HDPE膜在鶴壁淇河新區(qū)防滲減漏工程中的應(yīng)用

□龐 瑞 □閆昌明 □謝菲菲（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

0.引言

淇河在鶴壁新區(qū)段共建成天賚攔河壩、育才攔河壩、花窩攔河壩、一級(jí)（5 號(hào)）攔河壩、高村橡膠壩5 座梯級(jí)攔河壩工程，其中天賚攔河壩、育才攔河壩和一級(jí)（5 號(hào)）攔河壩已成功蓄水，滿足規(guī)劃提出的形成梯級(jí)水面的要求。而花窩攔河壩和高村橡膠壩，由于其庫(kù)底和兩岸地質(zhì)條件復(fù)雜，地層具有較強(qiáng)的滲透性。經(jīng)蓄水試運(yùn)行，滲漏嚴(yán)重，不能發(fā)揮其景觀水面的功能，因此需對(duì)花窩壩庫(kù)區(qū)和高村橡膠壩庫(kù)區(qū)進(jìn)行防滲處理。

1.工程概況

淇河屬海河流域漳衛(wèi)河水系，發(fā)源于山西省陵川縣棋子山方腦嶺，于?？h新鎮(zhèn)鎮(zhèn)淇門村以西的新小河口注入衛(wèi)河。干流全長(zhǎng)約165km，流域面積2142km2，92%屬山區(qū)。

淇河在將軍墓西流入鶴壁市境內(nèi)，鶴壁市境內(nèi)淇河總長(zhǎng)約83km，流域面積288km2。為了提高鶴壁新區(qū)形象，改善投資環(huán)境，提高城市品位，鶴壁市于2001-2006年期間分別建成了天賚攔河壩、育才攔河壩、花窩攔河壩、一級(jí)（5 號(hào)）攔河壩，2008年建成了高村橡膠壩。攔河壩蓄水以后，對(duì)提高天賚渠灌溉保證率，美化新區(qū)環(huán)境，提升城市品位以及淇濱樂(lè)園的興建起到了積極作用。

淇河在鶴壁市新區(qū)附近修建多座水庫(kù)，目的是營(yíng)造湖濱特色。而花窩水庫(kù)和高村水庫(kù)工程范圍內(nèi)為第四系全新統(tǒng)（Q4ml）人工填筑及沖積卵石（Q4al）、上更新統(tǒng)（Q3al+pl）沖洪積黃土狀輕粉質(zhì)壤土、中更新統(tǒng)（Q2al+pl）沖洪積重粉質(zhì)壤土、下更新統(tǒng)（Q1fgl）冰水堆積卵石及粘土和上第三系中新統(tǒng)鶴壁組（N1h）泥灰?guī)r地層，地層透水性較強(qiáng)。由于存在滲漏通道，水庫(kù)不能蓄水。本工程的主要任務(wù)是采取工程措施，減少庫(kù)區(qū)的滲漏，滿足花窩水庫(kù)和高村水庫(kù)能夠蓄水的要求。

2.HDPE 土工膜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

HDPE 土工膜全稱“高密度聚乙烯土工膜”，它是以(中)高密度聚乙烯樹(shù)脂為原料生產(chǎn)的一種防水阻隔型材料，相對(duì)于其它復(fù)合土工膜，HDPE 土工膜具有優(yōu)良的耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性能，抗低溫、抗老化、耐腐蝕性能，以及較大的使用溫度范圍(-60～+60)和較長(zhǎng)的使用壽命(50年)。

3.HDPE 土工膜在防滲減漏工程中的設(shè)計(jì)

3.1 方案比較

本工程高村橡膠壩庫(kù)區(qū)長(zhǎng)度約2800m，平均寬度約200m，面積約60 萬(wàn)m2；左右岸坡長(zhǎng)度約6000m?；ǜC壩庫(kù)區(qū)長(zhǎng)度約880m，平均寬度150m，庫(kù)區(qū)面積12 萬(wàn)m2；左右岸坡長(zhǎng)度約1800m。防滲面積比較大，需進(jìn)行方案比選。

主防滲層選用土工膜方案，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外的發(fā)展以及工程應(yīng)用情況，土工膜在復(fù)合土工膜和HDPE 高密度土工膜兩種方案中比較。

《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（SL/T225-98）規(guī)定，土石堤、壩防滲土工膜厚度≥0.5mm，對(duì)于重要工程應(yīng)適當(dāng)加厚。

本工程的幾個(gè)特點(diǎn)：水庫(kù)處于山區(qū)至平原過(guò)渡帶，河道比降1/300～1/900，縱比降較陡，防沖刷要求較高。庫(kù)區(qū)內(nèi)分布有大量砂礫石地層，滲透性很強(qiáng)，上游來(lái)水量有限，防滲要求高。庫(kù)區(qū)內(nèi)有較多的構(gòu)筑物，土工膜鋪設(shè)突變處較多，對(duì)土工膜的適應(yīng)變形能力、延伸率等要求高。

基于以上原因，土工膜選用的厚度為，中密度土工膜膜厚1.00mm，高密度土工膜（HDPE 膜）厚度0.75mm 或0.5mm。

土工膜厚度安全系數(shù)計(jì)算：

采用《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（SL/T225-98）附錄C 的計(jì)算方法，，式中，Tf為土工膜的極限抗拉強(qiáng)度，相應(yīng)應(yīng)變?yōu)棣舊，ε 為膜的拉應(yīng)變。

根據(jù)本地的地質(zhì)條件和工程條件，預(yù)計(jì)膜下地基可能產(chǎn)生的最大裂縫寬度0.05m，則單寬土工膜上產(chǎn)生的拉應(yīng)力為1.01 kN/m。對(duì)于0.75mmHDPE 膜，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的屈服強(qiáng)度為11 kN/m，則安全系數(shù)Fs=10.9，對(duì)于0.5mmHDPE 膜，7.3kN/m，安全系數(shù)7.2。對(duì)于1mm 厚復(fù)合土工膜，國(guó)標(biāo)規(guī)定的斷裂強(qiáng)度18 kN/m，則安全系數(shù)Fs=17.9。

采用0.5mmHDPE 膜、0.75mm 厚HDPE 膜和1mm 厚復(fù)合土工膜的抗拉安全系數(shù)估算7.2～17.9，大于規(guī)范要求的4～5，因此是安全的。

工程總體布置：花窩壩和高村橡膠壩兩座水庫(kù)（庫(kù)底和庫(kù)岸）均采用HDPE 高密度土工膜作為主防滲結(jié)構(gòu)，其下鋪設(shè)細(xì)粒土層作為墊層，上部采用格賓護(hù)墊或混凝土板作為防護(hù)。防護(hù)頂高程按照有關(guān)規(guī)范計(jì)算確定，花窩庫(kù)區(qū)防護(hù)頂高程85.81m，高村橡膠壩庫(kù)區(qū)防護(hù)頂高程為83.50m。

3.2 庫(kù)底防滲設(shè)計(jì)

花窩水庫(kù)擋水建筑物為漿砌石壩，高村水庫(kù)擋水建筑物為橡膠壩，兩座水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)地面起伏較大，地形不平整，地表多為砂卵石，局部有粘土和砂，局部地段表層進(jìn)行整平并回填粘土鋪蓋（厚度10～50cm 不等）。

首先清除局部的雜草、垃圾等雜物，將整個(gè)庫(kù)區(qū)進(jìn)行庫(kù)底整平，整平后基礎(chǔ)面壓實(shí)。采取土工膜作為主防滲層，防滲材料采用0.75mm 厚高密度土工膜（HDPE 膜），下部鋪設(shè)10cm 厚細(xì)粒土作為墊層，為防止格賓護(hù)墊刺破土工膜，土工膜上再鋪設(shè)10cm 厚的砂礫石作為墊層，上部采用格賓護(hù)墊和混凝土板作為保護(hù)層。

3.3 庫(kù)岸防滲設(shè)計(jì)

花窩壩庫(kù)區(qū)內(nèi)基本未進(jìn)行清理，庫(kù)岸大部分為原狀岸坡，庫(kù)區(qū)右岸邊坡較陡（陡于1：2.5），開(kāi)挖至1：2.5 邊坡，采用HDPE 膜防滲，膜上部采用格賓護(hù)墊防護(hù)，格賓護(hù)墊厚度0.23m。坡腳處采用0.5m×0.5m 斷面的格賓網(wǎng)箱保護(hù)坡腳，岸坡的土工膜與庫(kù)底土工膜通長(zhǎng)鋪設(shè)。庫(kù)區(qū)左岸邊坡較緩（緩于1：2.5），現(xiàn)場(chǎng)看到并了解到，左岸為濱河景區(qū)，部分區(qū)段已進(jìn)行整理，因此按照原岸坡進(jìn)行整平，基礎(chǔ)面進(jìn)行碾壓，壓實(shí)功能≥10t 的振動(dòng)碾碾壓5 遍，采用HDPE 膜防滲，膜上部鋪設(shè)10cm 砂礫石墊層，外部采用格賓護(hù)墊防護(hù)，格賓護(hù)墊厚度0.23m。坡腳處采用0.5m×0.5m 斷面的格賓網(wǎng)箱保護(hù)坡腳，岸坡的土工膜與庫(kù)底土工膜通長(zhǎng)鋪設(shè)。

高村壩庫(kù)岸邊坡大部分已進(jìn)行過(guò)處理。庫(kù)區(qū)右岸大部分區(qū)段進(jìn)行了漿砌石護(hù)坡處理，邊坡坡度1：0.5～直立，首先采用3 cm 厚的水泥砂漿找平，然后采用具有景觀效果的彩色HDPE 膜錨固于邊坡漿砌石表層作為防滲層。漿砌石護(hù)坡頂部高程低于83.0m 部位，先清理基礎(chǔ)，回填至坡頂，鋪設(shè)10cm 砂礫石墊層，其上先鋪設(shè)200g/m2的土工布，再鋪設(shè)0.5mm 厚HDPE 膜，然后鋪設(shè)200g/m2的土工布，布上先鋪設(shè)20cm 砂礫石過(guò)渡層，外部采用干砌石防護(hù)，干砌石厚度0.3m，設(shè)計(jì)斷面見(jiàn)圖1。庫(kù)區(qū)左岸邊坡局部地段較緩，為淇濱樂(lè)園景區(qū)，有部分區(qū)段為沙灘，處理原則是按照原岸坡進(jìn)行整平，采用HDPE 膜防滲，膜上部采用干砌石防護(hù)，干砌石厚度0.3m。坡腳處采用1.0m×0.5m 斷面的干砌石護(hù)腳，岸坡的土工膜與庫(kù)底土工膜通長(zhǎng)鋪設(shè)。庫(kù)區(qū)左岸較直立邊坡地段，處理原則采用20cm 厚C20 混凝土護(hù)面作為防滲層，掛φ6@150 鋼筋網(wǎng)，混凝土與漿砌石之間插筋連接，設(shè)計(jì)斷面見(jiàn)圖2?？４蠊窐蝈F坡附近部位為漿砌石護(hù)坡，首先在護(hù)坡上抹3cm 厚砂漿進(jìn)行整平，待砂漿凝固后，再把HDPE膜錨固于漿砌石護(hù)坡上。橡膠壩上游約200～300m 范圍為混凝土砌塊護(hù)坡，直接將彩色HDPE 膜錨固于邊坡之上作為防滲層，設(shè)計(jì)斷面見(jiàn)圖2。

圖1 直立式擋土墻防滲典型橫斷面圖

圖2 斜坡式擋土墻防滲典型橫斷圖

3.4 高壓電桿基礎(chǔ)擋墻防滲設(shè)計(jì)

庫(kù)區(qū)內(nèi)有兩處高壓電桿基礎(chǔ)，已經(jīng)采用1：0.5 漿砌石擋土墻防護(hù)，墻面采用3cm 水泥砂漿抹平，采用具有景觀作用的彩色HDPE 膜錨固于擋墻上。

3.5 高村庫(kù)區(qū)淇河浚大公路大橋橋墩防滲設(shè)計(jì)

高村庫(kù)區(qū)3+350 樁號(hào)左右?guī)斓子?0 根左右淇河橋墩，考慮到防滲及不影響行洪原因，處理措施為庫(kù)底土工膜與橋墩錨固，高度>1.0m。

3.6 格賓護(hù)墊設(shè)計(jì)

參照《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》（SL18-2004）7.5.9 條的規(guī)定，采用土工膜防滲設(shè)計(jì)時(shí)，塊石、卵石保護(hù)層厚度20～30cm，砂礫石保護(hù)層厚度25～40cm。

采用格賓護(hù)墊時(shí)，由于格賓籠的保護(hù)，保護(hù)層厚度可適當(dāng)減小。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定的格賓護(hù)墊防護(hù)層厚度0.23m，填料粒徑60～150mm。護(hù)腳處采用0.5m×0.5m 格賓網(wǎng)箱防護(hù)。為節(jié)約投資，格賓護(hù)墊采用格構(gòu)形式，由寬度1.0m，長(zhǎng)度6m 或3m 的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)箱組合成長(zhǎng)12m，寬8m 的格構(gòu)單元，格構(gòu)單元中間框格內(nèi)填粒徑60～150mm 卵石，頂部用格賓網(wǎng)封頂。

3.7 填筑設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)面要求，對(duì)于原有水平粘性土鋪蓋，清基整平后壓實(shí)，壓實(shí)度≥95%（可采用施工參數(shù)控制，≥10t 振動(dòng)碾碾壓5 遍）。庫(kù)區(qū)回填區(qū)域，首先采用開(kāi)挖料中合格的砂礫石，粒料不做嚴(yán)格規(guī)定，但不得含有垃圾、樹(shù)根等雜物，壓實(shí)要求砂礫石相對(duì)密度≥0.75，粘性土≥95%。

土工膜上部的砂礫石墊層，厚度10～20cm，粒徑范圍0.5～20mm，壓實(shí)要求相對(duì)密度≥0.7。

3.8 漿砌石擋墻（碼頭）排水管連接設(shè)計(jì)

漿砌石擋墻和碼頭上設(shè)置有排水管，排水管內(nèi)塞入土工布包裹的砂礫石10cm，管口加設(shè)防護(hù)濾網(wǎng)。

4.結(jié)語(yǔ)

HDPE 土工膜作為一種新型的防滲材料在人工湖防滲工程中應(yīng)用的前景很好，經(jīng)過(guò)鶴壁市淇河新區(qū)段人工湖庫(kù)底、庫(kù)壩坡防滲實(shí)踐證明，取得了較好的防滲效果。

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