(shè)15cm厚下砂墊層,然后鋪設(shè)土工膜,再鋪設(shè)15cm厚上墊砂墊層和15cm厚砂礫石墊層,最后采用15cm厚C20混凝土護(hù)坡。馬道以上,上墊層采用5cm厚的砂漿,防護(hù)層采用6cm厚的混凝土預(yù)制板護(hù)面。在369.50cm高程設(shè)計有一灌漿平臺,帷幕灌漿完成后,在帷幕灌漿軸線上開挖一條底寬1.00m、深2.50m的齒槽,土工膜直接鋪設(shè)在齒槽底部,采用粘土回填夯實。

      3.3 復(fù)合土工膜防滲系統(tǒng)穩(wěn)定復(fù)核

      由于復(fù)合土工膜與土石介質(zhì)間以及土石介質(zhì)相互間的摩擦系數(shù)將影響防滲體的穩(wěn)定,必須復(fù)核復(fù)合土工膜與壩坡、復(fù)合土工膜與保護(hù)層的抗滑穩(wěn)定性。復(fù)合土工膜穩(wěn)定性驗算,根據(jù)以下公式計算其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。

      K=f/tgα

      式中:K—抗滑穩(wěn)定安全系數(shù);f—上墊層與土工膜之間的摩擦系數(shù);α—壩坡坡角。

      根據(jù)上墊層土料,查資料得f=0.45;壩體上游坡坡比為1∶2.5,即tgα=1/2.5。

      通過計算得出,復(fù)合土工膜防滲系統(tǒng)是穩(wěn)定的,滿足要求。設(shè)計中在高程379.625m、376.250m、372.875m處分別設(shè)置了防滑槽,防滑槽間距9.0m,深度0.30m。

      3.4 復(fù)合土工膜與放水洞兩岸壩肩巖體的連接

      復(fù)合土工膜防滲斜墻與兩岸壩肩巖體的連接,要求按照規(guī)范要求連接嚴(yán)密、牢靠,留有伸縮余量,防止因建筑物沉陷而使復(fù)合土工膜破壞。放水洞為直立漿砌石墻,復(fù)合土工膜與漿砌石墻連接時,首先在漿砌石墻面上間隔20cm打孔,安裝膨脹螺栓,沿連接長度通長安裝一條厚5mm寬10cm橡皮,再將復(fù)合土工膜折疊3層打眼穿入螺栓,然后再用一層橡皮、鋼壓條通過膨脹螺栓將復(fù)合土工膜固定。為防止螺栓、壓條銹蝕,在螺栓和鋼板壓條上刷三層防銹漆。

      4 復(fù)合土工膜防滲斜墻的施工

      4.1 施工準(zhǔn)備

      4.1.1 復(fù)合土工膜材料質(zhì)量檢測。本工程所用復(fù)合土工膜為兩布一膜復(fù)合土工膜,使用前委托四川省水利科學(xué)研究院質(zhì)量檢測中心對產(chǎn)品的各項技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測,各項指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和設(shè)計要求。

      4.1.2 復(fù)合土工膜具有一定的抗頂破、抗刺破能力,但在水頭較大時,常被膜下尖礫、樹根頂破。萬秀橋水庫在防滲施工中,開挖清除原壩表層干砌石及礫石墊層至粘土層,并按設(shè)計尺寸削坡挖平和欠坡回填夯實,找平并灑水窮實,使夯填土干容重不小于1.65t/m3。人工開挖防滑槽,剔除其表面的石子、樹根等堅硬尖狀物,并噴灑除草劑等藥水,整理后的坡面應(yīng)平整、密實、光滑,以防復(fù)合土工膜被刺破。達(dá)到設(shè)計平整度要求后,經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格,作為復(fù)合土工膜鋪設(shè)工作面。

      4.1.3 土工膜場內(nèi)拼接。為了施工方便,保證拼接質(zhì)量,復(fù)合土工膜應(yīng)盡量采用寬幅,減少壩坡現(xiàn)場拼接量。施工前應(yīng)根據(jù)復(fù)合土工膜幅寬、現(xiàn)場長度需要,在庫內(nèi)專用場地剪裁,并拼接成符合要求尺寸的塊體,卷在鋼管上,人工搬運到工作面鋪設(shè)。

      4.2 下層保護(hù)層

      坡面整理并經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格后,為了防止土工膜被壩面的尖銳物體損壞,在坡面均勻地鋪設(shè)15cm厚的砂墊層。

      4.3 復(fù)合土工膜的鋪設(shè)

      4.3.1 復(fù)合土工膜的鋪設(shè)方法。復(fù)合土工膜鋪設(shè)分齒槽鋪設(shè)、坡面鋪設(shè)兩個部分。鋪設(shè)方法:復(fù)合土工膜的鋪設(shè)要求在平地先將4m窄幅拼接焊成20m寬幅,然后在坡面自上而下,垂直于壩軸線方向通幅鋪設(shè)。坡面鋪設(shè)在坡面驗收合格和齒槽開挖驗收合格后,從堤頂向堤腳沿垂直于堤軸線方向,緩慢展鋪到坡腳齒槽底部。

      4.3.2 復(fù)合土工膜鋪設(shè)的技術(shù)要求。鋪設(shè)應(yīng)在干燥暖和天氣進(jìn)行。為了便于拼接,防止應(yīng)力集中,鋪放時不宜過緊,采用波浪形松馳方式鋪設(shè),應(yīng)留有足夠的余幅(富余度約為1.5%);攤開后及時拉平、拉開,要求復(fù)合土工膜與坡面吻合平整,無突起褶皺;施工人員應(yīng)穿平底布鞋或軟膠鞋,嚴(yán)禁穿釘鞋,以免踩壞土工膜,施工時如發(fā)現(xiàn)土工膜損壞,應(yīng)及時修補。

      4.4 復(fù)合土工膜的拼接

      4.4.1 本工程采用兩布一膜復(fù)合土工膜,其連接分2個程序進(jìn)行,即下、上層無紡織布的縫接,中層PE膜的連接。無紡織布的縫接用手提縫紉機、尼龍線進(jìn)行雙道縫接,搭接寬度10cm;PE膜采用焊接工藝連接,焊接工具采用自動調(diào)溫(調(diào)速)電熱模式雙道塑料熱合機。拼接包括土工布的縫接、土工膜的焊接,為了確保焊接質(zhì)量,焊接應(yīng)盡量在廠內(nèi)進(jìn)行,但為了施工方便,復(fù)合土工膜幅寬又不應(yīng)太寬,必須在施工現(xiàn)場拼接。

      4.4.2 復(fù)合土工膜的焊接質(zhì)量是其防滲性能成敗的關(guān)鍵,所以務(wù)必做好土工膜的焊接,確保焊接質(zhì)量。因此,土工膜焊接應(yīng)由生產(chǎn)廠家派專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場操作、指導(dǎo)、培訓(xùn),采用土工膜專用焊接設(shè)備進(jìn)行。本工程土工膜焊接采用ZPR—210V型熱合土工膜焊接機,土工布采用手提式封包機縫接。

      4.4.3 焊接工藝。第一幅土工膜鋪好后,將需焊接的邊翻疊(約60cm寬),第二幅反向鋪在第一幅膜上,調(diào)整兩幅膜焊接邊緣走向,使之搭接10cm。

      4.4.4 焊接全部在現(xiàn)場進(jìn)行,要求天氣晴好,風(fēng)力3級以下,嚴(yán)禁在雨天、高溫和嚴(yán)寒天氣下施工。焊接基底表面應(yīng)干燥,焊接前用電吹風(fēng)吹去膜面上的砂子、泥土等臟物,再用干凈毛巾擦凈,保證膜面干凈;在焊接部分的底下墊一條長木板,以便焊機在平整的基面上行走,保證焊接質(zhì)量。正式焊接前,應(yīng)先根據(jù)施工氣溫、PE膜厚度,利用相同材質(zhì)的PE膜進(jìn)行試焊,施焊溫度為220℃~300℃,掌握好焊接機溫度及行走速度,確定好施工工藝參數(shù),再進(jìn)行正式施工,焊縫應(yīng)透明、平整、順直、連續(xù)。拼接焊縫兩條,每條寬10mm,兩條焊縫間留有10mm的空腔,用此空腔檢查其焊縫質(zhì)量。

      4.5 復(fù)合土工膜的錨固

      復(fù)合土工膜的錨固分上部與壩頂?shù)腻^固。369.50cm高程灌漿平臺與防滲鋪蓋,其復(fù)合土工膜上部錨固采用在壩頂路緣石基礎(chǔ)底部嵌固足夠長度復(fù)合土工膜,其結(jié)構(gòu)形式為口寬0.6cm×深0.6cm的矩形槽,在槽內(nèi)夯填土。復(fù)合土工膜369.50cm高程灌漿平臺與防滲鋪蓋的錨固,369.50cm高程灌漿平臺沿灌漿軸線方向挖口寬底寬1.0m、邊坡1∶0.5、深2.5m的一條梯形溝槽,鋪設(shè)時將復(fù)合土工膜緊貼在溝內(nèi)側(cè),在溝槽內(nèi)回填粘土夯實。

      4.6 上覆保護(hù)層

      復(fù)合土工膜焊接完并經(jīng)質(zhì)量驗收合格后,及時在膜上面均勻鋪設(shè)15cm砂墊層和15cm砂礫石墊層,找平拍實后澆筑15cm厚C15混凝土防護(hù)層,防止在紫外線照射下膜的老化和其它因素引起的破壞。

      5 復(fù)合土工膜施工質(zhì)量控制

      復(fù)合土工膜的鋪設(shè),是該工程施工的關(guān)鍵。施工質(zhì)量控制包括材料采購、進(jìn)場原材料質(zhì)量控制、施工操作過程控制、施工完質(zhì)量檢測。

      5.1 材料采購

      結(jié)合工程實際及所選復(fù)合土工膜的規(guī)格,確定復(fù)合土工膜的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、幾何尺寸,選擇生產(chǎn)規(guī)模較大、產(chǎn)品質(zhì)量符合要求的生產(chǎn)廠家進(jìn)行招標(biāo)采購。

      5.2 原材料質(zhì)量控制

      進(jìn)場的復(fù)合土工膜必須有廠家提供的合格證書、性能及特性指標(biāo)和使用說明書。復(fù)合土工膜進(jìn)場后,隨機抽取復(fù)合土工膜,對其性能指標(biāo)委托四川省水利科學(xué)研究院質(zhì)量檢測中心進(jìn)行復(fù)測,復(fù)測結(jié)果全部合格。

      5.3 施工操作過程控制

      復(fù)合土工膜鋪設(shè)前,編好施工組織設(shè)計,說明鋪設(shè)方法和技術(shù)措施,經(jīng)監(jiān)理批準(zhǔn)后方使用。施工人員應(yīng)穿平底布鞋或軟膠底鞋進(jìn)行鋪設(shè),嚴(yán)禁穿釘鞋以防踩壞土工膜,做到隨鋪隨壓;復(fù)合土工膜鋪設(shè)要與保護(hù)層鋪設(shè)相協(xié)調(diào)。拼接中復(fù)合土工膜的焊縫質(zhì)量是拼接關(guān)鍵,要加強接縫檢測。檢測方法有目測法和現(xiàn)場檢漏。目測法:復(fù)合土工膜焊接好后,觀察有無漏接,接縫是否燙損,有無褶皺,是否拼接均勻等?,F(xiàn)場檢漏有兩種:①充氣法。焊縫為雙條,兩條之間留有約10mm的空腔,將待測段兩端封死,插入氣針,充氣至0.05MPa~0.20MPa,靜觀0.5min,觀察真空表,如氣壓無下降,表明不漏,焊縫合格,否則要查找原因及時修補;②充水法。焊縫為雙條,兩條之間留有約10mm的空腔,將待測段一端封死,另一端插入水針,充水至0.05MPa~0.20MPa,如無水從孔腔漏出,表明焊縫合格,否則要查找原因及時修補。充水法較充氣法有以下優(yōu)點:①直觀性好,便于及時發(fā)現(xiàn)問題;②設(shè)備簡便,操作簡單,在現(xiàn)場便于隨時隨地檢查和抽查。鑒于以上優(yōu)點,該工程采用充水法檢查焊縫質(zhì)量,自檢合格后提交監(jiān)理單位、

      質(zhì)檢部門及甲方聯(lián)合抽樣檢查,實行逐段認(rèn)證簽證,對于虛焊、漏焊的接縫應(yīng)及時進(jìn)行補焊,并對補焊部位充水檢測,直至驗收合格,才可以進(jìn)行下道工序。

      6 結(jié)語

      萬秀橋水庫除險加固工程,在施工過程中嚴(yán)格按復(fù)合土工膜施工技術(shù)要求,嚴(yán)格現(xiàn)場焊接的質(zhì)量控制,且經(jīng)過室內(nèi)試驗結(jié)果表明,復(fù)合土工膜各項性能指標(biāo)均能滿足設(shè)計要求,質(zhì)量得到保證。該工程于2010年8月底完工后蓄水運行,經(jīng)過3年的運行,沒有出現(xiàn)護(hù)面下滑,C15混凝土護(hù)面平整、無裂縫;壩后無水溢出點,防滲效果較好。

      TV441:TV697.32

      B

      2095-1809(2015)01-0023-04

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