黃和平，陽橋輝

（1.中國水利水電第十二工程局有限公司，310004，杭州；2.金華市方圓建設(shè)監(jiān)理有限公司，321000，金華）

一、工程概況

泰安抽水蓄能電站位于山東省泰安市泰山西南麓，距泰安市5 km，電站建成后，在山東省電網(wǎng)中擔(dān)任調(diào)峰填谷和調(diào)頻、調(diào)相及事故備用等任務(wù)。

泰安抽水蓄能電站由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)及地下廠房系統(tǒng)等建筑物組成。上水庫正常蓄水位410m，相應(yīng)庫容1127.6萬m3；下水庫正常蓄水位165 m，相應(yīng)庫容2234.7萬m3，為不完全多年調(diào)節(jié)水庫。上水庫布置在櫻桃園溝內(nèi)，由大壩、放水洞（兼導(dǎo)流、泄洪）、上庫進(jìn)/出水口、庫盆及其防滲設(shè)施等組成?；炷撩姘宥咽瘔螇雾敻叱虨?13.80m，壩頂長540.46 m，最大壩高100.50m，壩頂寬10m。庫盆采用混凝土面板、土工膜（HDPE）及帷幕灌漿的綜合防滲方案。下水庫系利用已建大河水庫，需對(duì)現(xiàn)有攔河壩、溢洪道和放水洞分別進(jìn)行加固和改建。下庫大壩為均質(zhì)土壩，壩頂全長為773 m（包括副壩），最大壩高22 m。

二、庫底防滲施工特點(diǎn)和難點(diǎn)

上水庫庫盆距離地下廠房最近直線距離約200m，設(shè)計(jì)采用綜合防滲方案：右岸橫嶺距壩軸線約818 m范圍的岸坡采用坡度為1:1.5、0.3 m等厚的混凝土面板防滲，岸坡面板下游側(cè)與堆石壩防滲面板相接；庫底回填石渣區(qū)采用HDPE膜水平防滲，HDPE膜與大壩面板及右岸岸坡面板相接、左岸及庫尾處HDPE膜埋入庫底觀測(cè)廊道的二期混凝土中，廊道基礎(chǔ)設(shè)鎖邊帷幕。其中，HDPE膜水平防滲鋪蓋面積160798m2，HDPE 膜防滲庫底高程EL374.20m，膜上作用最大水頭36 m、膜下填渣體最大厚度40m。

土工膜雖然在我國已經(jīng)應(yīng)用了近50年，但是在蓄能電站上水庫庫底水平防滲系統(tǒng)中還沒有應(yīng)用先例，且防滲膜為1.5mm厚HDPE膜、基礎(chǔ)為石渣填筑體（最厚處近40m）、上保護(hù)層為單層500g/m2的土工布，從類似HDPE膜防滲系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)、材料選擇、施工工藝等方面均沒有先例可循。通過大量的生產(chǎn)工藝試驗(yàn)，解決了施工中所遇到的難題，確保工程施工質(zhì)量優(yōu)良。

解決的技術(shù)難題主要有：

①HDPE膜防滲分層結(jié)構(gòu)、周邊連接結(jié)構(gòu)和施工工藝參數(shù)；②材料的可焊性與機(jī)械設(shè)備選型的對(duì)應(yīng)關(guān)系；③缺陷修復(fù)材料與母材的相容、有效性關(guān)系；④不同季節(jié)、不同溫度和氣候條件下土工膜施工最佳施工參數(shù)；⑤基礎(chǔ)填筑體技術(shù)指標(biāo)；⑥砂土上攤鋪、焊接HDPE膜的質(zhì)量保證措施；⑦大面積鋪設(shè)HDPE膜，各施工區(qū)域的HDPE膜受氣溫變化影響幅度不同，HDPE膜膜面溫度受氣溫、風(fēng)速、光照等影響的變化規(guī)律；⑧周邊不規(guī)則連接線的施工方法；⑨相鄰塊的土工膜鋪設(shè)溫差控制問題及周邊連接結(jié)構(gòu)的錨固問題；⑩HDPE膜表面褶皺處理問題；11○HDPE膜直縫、T形接頭、缺陷修補(bǔ)點(diǎn)和周邊連接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢測(cè)方法；12○施工期間的安全維護(hù)問題。

三、主要施工方法

1.工藝流程

首先對(duì)上水庫庫底土石方開挖，開挖至弱風(fēng)化基巖，將開挖的料石運(yùn)輸至棄料場(chǎng)。接著在挖好的基巖上填筑過渡料，厚度控制在120cm，其中埋設(shè)土工排水盲管，推土機(jī)配合推平，使用振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓密實(shí)。然后在過渡料層上填鋪60cm的墊層料，碾壓密實(shí)、平整。

待過渡料密實(shí)平整后，上面鋪一層6 mm厚的土工席墊，采用人工鋪設(shè)、橫縱向?qū)舆B接，并用塑料扣扣接牢固，保證土工席墊連成一個(gè)整體。

土工布分上下兩層，均采用人工機(jī)械運(yùn)輸、滾鋪，兩層土工布中間鋪設(shè)HDPE土工膜。下層土工布采用直縫法進(jìn)行連接，上層土工布采用搭接連接。

最后在上層土工布上按1 m×1 m格子覆蓋砂袋。

主要工程量：墊層石渣回填100978m3，土工排水盲管鋪設(shè)13430m，上土工布鋪設(shè)160519m2，土工膜鋪設(shè)160797m2，土工膜周邊縫1884 m，土工席墊鋪設(shè)15350m2，下土工布鋪設(shè)160519m2。

2.HDPE膜鋪設(shè)

HDPE膜場(chǎng)內(nèi)采用專用車輛運(yùn)輸，采用滾鋪法施工，人工攤鋪。

HDPE膜按“先中間、后四周”的原則進(jìn)行作業(yè)。中央?yún)^(qū)域HDPE膜鋪設(shè)時(shí)，根據(jù)HDPE膜幅寬在庫盆周邊預(yù)留施工道路，待中央?yún)^(qū)域HDPE膜全部鋪設(shè)、焊接完成后再對(duì)預(yù)留部位與周邊錨固HDPE膜進(jìn)行同步施工。

HDPE膜接縫主要包括直縫、T形縫，施工中避免出現(xiàn)十字接頭。膜與膜之間的接縫錯(cuò)縫距離不小于5 m。長直焊縫采用熱楔式自動(dòng)焊機(jī)焊接，搭焊寬度100mm、焊縫寬度1.4cm、縫間距5cm。短直焊縫和T形焊縫采用手持?jǐn)D出式焊機(jī)、手持式半自動(dòng)爬行熱合熔焊接機(jī)組合施工，T形焊縫端部焊接氣道采用電吹風(fēng)熱熔封閉。短直焊縫和T形焊縫縫寬約20mm，焊縫與相鄰焊縫相接或形成封閉焊縫。低溫時(shí)段或溫度變幅較大的天氣焊接HDPE膜，及時(shí)采用厚棉被對(duì)焊縫進(jìn)行覆蓋保溫，避免焊縫部位溫度梯度過大發(fā)生脆斷。

HDPE膜受氣溫影響較大，隨氣溫升高尺寸伸長、氣溫降低尺寸縮短。HDPE膜由于溫度變化造成的表面褶皺，蓄水前通過對(duì)表面壓重土工沙袋重新分布進(jìn)行消除或減小。

四、采取的措施

HDPE膜在我國類似工程首次應(yīng)用，沒有成功經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。施工前，項(xiàng)目部成立了HDPE膜施工專題研究小組，制定了詳細(xì)的施工質(zhì)量計(jì)劃和質(zhì)量控制措施，并請(qǐng)專家來項(xiàng)目部進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，確保所有參建人員在施工前就已了解HDPE膜鋪設(shè)工藝。

施工前，項(xiàng)目部共進(jìn)行了長達(dá)12個(gè)月的試驗(yàn)研究，優(yōu)化了防滲分層結(jié)構(gòu)、施工工藝參數(shù)，并通過試驗(yàn)確定了工程施工材料。施工中，對(duì)新發(fā)現(xiàn)的技術(shù)問題制定專項(xiàng)措施進(jìn)行研究，并通過再次試驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)、完善。根據(jù)本工程的水文氣象條件，項(xiàng)目部對(duì)HDPE膜越冬的原材料和焊縫質(zhì)量情況加強(qiáng)研究，并取得了寶貴的試驗(yàn)資料。所有的試驗(yàn)成果均上報(bào)監(jiān)理工程師和設(shè)計(jì)代表以會(huì)議的形式進(jìn)行討論，并以會(huì)議紀(jì)要的形式明確試驗(yàn)成果。

HDPE膜鋪設(shè)前，項(xiàng)目部均編制了詳細(xì)的施工技術(shù)措施和安全防護(hù)措施上報(bào)監(jiān)理工程師審批，對(duì)參建人員進(jìn)行詳細(xì)交底，并在鋪設(shè)過程中進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)。

HDPE膜施工過程中，項(xiàng)目部挑選了最精干的施工技術(shù)人員組建成專業(yè)隊(duì)伍參與施工，并對(duì)全體人員進(jìn)行崗前培訓(xùn)，培訓(xùn)合格者持證上崗。項(xiàng)目部安排了兩名專業(yè)技術(shù)人員和兩名質(zhì)檢員跟班監(jiān)督指導(dǎo)，對(duì)分層結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量均進(jìn)行100%檢查。同時(shí)，兩名現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師和設(shè)計(jì)代表、業(yè)主代表也全程監(jiān)督HDPE膜施工質(zhì)量。通過全方位、立體監(jiān)控措施，有力地保證了工程施工質(zhì)量。

五、質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.下支持墊層施工質(zhì)量

HDPE膜下支持墊層分上40cm、下25cm進(jìn)行施工，通過對(duì)孔隙率、干密度、滲透系數(shù)等進(jìn)行檢測(cè)來控制施工質(zhì)量，質(zhì)量檢測(cè)成果分別見表1、表2。

2.土工席墊施工質(zhì)量

土工席墊施工主要控制其原材料質(zhì)量和鋪設(shè)是否平整、扣件連接是否牢固，原材料質(zhì)量檢測(cè)如下：

厚度檢測(cè)3組，平均厚6.9 mm，范圍 6.5～7.4 mm。

孔隙率檢測(cè)24組，平均77.5%，范圍74.1%～79.7%。

拉伸強(qiáng)度檢測(cè)3組，縱向拉伸強(qiáng)度平均為4.2 MPa，范圍在3.2 MPa～5.52 MPa之間，橫向拉伸強(qiáng)度平均為1.4 MPa、 范圍在 0.89 MPa～1.98 MPa之間。

表1 HDPE膜下支持墊層下層40cm檢測(cè)成果

3.土工布施工質(zhì)量

土工布主要從原材料、鋪設(shè)的平整度、縫合的牢固度來控制施工質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量經(jīng)檢查全部合格。500 g/m2土工布原材料質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果見表 3。

4.HDPE膜施工質(zhì)量

HDPE膜原材料、焊縫及缺陷修補(bǔ)質(zhì)量需要進(jìn)行100%的檢測(cè)，原材料通過自檢和外委檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)質(zhì)量主要采用目測(cè)、充氣檢測(cè)、真空檢測(cè)和拉伸測(cè)試進(jìn)行檢測(cè)。

（1）原材料質(zhì)量

HDPE膜原材料檢測(cè)結(jié)果見表4。

施工中，我們隨機(jī)抽取HDPE膜片材放置露天自然凍融。越冬后，將片材對(duì)折 180°施加 19小時(shí) 0.4MPa的壓力后，折痕有效受力部位性能檢測(cè)結(jié)果見表5。

表2 HDPE膜下支持墊層上層20～25cm檢測(cè)成果

表3 土工布質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

表4 HDPE膜質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

（2）鋪設(shè)質(zhì)量

目測(cè)：采用“看、摸、撕”三道工序進(jìn)行檢測(cè)。看：檢查HDPE膜上是否具有孔眼、燙傷、深度劃痕、褶皺，檢查焊縫是否清晰、連續(xù)均勻無褶皺；摸：檢查有無漏焊、虛焊；撕：待焊縫溫度降至最低溫度時(shí)，對(duì)每條焊縫沿縫進(jìn)行100%剝離檢查焊接是否充分。

充氣檢測(cè)：對(duì)每一直焊縫和長條狀修補(bǔ)焊縫，采用充氣檢測(cè)儀進(jìn)行充氣檢測(cè)，檢測(cè)焊縫氣道是否漏氣。

真空檢測(cè)法：對(duì)T形接頭、充氣檢測(cè)針孔和熔點(diǎn)、疤痕、孔洞、凹坑修補(bǔ)點(diǎn)等點(diǎn)狀部位，采用真空檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)，將肥皂液沾濕需測(cè)試的HDPE膜范圍內(nèi)的焊逢，將真空罩密貼在潮濕區(qū)，啟動(dòng)真空泵，調(diào)節(jié)真空壓力大于或等于0.05MPa，保持30s后，檢查焊縫邊緣的肥皂液情況，以肥皂液不起泡即為合格。

拉伸測(cè)試：焊縫強(qiáng)度利用拉伸儀進(jìn)行檢測(cè)，以HDPE膜母材斷裂而焊縫不破壞、也不可剝離為合格。

HDPE膜焊縫及缺陷修補(bǔ)均進(jìn)行100%現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。HDPE膜焊縫強(qiáng)度外委檢測(cè)10組，焊縫處平均拉伸強(qiáng)度28 kN/m、范圍26～33 kN/m，焊縫處剝離強(qiáng)度平均 207 N/cm、范圍 169～247 N/cm。

本工程共完成 160797.8m2土工膜、321040m2土工布、357 m的 SBS增強(qiáng)型防滲蓋片、1884 m周邊縫施工，焊縫 812條、縫長 34269.897 m。HDPE膜缺陷共計(jì)267處，其中由廠家生產(chǎn)及運(yùn)輸造成膜面缺陷208處，施工造成的漏焊、虛焊59處，T形接頭900處，充氣檢測(cè)針孔69處，已全部處理，復(fù)檢后合格。

HDPE膜鋪設(shè)、周邊縫施工，施工工藝均符合設(shè)計(jì)要求，質(zhì)量控制全過程實(shí)行監(jiān)理旁站，各類原始記錄、試驗(yàn)資料齊全。

為了加強(qiáng)HDPE膜焊縫強(qiáng)度檢測(cè)，我們對(duì)焊縫進(jìn)行越冬測(cè)試，結(jié)果評(píng)價(jià)合格。

5.周邊錨固質(zhì)量

HDPE膜周邊錨固結(jié)構(gòu)質(zhì)量通過滲透試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)，即在周邊連接部位安裝密封箱，對(duì)密封箱進(jìn)行加水加壓至0.4MPa以上，以穩(wěn)壓8 h不滲水或壓力表讀數(shù)不下降為合格。現(xiàn)場(chǎng)選取5個(gè)測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

6.監(jiān)測(cè)成果及分析

截至2005年12月8日，上水庫已蓄水至EL388.80m，即HDPE膜上承壓水頭14.6 m，大壩累計(jì)最大沉降量65.10cm，壩體水平位移最大29.17 mm，壩后量水堰流量4.65 L/s，庫底觀測(cè)廊道量水堰流量0.6 L/s，HDPE膜周邊膜下滲壓計(jì)觀測(cè)值均為負(fù)壓（小于安裝時(shí)庫底的大氣壓）。種種跡象表明，HDPE膜沒有滲漏現(xiàn)象。

7.質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)定情況

HDPE膜下支持墊層驗(yàn)收63個(gè)單元、一次性驗(yàn)收合格率100%，其中61個(gè)單元優(yōu)良，優(yōu)良率96.8%。HDPE膜及周邊連接結(jié)構(gòu)驗(yàn)收67個(gè)單元、一次性驗(yàn)收合格率100%，其中64個(gè)單元優(yōu)良、優(yōu)良率96%。

HDPE膜防滲結(jié)構(gòu)分部工程質(zhì)量被評(píng)定為優(yōu)良。

六、新成果的應(yīng)用

本工程是在我國類似工程中首次采用HDPE膜進(jìn)行上水庫庫底水平防滲的工程。工程采用了6 mm厚的土工席墊、1.5 mm厚的HDPE膜、SR三元乙丙防滲蓋片、防滲填料、防滲蓋片、化學(xué)錨固劑等；而且HDPE膜采用焊接，周邊采用機(jī)械錨固，錨固采用的是快速、高強(qiáng)、無污染的化學(xué)錨固劑；HDPE膜采用真空檢測(cè)（真空罩）、充氣檢測(cè)（充氣檢測(cè)針）及滲壓箱檢測(cè)等無損檢測(cè)方法，保證了土工膜的完好性；HDPE膜焊接采用了熱楔式自動(dòng)焊機(jī)、手持?jǐn)D出式焊機(jī)、手持式半自動(dòng)爬行熱合熔焊接機(jī)和熱風(fēng)槍，周邊連接結(jié)構(gòu)施工采用了鉆石鉆機(jī)；HDPE膜運(yùn)輸中采用了自制的專用臺(tái)車。

厚土工膜防滲體在水庫庫底的成功應(yīng)用，不僅從技術(shù)上解決了庫底大面積防滲的難題，也在很大程度上為工程建設(shè)節(jié)約了大量的資金，使抽水蓄能電站的建設(shè)更加快捷，也為其他類似工程的建設(shè)提供了樣本。