李 紅 良， 李 旺 盛

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

土工膜斜墻堆石壩反滲處理的研究與實(shí)施

李 紅 良， 李 旺 盛

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

土工膜防滲在渠道、污水處理、人工湖、水庫等工程中有較多應(yīng)用，其特點(diǎn)是價(jià)格低廉，防滲效果好。開茂水庫副壩壩面防滲即是通過鋪設(shè)復(fù)合土工膜實(shí)現(xiàn)的。但由于該副壩壩基下游高、上游低，且副壩趾板高程比庫底死水位高，副壩壩體存在前后水位差，因此需要解決壩體反滲排水的問題。通過對(duì)開茂水庫副壩壩體反滲排水中幾種處理方案進(jìn)行的對(duì)比分析與研究，最終確定采用逆止閥解決該問題，并在工程中得到了實(shí)際應(yīng)用，取得了較好的效果，可為類似工程借鑒。

土工膜；開茂水庫；副壩；反滲水處理；逆止閥

1 概 述

開茂水庫位于四川省北川縣安昌鎮(zhèn)境內(nèi)，主要由蘇寶河取水樞紐工程、引水工程、水庫樞紐工程、城市供水(布設(shè)與向城市供水的輸水主管道對(duì)接)等工程組成。水庫樞紐的主要工程項(xiàng)目包括：主壩及1～5#副壩工程，左、右岸山脊防滲工程，溢洪道工程、放空洞工程、供水隧洞工程等。1～5#副壩均為復(fù)合土工膜斜墻堆石壩，上游壩坡均為1∶1.8，下游壩坡坡比均為1∶1.4。其中1#副壩壩軸線長度為130 m，最大壩高13.75 m；2#副壩壩軸線長度為149 m，最大壩高20.78 m；3#副壩壩軸線長度為139.2 m，最大壩高22 m；4#副壩壩軸線長度為197.7 m，最大壩高25 m；5#副壩壩軸線長度為334.8 m，最大壩高25.3 m。1～5#副壩的共同特點(diǎn)為壩基上游低、下游高。1#副壩壩基上游比下游低約6 m，2#副壩、3#副壩壩基上游比下游低約10～12 m，4#副壩壩基上游比下游低7 m，5#副壩壩基上游比下游低20 m。由于副壩的上述特點(diǎn)且副壩是通過復(fù)合土工膜防滲，而復(fù)合土工膜防護(hù)層只有厚度僅為12 cm的C20混凝土，若不進(jìn)行壩體滲水的反滲處理設(shè)計(jì)，壩體在運(yùn)行階段就可能因反滲水無法排除而造成壩前與壩體內(nèi)水位差過大而導(dǎo)致上游壩坡面板混凝土及復(fù)合土工膜撕裂，甚至可能造成上游壩坡垮塌。

2 三種方案的對(duì)比與分析

鑒于以上特點(diǎn)，我們提出了三種處理方式。方案1為壩前回填粘土進(jìn)行壓重處理；方案2為從壩后鉆排水孔，引排壩體滲水至壩后；方案3為在上游壩坡安裝逆止閥。三種方案工程量如下：

方案1：粘土回填6 500 m3，含礫粘土回填

87 800 m3。

方案2：鉆孔(φ130)800 m，鉆孔預(yù)埋鋼管600 m，土方開挖42 000 m3。

方案3：逆止閥30個(gè)，PE管12 m。

對(duì)三種方案進(jìn)行投資對(duì)比分析情況見表1、2。

表1 三種方案投資對(duì)比分析表

從表1、2可以看出，投資方面：方案1>方案2>方案3，且以方案3最優(yōu)；進(jìn)度方面：方案2>方案1>方案3，方案3最優(yōu)；質(zhì)量保障率方面：方案1=方案3>方案2，方案2最差。因此，我們最終選用方案3進(jìn)行處理，即在5個(gè)副壩上游壩坡低高程處安裝逆止閥，每個(gè)副壩安裝6個(gè)逆止閥。

表2 三種方案施工時(shí)間及質(zhì)量可靠性對(duì)比分析表

3 逆止閥的選型

選用逆止閥時(shí)發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上現(xiàn)有的逆止閥多為塑料制品生產(chǎn)廠家根據(jù)設(shè)計(jì)的要求而試制的產(chǎn)品，主要有逆止閥集水箱、橡膠緩閉逆止(閥鴨嘴閥)、拍門式逆止閥、浮球式逆止閥。在引黃濟(jì)青工程中應(yīng)用的即為埋入式逆止閥集水箱，其主要缺點(diǎn)是檢修困難，存在閥門密封不嚴(yán)、縫隙漏水和箱體承壓開膠等問題。鴨嘴閥在高水頭作用下管身擠壓后很難止水，而拍門式逆止閥其止水性能很差，通常在1.5 m水頭下仍不能止水且容易淤堵，淤堵嚴(yán)重時(shí)被完全堵死。為此，我們專門聯(lián)系了由長科院研制生產(chǎn)的新型壓差控制式高精度逆止閥，型號(hào)為CKF110-35(圖1、2)，其主要性能見表3。該逆止閥適用于最大水頭為20 m的渠道、管道等輸水引水工程、堤防和大壩防滲引排工程以及減壓井工程。

4 逆止閥安裝過程中的工藝改進(jìn)

圖1 新型壓差控制式高精度逆止閥結(jié)構(gòu)圖

圖2 新型壓差控制式高精度逆止閥三維模型圖

項(xiàng) 目性能指標(biāo)CKF110-20CKF110-35CKF200-60備 注止水水頭/cm1～21～1.51～1.5開啟水頭/cm0.5～10.5～10.5～15cm水頭差排水流量/mL·s-150200800長期運(yùn)行性能開啟水頭/cm5cm水頭差排水流量/mL·s-124031.63640淤積厚度10cm時(shí)

根據(jù)廠家提供的資料，逆止閥與土工膜的連接采用的方法是將逆止閥安裝在PVC管中，PVC管外邊緣采用法蘭將土工膜與PVC管緊固連接。前期，我們?cè)谠囼?yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)PVC管與法蘭之間難以完全緊固，存在滲水甚至漏水的現(xiàn)象，連接質(zhì)量無法保證(圖3、4)。為此，我們將PVC管改換成PE管，因?yàn)镻E管與土工膜同質(zhì)，可以采用焊接的方式連接。焊接時(shí)應(yīng)首先對(duì)PE管與土工膜接觸部位進(jìn)行搓光打磨，土工膜宜裁剪成三角槎與土工膜連接，焊接時(shí)應(yīng)根據(jù)天氣情況控制好焊槍溫度，防止土工膜被燙傷。焊接時(shí)需特別注意死角位置，防止出現(xiàn)漏口(圖5、6)。

5 方案的實(shí)施

5.1 作業(yè)流程

圖3 前期試驗(yàn)(根據(jù)廠家建議的連接方式)

圖4 廠家建議的連接方式示意圖

圖5 正在進(jìn)行的PE膜與PE管焊接試驗(yàn)

圖6 正在進(jìn)行的PE膜與PE管焊接施工

預(yù)留逆止閥安裝孔位位置→埋設(shè)PE管→PE管與PE土工膜焊接→面板防護(hù)層安裝。

5.2 安 裝

(1)逆止閥安裝較為簡單，安裝時(shí)與PE管聯(lián)合使用，首先進(jìn)行PE管的施工。

(2)PE管安裝前應(yīng)確保上下游水流暢通，保證PE管外壁無滲漏。

(3)在上游壩坡開挖口徑為40 cm、深度50 cm的安裝坑內(nèi)進(jìn)行PE管的安裝。安裝時(shí)，在PE管下游出口采用土工布包裹，防止堵塞。PE管就位后，在其周圍澆筑C25混凝土，混凝土面與無砂混凝土面平齊，確保PE管穩(wěn)固。

(4)在PE管施工完成后，將PE管外側(cè)清洗干凈，用矬子將其與土工膜焊接部位打磨后采用焊槍將其與PE土工膜焊接牢固。為確保質(zhì)量，應(yīng)將PE膜與PE管進(jìn)行多層焊接。

(5)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，直接將逆止閥壓入PE管中即可。安裝過程中應(yīng)注意以下細(xì)節(jié)：①施工過程中，為防止PE管被混凝土、砂石或泥漿等堵塞，應(yīng)將其頂部采用土工布包裹防護(hù)；②逆止閥安裝時(shí)，去掉土工布，將PE管清理干凈，然后壓入逆止閥。當(dāng)安裝困難時(shí)，可以在PE管內(nèi)側(cè)涂抹潤滑劑后再進(jìn)行安裝。

6 結(jié) 語

(1)開茂水庫副壩均為復(fù)合土工膜斜墻堆石壩，壩體結(jié)構(gòu)從上游至下游依次為：面板混凝土防護(hù)層→復(fù)合土工膜(兩布一膜)→無砂混凝土支持層→過渡料→堆石料→壩后干砌塊石。由于副壩壩基上游較下游低，為確保壩體運(yùn)行期的安全與穩(wěn)定，必須考慮壩體反滲排水問題。

(2)開茂水庫副壩施工前期，由于一系列原因沒有重視以上問題，待壩體填筑完成后才對(duì)這一問題進(jìn)行了考慮并加以解決，從一定程度上講，安裝逆止閥亦屬于補(bǔ)救型技術(shù)措施。鑒于其他處理方案限制條件較多且施工成本大、施工時(shí)間較長，相應(yīng)地突出了逆止閥安裝方案的優(yōu)勢(shì)。

(3)市場(chǎng)上常用的逆止閥形式較多，通過對(duì)類似工程的查閱訪問，各種逆止閥均不同程度地存在一定的缺點(diǎn)。壓差放大式逆止閥采用彈性膜片等壓力放大裝置對(duì)水頭差進(jìn)行放大，并利用彈性膜的變形帶動(dòng)止水裝置移動(dòng)實(shí)現(xiàn)閥門啟閉的逆止閥，無論從原理和性能上均較其他產(chǎn)品有較大改進(jìn)，更符合本工程要求。

(4)根據(jù)開茂水庫工程的實(shí)際需要，對(duì)現(xiàn)有逆止閥進(jìn)行了比選，并選擇了壓差放大式高精度逆止閥產(chǎn)品做為副壩反滲排水裝置。施工過程中，對(duì)廠家建議的施工方案進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)和優(yōu)化，不僅施工簡便，而且效果較為理想，可為今后類似工程提供借鑒和參考。

TV7;TV52

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1001-2184(2017)05-0082-03

2017-04-10

李紅良(1976-)，男，陜西商洛人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

李旺盛(1987-)，男，青海民和人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯李燕輝)