土工膜防渗技术在石仁子沟水库中的应用研究

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1、土石坝工程’2002年第2期土工膜防渗技术在石仁子沟水库中的应用研究雷小牛徐萍(新疆水利水电规划设计管理局新疆乌鲁木齐830000)[摘要]土工膜是一种优质、经济的土工合成防渗材料，近年来在国内外水利水电工程中得到广泛应用，已是一项成熟的技术。本文结合寒冷、强震区石仁子沟水库采用复合土工膜心墙作防渗体新课题的研究，对土工膜的性能、防渗结构形式、热楔式土工膜焊机的焊接工艺以及复合土工膜摩擦特性等方面进行了初步研究探讨。由于土工膜的应用还在发展，土工膜材料、焊接工艺、设计施工、监测等方面，尤其是寒冷、强震区土工膜的应用宜进一步开展研究。[关键词]寒冷地区强震地区土工膜性能机理防渗

2、结构型式摩擦特性石仁子沟水库1．工程概况石仁子沟水库坝址位于距乌鲁木齐40km的大石头沟口处，土工膜心墙坝最大坝高41m，2坝顶长117m，复合土工膜铺设0.376万m。坝址地处寒冷地区，冬季漫长，持续低温长达半年以上，多年平均气温3.5℃，极端最高气温42℃，极端最低气温-41.5℃。按照《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)，坝址场地地震动峰值加速度0.2g，地震动反应谱特征周期0.4s。在寒冷地区和高地震地质环境里永久性水利工程中运用土工膜防渗尚不多见。本文结合该工程土工膜防渗技术的运用，就土工膜设计运用中的几个主要技术问题作一论述，以期对今后其他同类型工

3、程的发展建设有所借鉴。2．设计中的基本考虑2.1土工膜设计(1)防渗结构型式石仁子沟水库在土工膜设计中，由于筑坝粘土不理想，重点对复合土工膜心墙坝和复合土工膜斜墙坝进行了比选。心墙式和斜墙式土工膜防渗型式均有工程实践。心墙式土工膜置于坝体中部，下接基础垂直防渗，土工膜用量较省，其施工随坝体填筑上升铺设连接，土工膜施工受坝体填筑影响，存在相互干扰问题。斜墙式土工膜是在坝体填筑完成后在上游坡面铺设土工膜，土工膜施工与坝体填筑互不干扰，土工膜施工速度快，而且在永久工程运用中这种形式具备检修条件，但其土工膜用量较大，上游面需专门设置土工膜保护层及相应护坡结构，工程量较心墙式为大。根据

4、寒冷地区和结构抗震防震工程要求，综合环境、地形地质、施工、运行条件，进一步考虑开挖石碴及近坝坡积料的充分利用、复合土工膜的力学性能、摩擦特性、抗老化性及经济性，经综合比较后确定坝体心墙防渗采用复合土工膜心墙堆石坝222坝型，二布一膜，规格为300g/m/0.8mm/300g/m(布为300g/m，膜厚0.8mm，下同)；防渗膜采用PE膜；土工布为纯新涤纶针刺无纺布(长、短纤维均可)，心墙混凝土垫层座落在基岩上，宽4m、分缝长度5m，上下游坝坡分别为1:1.7和1:1.8。各种工况下游均无水。复合土工膜在坝内呈“之”字型铺设，膜上、下游设风化砂过渡料–碎石过渡层–坝壳堆石料，5

5、土工膜防渗技术在石仁子沟水库中的应用研究下游风化砂和碎石之间设土工织物反滤。坝基全风化岩层作为堆石坝基础，采用帷幕灌浆防渗体，与坝体内的复合土工膜共同组成大坝的防渗系统。(2)土工膜布置土工膜的连接是保证其发挥作用的关键性问题，土工膜和结构物的有效连接同样值得研究。国内外不少厂商实行生产、销售、现场焊接和质量检测一条龙的作法，可以保证焊缝质量，很值得借鉴。土工膜沿竖直方向采用“之”字形布置，“之”字形心墙土工膜的折皱高度为75cm，以便与堆石分层碾压厚度1.5m相适应。土工膜两侧填筑砂砾石过渡层并碾压，两侧宽各2m，其中土工膜两侧50cm范围内填筑砂料，以防止石渣将土工膜扎破

6、。土工膜折皱角度根据过渡料边坡稳定休止角确定为32°，相应边坡为l:1.6(垂直边:水平边)。土工膜布置形式见图1。为满足土工膜在施工、运行时的纵向变形要⑥过渡料⑧土工膜求，土工膜沿坝体纵轴线方向每15m设一个皱状⑦砂料1:1.6②过渡料⑤1.5m伸缩节，伸缩节长度15cm。土工膜与粘土基础④砾料③的连接，采用在粘土基础上开挖2.0m深的锚固土工膜砂料①槽、将土工膜埋入槽内并用粘土回填夯实的方1.5m砾料式；土工膜与岸坡采用沥青砂浆连接。土工膜与1:1.6地基及岸坡的连接处是薄弱环节，为防止土工膜拉裂，连接处设皱状伸缩节以适应变形。土工膜心墙轴线①②…⑧施工顺序2.2对材料的

7、基本要求图1土工膜布置形式示意图(1)一般要求我国各厂家生产的土工膜幅宽一般为l～2m，施工时须进行拼接。土工膜材质一般应满足如下要求，主膜无裂口、针眼，主膜与无纺布粘合较好、无脱离或起皱，但在运输、搬动和施工铺设时最容易被撕裂、穿刺、冲击或受到偶然破坏，这些因素难以定量估算，可由经验提出表1所需的基本要求。土工膜在不同应用场合，对它们的物理力学性能有不同要求，总的要求是应力求与其工作环境相匹配。对坝工用土工膜，应注意有较高的延伸性，以适应沉降与变形；也要考虑耐低温(例如低至-4O℃)和在低温时能焊接，