土工膜在水库除险加固工程中应用

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1、土工膜在水库除险加固工程中应用　　摘要：土工膜作为一种良好的防渗材料，由于整体性好，铺设简便，施工速度快，适应堤坝变形能力强，重量轻，运输方便，在工程中得到了广泛的应用，结合王家沟水库大坝坝坡不稳定的情况，提出土工膜防渗的方案，有效的降低了大坝的浸润线，使大坝坝坡保持稳定。关键词：病险水库；渗流；稳定；土工膜；施工工艺中图分类号：TU7文献标识码：A目前在坝工中，特别是土石坝中，土工膜作为防渗材料已被广泛地采用，其使用量约为土工织物使用量的11％左右。土工膜在坝工中的应用，从地域上看已很广泛，国内外已经普遍接受了这种新型的防渗材料和技术。

2、许多工程实录都表明它的防渗效果良好、经济、施工方便，有推广使用价值。1工程概况7王家沟水库位于甘肃省静宁县西北部，距县城以西约29公里，水库总库容302.17万m3，为小(Ⅰ)型水库，控制流域面积21.1Km2，主流长6Km，沟道平均比降0.015，下游保护人口2100人，耕地5500亩。水库建成于1975年，大坝结构形式为黄土均质坝，采用水中倒土的施工方式筑成，质量较差，最大坝高30m，坝顶宽8.5m，坝体上游边坡平均坡比为1:3.25，坝下游坡设2级马道，下游坝坡自上而下为1:3.2、1：3.2、1:3。该水库在保护下游行洪安全及农田

3、灌溉方面起到了重要作用，但经过30多年的运行，水库呈现的问题也越来越多，除了防洪标准及裂缝的问题，大坝的稳定性亦不满足规范要求。本文主要针对王家沟水库除险加固工程坝坡不稳定的情况进行分析。2大坝加固前稳定分析依据土工试验资料，坝体干密度1.32～1.57g/cm3、平均值1.373g/cm3，孔隙比0.722～1.166、平均值0.899，塑限含水量19.4～20.3%、平均值18.5%,坝基干密度1.6g/cm3。坝体抗剪强度指标浸润线以上：C=22.0kpa,φ=23°；浸润线以下：C=17.0kpa,φ=19°。坝基础抗剪强度指标：

4、C=24.5kpa,φ=23°。库址区水文地质条件简单，无低于库水位的邻谷，不存在库水向邻谷的排泄。坝体渗透系数k=3.91×10-5cm/s，坝基为中密---密实状粉质粘土，天然渗透系数为2.56×10-6cm/s，为相对隔水层，不存在坝基渗漏和绕坝渗漏。坝体稳定分析按照SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》稳定分析的方法，采用拟静力圆弧法（瑞典条分法）进行。7坝坡抗滑稳定最小安全系数采用不计条块间作用力的瑞典圆弧法进行计算，按规范要求，最小安全系数应比计及条块件作用力时的数值减小8%。根据SL274-2001《碾压式土石坝设计规

5、范》，结合王家沟实际运行情况，列举了七种工况的稳定计算成果，各工况下坝坡稳定安全系数及允许安全系数详见图表1所示.王家沟水库大坝由于采用水中填土的施工方式，而且未进行碾压，虽然大坝坝坡较缓，但由于坝体干容重很低，故大坝在以上各工况下，下游坝坡均表现为不稳定。3大坝坝坡稳定除险加固方案优化针对水库大坝下游坝坡不稳定的情况，提出两种解决方案：方案一：上游铺设土工膜，同时调整下游坝坡。方案二：调整下游坝坡，增设排水棱体。3.1大坝上游坝坡铺设土工膜后的坝坡稳定土工膜的渗透系数一般都小于10-11m/s，具有很好的防渗性，可以有效的降低浸润线，王

6、家沟水库设计在大坝上游坝坡铺设土工膜，厚0.5mm，土工膜铺至淤泥面，并沿淤泥面向前铺设15m，设计坝顶宽为6m，上游坝坡保持为1:3.25，下游坝坡自上而下调整为1:3.5、1:3.5，设一级马道。7当进行土工膜的定量渗流分析时，可以把厚度很薄(1mm)的土工膜，换算为1m厚的渗透系数Ks为l×10-9cm/s的粘土层进行计算；同时考虑到土工膜中不可避免的缺陷，再将其渗透系数加大100倍，按Ks＝10-7cm/s的lm厚的不透水材料进行渗流量和水头分布的数值计算，可以得到近似值。本工程铺设土工膜厚度为0.5mm，折算成0.5m厚渗透系数

7、为10-7cm/s的粘土层，其渗流按斜墙土坝的渗流公式计算。根据渗流计算结果，大坝渗流量比铺设土工膜前至少减少了40%，并且坝体浸润线得到了有效的降低，有利于大坝坝坡的抗滑稳定安全。采用瑞典圆弧法计算铺设土工膜后大坝坝坡的稳定安全系数，详见图表2所示。由以上计算结果可以看出，大坝上游坝坡在铺设土工膜后，各种工况下大坝的上游、下游坝坡均稳定，不会产生滑动破坏。3.2大坝下游坝趾增设排水棱体后的坝坡稳定土石坝常在坝趾设棱体排水，棱体排水是一种可靠、被广泛采用的排水设施。它可以降低浸润线，防止坝坡冻胀，保护下游坝脚不受尾水淘刷，且有支持坝体增加

8、稳定的作用。设计将坝顶宽度调整为6m，上游坝坡为1:3.25，下游坝坡自上而下调整为1:3.5、1:3.75，设一级马道，下游坝趾设排水棱体，高8m。经过渗流计算，大坝的渗流量略有增大，但是坝