垂直铺塑在獾子洞水库除险加固工程中的应用

垂直铺塑在獾子洞水库除险加固工程中的应用

第1期总第211期农业科技与装备No．1ToralNo．2112012年1月AgriculturalScience&TechnologyandEquipmentlan．2012垂直铺塑在獾子洞水库除险加固工程中的应用许艳杰，周明，付琳(沈阳市水利建筑勘测设计院，沈阳110015)摘要：垂直铺塑是近几年新发展起来的堤坝防渗技术。在獾子洞水库除险加固工程中，从工程设计、铺塑施工、防渗效果分析等方面详细介绍垂直铺塑技术的实际应用。通过工程实践，证实垂直铺塑技术具有很好的防渗效果。关键词：垂直铺塑；水库；除险加固；均质土坝；防渗技术中图分类号：Ⅳ223．4文献标识码：A文章编号：1674—1161(201~01-0049—04垂直铺塑截渗技术在我国是一项刚刚兴起的新区均有分布。第④层粉土：黄褐色，稍湿，密实状态，含工艺、新技术。该技术在土质地层的平原水库、湖泊、有粉质粘土薄层和粉砂颗粒。第⑤层粉细砂：黄褐色。江河堤防截渗中得到了广泛应用。通过目测及观测设饱和，稍密状态，石英长石质，含有粉土及粉质粘土薄备提供的数据分析，证实其防渗效果很好。层和透镜体，全区均有分布。第⑤。层粉土：黄褐色，黑垂直铺塑适于软土地基。包括粘性土、粉质土、淤灰色、稍湿，密实状态。第⑥层粉质粘土：黄褐色，湿，泥、砂性土和含有少量小粒径的砂砾土层。坝基下有硬塑状态。含粉砂薄层，含铁锰结核。第⑦层中粗砂：相对不透水层。将塑膜伸到相对不透水的下卧土层，浅灰色、褐色，密实，饱和，石英长石质，含粘性土。第形成坝基下水平向与垂直向连续防渗体。当坝基相对⑧层残积土：灰色、紫红色，由安山岩风化产物组成，不透水层埋深较大时．受铺塑机造槽深度的限制。可岩芯呈土夹砂状，用手捏易碎，钻进容易。第⑨层全风设计成悬挂式塑膜防渗帷幕。从工程实践来看，在条化安山岩：紫红色、灰绿色、灰白色，大部分已风化成件允许的情况下，各种防渗技术中垂直铺塑最经济，土状，但杏仁构造尚存。可见绿色矿物斑点，透水性并且在适合的地层地质条件下其防渗是可靠的。垂直差。第⑩层强风化安山岩：紫红色、灰绿色、灰白色，大铺塑还具有投资小、见效快、利于环保等优势。根据獾部分已风化成土状，有些呈碎块状，为土与碎块混合子洞水库地质勘查报告等资料提供的信息，确定在本胶结状，但杏仁构造尚存，可见绿色矿物斑点，透水性次除险加固中采用垂直铺塑进行坝基防渗处理。差。第①层中风化安山岩：紫红色、灰绿色、黑灰色，节1工程概况理裂隙较发育，岩芯呈碎块或短柱状，强度较高。獾子洞水库位于辽宁省沈阳市法库县西部秀水水库主坝长2550m，高度在5nl左右。根据地河子镇獾子洞村南，座落在辽河水系秀水河支流三合勘结果可知，在主坝坝下有中等透水性的粉土存在。成河上。坝址以上流域集雨面积276．98km；总库容主坝是在特定的历史条件下修建的，坝体底部没有做5052xl04m．其中调洪库容2888xl04m、兴利库容地基处理．坝体直接座落在中等透水性的粉土上。该1412xl04m3、死库容752xl04m3；校核水位55．47m，层与库水有直接的水利联系，当库水位抬高，在大坝兴利水位54．16m，死水位53．29m；是一座以防洪为的背水坡下面分布着大面积湿地，虽然没有出现大的主。兼有灌溉、水产养殖和旅游功能的中型水库。管涌现象。但反映出有渗漏的迹象，有较大的潜在危水库枢纽建筑物包括土坝(主坝和副坝)、泄洪险性。这种慢渗漏可能由两个因素引起：一是在坝体闸、输水洞3个部分。除险加固设计洪水标准为5O年底部没有做地基处理，坝体下潜埋着中等透水性的粉一遇．校核洪水标准为300年一遇。大坝、泄洪闸、输土和粉细砂层，在水位差的作用下，产生慢渗漏现象；水洞等永久主要建筑物级别为Ⅲ级。二是在坝体下原来河道位置存在着一定规模的断裂獾子洞水库大坝为均质土坝，坝基存在渗漏问构造带。本次和前期勘察共在主坝坝顶布孔l2个，题。在本次勘察范围内，据钻探揭露，主坝坝基地层岩17#孔位坝基座落在残积土上，1孔直接座落在粉细性自上而下分述如下。第①层坝体。第②层粉土：黄褐砂层上．其余钻孔均座落在中等透水性的粉土上，粉色，稍湿，密实，含有粉质粘土和粉砂的互层，多数钻土较薄且强度较低。其下卧层为中等透水性的粉细孔遇见此层。第③层粉细砂：黄褐色，饱和，松散状态，砂。当水库水位抬高时，地下水上涌加上库水的侧向石英长石质。含有粉土及粉质粘土薄层及透镜体，全冲刷。坝体就会产生渗透破坏，此时地下水与库水就形成了直接的水利关系。尤其在汛期，库水补给地下水。以地下迳流方式经坝基向库外排泄，在一定的水收稿日期：2012-01-06头作用下溢出地表，形成管涌。作者简介：许艳杰(198o_-)，女，工程师，从事水利工程规划设根据地质勘查资料进行计算，坝体和坝基渗透比计工作。降均小于允许值，渗流稳定为安全。但根据水利部大n农业科技与装备2012年1月坝安全管理中心《第二批中央补助病险水库除险加固项目三类坝现场核查意见表》以及现场勘查，獾子洞水库在1+700～2+300存在坝基渗漏问题，特别是老河床1+2001+300坝基渗漏严重。本次除险加固坝基渗漏段防渗需处理700m。2垂直铺塑设计2．1垂直铺塑的范围选择獾子洞水库在1+700—2+300存在坝基渗漏问图1垂直铺塑示意图题．老河床1+200～1+300坝基渗漏严重。本次除险加Figure1Ske~hmapofvertic~pa~ngplastic固坝基渗漏段防渗设计范围为以上渗漏段，两侧外延2．4垂直铺塑固壁泥浆设计各50m．即桩号1+1501+350和1+650—2+350，共计1)制浆材料。开槽的同时必须用泥浆护壁。根据长度900m。施工条件、造孔工艺、经济技术指标等因素选择拌制2．2垂直铺塑的深度设计泥浆的土料．选择土料时宜优先选用膨润土。膨润土当坝基相对不透水层埋深较大，可设计成悬挂式吸湿性强．能吸收8～l5倍于本身体积的水量，吸水后塑膜防渗帷幕。按照一般垂直防渗经验，防渗深度可膨胀倍数最高可达30倍。膨润土有较强的阳离子交取为．s=(1．01．5)H，本次设计取1．0倍，日为校核水位下的水头，即S=(1．0～1．5)H=1．0~4．3=4．30(m)。换能力，在水中能分散成悬浮液，并具有一定的黏度、獾子洞水库坝高5．00m。从现状坝顶高程56．2O触变性和润滑性。本次除险选用膨润土制浆。m控制垂直铺塑的深度，最后确定垂直铺塑深度为：2)泥浆配比。泥浆配比应根据具体地层来确定。参考以往工程经验．采用膨润土：水：工业碱=1：l：S=4．30+5．00=9．30(m)。取深度为9．30m，垂直铺塑顶高程56．20m。则(0．010～0．005)，泥浆容重取1．1~1．2g／m3。工业碱的投入量根据地层变化情况适当调整。漏浆严重的地层底高程为：56．20—9．30=46．90(m)。2．3垂直铺塑的塑膜设计可加入黄土来调整泥浆的浓度。1)塑膜材质。总的原则是选择对水质无污染、抗3垂直铺塑施工老化、满足防水性、抗变形能力强及耐久性强的土工3．1垂直铺塑的施工工序膜。本设计采用LDPE光膜，厚度为0．50mm，其力学垂直铺塑的施工工艺流程如图2所示。性能见表1。3．2垂直铺塑的施工质量控制垂直铺塑的施工质量控制主要包括成槽质量控表1塑膜力学性能制、铺塑质量控制、槽孔回填料质量控制3个环节。Table1Mecha~calpropertyofplasticfilm1)成槽质量控制。①施工场地平整压实后，沿防薄膜厚度／mm抗拉强度／MPa极限延伸率／％渗系／渗开槽中心线，铺设轨道在中心线两侧。②开槽时保【m／SJ持垂直，水平方向连续行走，槽纵向平面轴线偏差≤10am，槽孔宽度控制在20—40am。③开槽深度应超出设计深度l020’cm左右，可以用测绳测量或测量2)塑膜厚度。目前我国对此尚无规范公式。因此造槽机杆臂的倾角。④槽孔的固壁。为防止坍壁，应控参照前苏联国家水工科学研究院推荐的计算公式：制槽内泥浆比重，一般为1．1～1．5g／cm。比重太大将无法铺塑。枷．135器2)塑膜铺置质量控制。①根据置膜机的型式，可式中：为薄膜允许拉应力，kg／em2；E为薄膜特采用垂直置膜或水平方向连续置膜。两幅膜之间搭接性模量，kg／cm；p为水压力，t／，m2；d为支撑土体最大应顺水流方向进行，后一幅膜在前一幅膜的内侧，搭粒径，mm；t为薄膜厚度mm。接宽度按设计要求为1．50m：两幅膜之间也可采用缝据此公式计算的膜厚拄0．01mm。考虑到施工环合的办法进行搭接，折叠宽度≥10cm。②塑膜质量检境的影响，为确保安全可靠，本设计采用0．50mm。查。一是检查厚度是否够，二是检查幅宽是否够，三是3)铺塑位置。考虑到坝脚施工需要修筑围堰．会检查其抗折、抗冲破强度是否达到设计要求。③塑膜增加工程量；而且围堰土方在施工结束后清除比较困插入深度控制。每隔50m探测1次。④塑膜搭接控难，处理在库区内将影响水库库容。随着垂直铺塑技制。塑膜上端应超出槽口平面至少4060am，以便固术的不断发展，施工深度也在增加。本次设计从坝顶定。施工，采用悬挂式塑膜防渗，在同一垂直平面上。对坝3)孔槽回填控制。①回填的土料宜选用杂质较体与坝基全部实施垂直铺塑，塑膜深度为9．30m。铺少的粉质土，填土在槽的迎水面进行。②当塑膜铺人塑位置如图1所示。后先及时回填土1．0m左右，以固定塑膜下端，防止n2012年第1期许艳杰等：垂直铺塑在獾子洞水库除险加固工程中的应用51形成连续防渗帷幕图2垂直铺塑施工工艺Figure2Constructiontechniqueofverticalpavingplastic塑膜上浮。③应逐步用干净的粉质土自然落槽．不得式中：日为上游水位，m；k。为堤基渗透系数；Jj}为振捣。④经7～15d后，及时往槽内补充回填土并夯堤身渗透系数；T为堤基深度，m；h。为出逸点高度，实。m；L为换算后的水平铺盖长度，m、№分别为上、下4截渗效果分析游坡比；为水平铺盖末端渗压水位，m；h：为有压渗4．1防渗效果计算流末端水位，m。采用《土工合成材料工程应用手册》中介绍的土出逸比降计算公式为：=2(t工膜铺盖下透水地基渗流计算公式(垂直防渗按3倍—m1h2)o。水平铺盖防渗长度计算)。透水地基面上铺水平土工经计算，在兴利水位工况下，主坝老河床段垂膜铺盖，坝坡面上铺设土工膜面层。如图3所示。采用直铺塑防渗处理以后，大坝的渗流量由原来的3．07达西定理Dupuit假定，按不透水面层和不透水铺盖m／(a·m)减小到0．46mV(d·m)，堤防渗流量减少了计算渗流。85％。可见，采用防渗措施治理后效果是非常理想的。4．2防渗效果观测獾子洞水库垂直铺塑在2009年已施工完毕．经过2a的运用及观测发现：铺塑后，坝后老河床已没有明显的渗流现象；原大坝背水坡分布的大面积湿地已消失；汛期库水位抬高时．老河床处坝后水位无明显变化。图3渗流校核计算简图5结语Figure3Diagramoftransfusionverificationcomputation在獾子洞水库除险加固工程中推广应用垂直铺塑防渗技术，较之混凝土防渗墙和高喷灌浆，具有施第1段单宽流量：g=后。；工工艺简单、施工效率快、造价低廉、效果可靠、无污第Ⅱ段单宽流量：9=后。；染等优点。同时，其柔性材料适应土基变形能力强，适合于平原低水头水库和河道堤防的防渗，实用性强，具有推广价值。第Ⅲ段单宽流量：g：差+．koT一(mh2-h：o)一。参考文献[1]张启岳．土石坝加固技术[M]．北京：中国水利水电出版社，1999．[2]牛运光．土坝安全与加固[M]．北京：中国水利水电出版社，1998．[3]齐金苑，于文成．水利工程建设百科全书[M]．北京：当代中国音像出版社，2003．[4]李炜．水力计算手册[M]．北京：中国水利水电出版社，2006．Is]毛昶熙．渗流计算分析与控制[M]．北京：中国水利电力出版社，1990．[6]土工合成材料工程应用手册编写委员会．土工合成材料工程应用手册[M]E京：中国建筑工业出版社，1994．ApplicationsofVerticalPavingPlasticintheConsolidationProjectofHuanzhidongReservoirXUYanjie．ZHOUMing．FULin(ShenyangHydraulicConstructionSurveyandDesignInstitute，Shenyang110015，China)Abstract：Verticalpavingplasticisaseepagepreventiontechniquethathasbeendevelopedinrecentyears．ThisarticledealswiththeapplicationofthetechniqueofverticalpavingplasticintheconsolidationprojectofHuanzhidongreservoirintermsofprojectdesign，pavingplastic，andSeepage-proofeficiency．Thepracticalprojectshowsthatverticalpavingplastictechniqueworkswelinseepageprevention．Keywords：verticalpavingplastic；reservoir；reinforcementandconsolidation；homogeneousearthdam；seepage—proofingtechnology