王家沟水库土工膜临时渡汛施工技术浅析

(中国水利水电第七工程局有限公司第三分局，四川 郫县，611730)

1 概述

四川省宜宾市筠连县王家沟水库工程，是一座以灌溉、城镇供水为主，兼有灌区人畜供水的中型水利工程，设计灌溉面积8147hm2，水库正常蓄水位992.50m，总库容1280万m3，最大坝高51.50m。本工程由碾压式沥青混凝土心墙堆石坝、溢洪道及库区工程三部分组成。拦河大坝采用沥青混凝土心墙堆石坝，沥青混凝土心墙位于坝轴线上游1.00m处，心墙宽度0.50m，心墙上、下游侧过渡料采用新鲜灰岩人工破碎，水平宽度2.00m，总填筑工程量120万m3，沥青混凝土8000m3。

本工程采用断流围堰隧洞导流方式导流。枯水期低水围堰为5级，导流洪水标准为重现期10年，枯水时段10～4月导流流量为10.9m3/s。

汛期施工期利用坝体临时断面挡水渡汛，导流隧洞过流。其中，2013年11月～2014年4月，高水围堰坝体填筑不低于967.2m高程，挡水渡汛设计洪水标准为重现期10年，相应导流流量为176m3/s；2015年4月底坝体填筑不低于975.0m高程，坝体挡水渡汛设计洪水标准为重现期50年，相应导流流量为281m3/s。

按渡汛节点目标要求，2014年4月30日大坝需填筑至967.20m高程，但是受料场移民征地严重滞后和施工区域多雨水季节影响，大坝有效施工工期仅3个月，填筑量高达60万m3。为确保渡汛节点目标的按期实现，决定大坝采取经济断面填筑，迎水面采用铺设土工膜防渗。调整后的经济断面大坝填筑工程量为40万m3，可实现节点目标工期要求。

2 土工膜布置

本工程拟在高程967.2m以下上游坝坡，铺设土工膜(两布一膜)作为大坝临时渡汛方案。坝坡坡脚处土工膜采用嵌入混凝土固定，嵌入深度90cm，混凝土采用C20W8盖重混凝土，结构尺寸为宽50cm，厚50cm。土工膜在967.2m高程坝面顶部，采用C20W8混凝土嵌固。在距上游坝坡干砌石50cm处，开挖深30cm、宽50cm的浅沟，将膜端埋入回填的C20混凝土中。967.2m高程以下坝面垫层，采用50cm厚过渡料找平。土工膜铺设前必须对坝坡进行检查，如有尖角或孔洞等，采用人工找平，方可进行施工。土工布施工后采用单重20kg土袋临时压面，土袋按20m×20m间排距呈梅花型布置。

依据《聚乙烯(PE)土工膜防渗工程技术规范(SLT231-98)》，在质量合格条件下，PE土工膜的正常渗透量可按下式计算：

Q=kA△H/δ

式中：Q——正常渗透量(m3/s)；

k——PE土工膜渗透系数(m/s)；

A——PE土工膜渗透面积(m2)：

△H——PE土工膜上下水位差(m)；

δ——PE土工膜厚度(m)。

K取10～13，A取10000m2，△H取最高水位差22.2m，δ取0.003m，经计算土工膜的正常渗透量Q=0.0074m3/s，满足现场临时基坑抽排水要求。

3 土工膜铺设施工

3.1 工艺流程

土工膜铺设分项工程包括从材料裁剪，到试焊、调试焊接设备、锚固、检查验收等全过程。具体的技术方案流程如图1所示。

3.2 土工膜焊接技术

3.2.1 双缝热合焊机焊接

3.2.1.1 双缝热合焊机焊接程序

双缝热合焊机能一次完成一组双焊缝，并形成一个可充气检漏的空腔，可以使焊缝的检漏方法由真空法改进成充气法，极大的提高了工作效率。其焊接程序见图2。

3.2.1.2 双缝热合焊机的技术和工艺要求

铺膜前，向工程师递交详细的铺膜图和进度计划表，对铺膜后的搭接宽度进行检查，PE膜焊接接缝搭接长度为100mm。在焊接前，要对搭接的200mm左右范围内的膜面进行清理，用湿抹布擦掉灰尘、污物，使之保持清洁、干燥。焊接部位不得有划伤、污点、水分、灰尘以及其他妨碍焊接和影响施工质量的杂质。

图1 土工膜铺设工艺流程

图2 双缝热合焊机焊接程序

在正式焊接操作之前，应根据经验先设定设备参数，取300mm×600mm的小块膜进行试焊。然后在拉伸机上进行焊缝的剪切和剥离试验，如果不低于规定数值，则锁定参数，并以此为据开始正式焊接。否则，要重新确定参数，直到试验合格时为止。

3.2.2 挤压熔焊机焊接

对于大面积的HDPE土工膜，主要是使用双缝热合焊机进行焊接。但对于非直接搭接的部位以及局部修补、加强处理等情况，都必须使用挤压熔焊机。

挤压熔焊机的技术和工艺要求如下：

铺膜前，向工程师递交详细的铺膜图和进度计划表，检查接缝处基层是否平整、坚实，如有异物，应事先处理妥善。检查焊缝处的搭接宽度是否合适(≥60mm)，接缝处的膜面应平整，松紧适中，不致形成“鱼咀”。

定位粘接：用热风枪将两幅膜的搭接部位粘接，粘接点的间距不宜大于60mm～80mm，要控制热风的温度，不可烫坏土工膜，又不得轻易撕开。

打毛：用打毛机将焊缝处30mm～40mm宽度范围内的膜面打毛，达到彻底清洁，形成糙面，以增加其接触面积，但其深度不可超过膜厚的10%。打毛时要轻轻操作，尽量少损伤膜面。

试焊：在正式焊接之前，要取不小于300mm×600mm的小样，根据经验初定设备参数进行试焊。然后切取试件，在拉伸机上进行剪切和剥离试验，如果检验结果符合规定，则锁定设备参数依此焊接，否则重新调机、试焊、检验，直到合格时为止。

3.3 坝体经济断面抗滑稳定验算

本次计算土工膜失效时均质坝渗流浸润线，土工膜渗流参考其它工程拟定浸润线。稳定计算参考《王家沟水库初设阶段筑坝料设计参数建议值》。计算方法采用摩根斯顿——普赖斯法，计算程序采用河海大学工程力学研究所编制的土石坝边坡稳定分析系统(HH-Slope R1.0)程序。

根据SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》中的有关规定，结合本工程的特点，大坝稳定计算施工期用总应力法，渡汛期用有效应力法，分别计算下游渡汛水位，施工期无水及有土工膜和土工膜失效情况下下游各种坝坡稳定情况。计算结果见表1。

表1 大坝抗滑稳定计算结果

序号工 况试验方法及代号12非常运用条件Ⅰ枯水期(上下游无水)非饱和不固结不排水剪UU渡汛洪水位饱和固结排水剪CD计算结果位置一、下游坝坡-土工膜工况/坡比1∶11∶1 11∶1 21∶1 251∶1 41 枯水期1 54831 57401 68911 71681 83142 渡汛洪水位-有土工膜1 51211 54801 66491 72421 83153 渡汛洪水位-土工膜失效1 15291 20411 27171 28761 3967允许值1 201 20

由表1得出，大坝下游坡比越小大坝越稳定，该方案下游坝坡选用1∶1.6较合理。

3.4 土工膜施工质量控制

(1)工程开工后，根据规程规范等要求做好各项材料的质检、试验，确定材料，以保证用于工程的原材料的质量；

(2)所有进入土工膜及土工布施工现场人员必须佩戴出入证，穿对防渗材料无损伤的鞋子，进入现场任何人不得吸烟；

(3)在防渗层上，所有工器具必须轻拿轻放，不得扔摔或重放，严禁热工具与土工膜及土工布接触；

(4)检验合格后的防渗层必须及时采用土袋压盖，压盖时由专人看管，不得损伤HDPE土工膜，若有损伤，必须及时修补；

(5)土工膜施工完成后，必须注意成品的保护。

4 结语

王家沟水库大坝工程受业主单位移民征地拆迁滞后影响，按原施工进度计划已无法实现大坝安全度汛节点目标任务，经专家反复讨论后决定大坝迎水面采取临时填筑断面挡水。迎水面采用土工膜防渗的方案，节约了工期，确保了安全度汛目标，收到了较好效果，为以后类似工程施工提供了较好的参考和借鉴。