水库除险加固防渗施工技术–以玛尔孜水库为例

水库除险加固防渗施工技术–以玛尔孜水库为例

摘　要：本文以玛尔孜水库为例，探讨其除险加固防渗施工技术。玛尔孜水库位于和布克 q 赛尔蒙古自治县 60km 处的巴嘎乌图布拉格牧场镜内，是一座以灌溉为主，兼顾防洪等综合利用水库。
关键词：水库；除险加固；复合土工膜；设计与施工
一、工程概况
玛尔孜水库位于和布克赛尔蒙古自治县 60km 处的巴嘎乌图布拉格牧场镜内，地理坐标东经 86° 17′ 54.3″，北纬 46° 55′ 14.7″，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖、旅游等综合利用的丘陵水库。玛尔孜水库总库容 30×104m3，兴利库容 24×104m3，调洪库容 6×104m3，死库容 4.5×104m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000，本工程规模为小（2）型，工程等别为Ⅴ等，主要建筑物为 5 级，次要建筑物为 5 级。水库枢纽工程主要由大坝、放水涵洞组成。
玛尔孜水库大坝坝型为均质土坝，全长 340m，最大坝高 8.5m，整个大坝由主坝、左副坝和右副坝组成。坝顶宽度为 2 ～ 4m；坝顶高程 1428.20 ～ 1428.35m；大坝上游无护坡，坝坡 1：2.0 ～ 1：2.5；下游坝坡 1：1.5 ～ 1：2.0，下游未设排水设施。
二、防渗必要性
1. 水库现状
⑴水库质量现状
大坝施工质量未达到规范设计要求，大坝土体干密度最大值为 1.74 g/cm3，最小值为 1.36 g/cm3，平均值为 1.59 g/cm3，干密度指标离散程度较大，现状大坝填筑质量较差，土体压实不均匀，不符合质量标准要求。大坝土体的渗透系数在 9.7×10 － 5 － 2.7×10 － 3cm/s 之间，平均值为 7.8×10 － 4cm/s，渗透系数不满足要求。大坝工程质量定为不合格。
⑵结构安全现状
根据大坝土体滑弧稳定分析，大坝 0+150 断面稳定渗流期和水位骤降期上游坝坡稳定系数分别为 1.067、0.766，小于《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001 要求最小安全系数 1.25 和 1.15，坝体抗滑不稳定，不满足规范要求。
⑶水库渗透现状
玛尔孜水库坝址区（库水位在 1426.64m 时）总渗漏流量为 1576.17m3/d。占总库容的 63.93%，渗漏量较大，严重影响水库工程效益的发挥。
三、防渗设计
（1）水平防渗处理方案
水平防渗处理方案即坝前铺设复合土工膜防渗，坝前铺膜长度按坝前水深的 5~8 倍控制，本次坝前铺膜长度取 6 倍的坝前水深即高坝段 30m~50m。坝前水平铺膜桩号为 0+240~0-100，总长 450m，其中桩号 0-040~0+160 长 200，坝前铺设复合土工膜至淹没线防渗，桩号 0-100~0-040 和 0+160~0+240 长 140m，坝前铺设 30m 长复合土工膜防渗。坝体 0+240~0-100 同样采用复合土工膜防渗。复合土工膜选用两布一膜，规格为 300g/0.5/300g。
（2）坝后排水设计
大坝下游现状坝坡 1：1.5~1：2.0，下游未设排水设施，坝后局部有积水，根据《碾压土石坝设计规范》SL274-2001 中 5.7.1 的规定：土石坝应设置坝体排水，降低浸润线和孔隙压力，防止渗流出逸处产生渗透变形，保护坝坡土不产生冻胀破坏。因此，本设计增设了坝后排水设施。
四、复合土工膜防渗斜墙的施工
4.1 施工准备
（1）复合土工膜材料质量检测。本工程所用复合土工膜为两布一膜针刺复合土工膜。
（2）玛尔孜水库在防渗施工中，人工平整坡面，并喷洒除草剂等药水，整理后的坡面应平整、密实、光滑，以防复合土工膜被刺破。达到设计平整度要求后，经监理工程师验收合格，为复合土工膜铺设提供工作面。
（3）土工膜场内拼接。为了施工方便，保证拼接质量，复合土工膜应尽量采用宽幅，减少坝坡现场拼接量，施工前应根据复合土工膜幅宽、现场长度需要，在库内专用场地剪裁，并拼接成符合要求尺寸的块体，卷在钢管上，人工搬运到工作面铺设。
4.2 复合土工膜的铺设
（1）复合土工膜的铺设方法
铺设方法：复合土工膜的铺设要求在平地先将 6m 窄幅拼接焊成 24m 宽幅，然后在坡面自上而下，垂直于坝轴线方向通幅铺设。
（2）复合土工膜的铺设技术要求
铺设应在干燥暖和天气进行，为了便于拼接，防止应力集中，复合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，要求复合土工膜与坡面吻合平整，无突起褶皱，施工人员应穿平底布鞋或软胶鞋，严禁穿钉鞋，以免踩坏土工膜，施工时如发现土工膜损坏，应及时修补。
4.3 复合土工膜的拼接
（1）本工程采用两布一膜复合土工膜，复合土工膜的连接分 2 个程序进行，即上层无纺织布的缝接， PE 膜的连接。无纺织布的缝接用手提缝纫机、尼龙线进行双道缝接，搭接宽度 10cm；PE 膜采用焊接工艺连接，焊接工具采用自动调温 ( 调速 ) 电热模式双道塑料热合机。
（2）复合土工膜焊接质量的好坏是复合土工膜防渗性能成败的关键，所以务必做好土工膜的焊接，确保焊接质量，因此，土工膜焊接应由生产厂家派专业技术人员到现场操作，指导，培训，采用土工膜专用焊接设备进行。本工程土工膜焊接采用 ZPR—210V 型热合土工膜焊接机，土工布采用手提式封包机缝接。
（3）焊接工艺：第一幅土工膜铺好后，将需焊接的边翻叠（约 60cm 宽），第二幅反向铺在第一幅膜上，调整两幅膜焊接边缘走向，使之搭接 20cm。
（4）焊接全部在现场进行，要求天气晴好，风力 3 级以下，严禁在雨天、高温和严寒天气下施工，焊接基底表面应干燥，焊接前用电吹风吹去膜面上的砂子、泥土等脏物，再用干净毛巾擦净，保证膜面干净，在焊接部分的底下垫一条长木板，以便焊机在平整的基面上行走，保证焊接质量，正式焊接前，应先根据施工气温、PE 膜厚度，利用相同材质的 PE 膜进行试焊，施焊温度为 220 ～ 300℃，掌握好的焊接机温度及行走速度，确定好施工工艺参数，再进行正式施工，焊缝应透明、平整、顺直、连续。拼接焊缝两条，每条宽 10mm，两条焊缝间留有 10mm 的空腔，用此空腔检查其焊缝质量。
4.4 复合土工膜的锚固
复合土工膜的锚固分上部与坝顶的锚固，库底与截水墙的锚固，复合土工膜上部锚固采用在坝顶路缘石基础底部嵌固足够长度复合土工膜，其结构形式为口宽 0.3 ㎝×深 0.3 ㎝的三角槽，在槽内夯填土。复合土工膜库底与截水墙的锚固，坝脚处沿轴线方向挖口宽 3.0m×深 1.0m 的一条沟槽，铺设复合土工膜时将复合土工膜紧贴在沟内侧，在沟槽内现浇混凝土截水墙。
4.5 上覆保护层
复合土工膜焊接完并经质量验收合格后，及时在膜上面均匀铺设 30cm 砂砾石垫层，找平拍实后浇筑混凝土 15cm，以防止其在紫外线照射下易老化和其它因素引起的破坏。