王家溝水庫(kù)土工膜臨時(shí)渡汛施工技術(shù)淺析

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司第三分局，四川 郫縣，611730)

1 概述

四川省宜賓市筠連縣王家溝水庫(kù)工程，是一座以灌溉、城鎮(zhèn)供水為主，兼有灌區(qū)人畜供水的中型水利工程，設(shè)計(jì)灌溉面積8147hm2，水庫(kù)正常蓄水位992.50m，總庫(kù)容1280萬(wàn)m3，最大壩高51.50m。本工程由碾壓式瀝青混凝土心墻堆石壩、溢洪道及庫(kù)區(qū)工程三部分組成。攔河大壩采用瀝青混凝土心墻堆石壩，瀝青混凝土心墻位于壩軸線(xiàn)上游1.00m處，心墻寬度0.50m，心墻上、下游側(cè)過(guò)渡料采用新鮮灰?guī)r人工破碎，水平寬度2.00m，總填筑工程量120萬(wàn)m3，瀝青混凝土8000m3。

本工程采用斷流圍堰隧洞導(dǎo)流方式導(dǎo)流?？菟诘退畤邽?級(jí)，導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期10年，枯水時(shí)段10～4月導(dǎo)流流量為10.9m3/s。

汛期施工期利用壩體臨時(shí)斷面擋水渡汛，導(dǎo)流隧洞過(guò)流。其中，2013年11月～2014年4月，高水圍堰壩體填筑不低于967.2m高程，擋水渡汛設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期10年，相應(yīng)導(dǎo)流流量為176m3/s；2015年4月底壩體填筑不低于975.0m高程，壩體擋水渡汛設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期50年，相應(yīng)導(dǎo)流流量為281m3/s。

按渡汛節(jié)點(diǎn)目標(biāo)要求，2014年4月30日大壩需填筑至967.20m高程，但是受料場(chǎng)移民征地嚴(yán)重滯后和施工區(qū)域多雨水季節(jié)影響，大壩有效施工工期僅3個(gè)月，填筑量高達(dá)60萬(wàn)m3。為確保渡汛節(jié)點(diǎn)目標(biāo)的按期實(shí)現(xiàn)，決定大壩采取經(jīng)濟(jì)斷面填筑，迎水面采用鋪設(shè)土工膜防滲。調(diào)整后的經(jīng)濟(jì)斷面大壩填筑工程量為40萬(wàn)m3，可實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)目標(biāo)工期要求。

2 土工膜布置

本工程擬在高程967.2m以下上游壩坡，鋪設(shè)土工膜(兩布一膜)作為大壩臨時(shí)渡汛方案。壩坡坡腳處土工膜采用嵌入混凝土固定，嵌入深度90cm，混凝土采用C20W8蓋重混凝土，結(jié)構(gòu)尺寸為寬50cm，厚50cm。土工膜在967.2m高程壩面頂部，采用C20W8混凝土嵌固。在距上游壩坡干砌石50cm處，開(kāi)挖深30cm、寬50cm的淺溝，將膜端埋入回填的C20混凝土中。967.2m高程以下壩面墊層，采用50cm厚過(guò)渡料找平。土工膜鋪設(shè)前必須對(duì)壩坡進(jìn)行檢查，如有尖角或孔洞等，采用人工找平，方可進(jìn)行施工。土工布施工后采用單重20kg土袋臨時(shí)壓面，土袋按20m×20m間排距呈梅花型布置。

依據(jù)《聚乙烯(PE)土工膜防滲工程技術(shù)規(guī)范(SLT231-98)》，在質(zhì)量合格條件下，PE土工膜的正常滲透量可按下式計(jì)算：

Q=kA△H/δ

式中：Q——正常滲透量(m3/s)；

k——PE土工膜滲透系數(shù)(m/s)；

A——PE土工膜滲透面積(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，經(jīng)計(jì)算土工膜的正常滲透量Q=0.0074m3/s，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)基坑抽排水要求。

3 土工膜鋪設(shè)施工

3.1 工藝流程

土工膜鋪設(shè)分項(xiàng)工程包括從材料裁剪，到試焊、調(diào)試焊接設(shè)備、錨固、檢查驗(yàn)收等全過(guò)程。具體的技術(shù)方案流程如圖1所示。

3.2 土工膜焊接技術(shù)

3.2.1 雙縫熱合焊機(jī)焊接

3.2.1.1 雙縫熱合焊機(jī)焊接程序

雙縫熱合焊機(jī)能一次完成一組雙焊縫，并形成一個(gè)可充氣檢漏的空腔，可以使焊縫的檢漏方法由真空法改進(jìn)成充氣法，極大的提高了工作效率。其焊接程序見(jiàn)圖2。

3.2.1.2 雙縫熱合焊機(jī)的技術(shù)和工藝要求

鋪膜前，向工程師遞交詳細(xì)的鋪膜圖和進(jìn)度計(jì)劃表，對(duì)鋪膜后的搭接寬度進(jìn)行檢查，PE膜焊接接縫搭接長(zhǎng)度為100mm。在焊接前，要對(duì)搭接的200mm左右范圍內(nèi)的膜面進(jìn)行清理，用濕抹布擦掉灰塵、污物，使之保持清潔、干燥。焊接部位不得有劃傷、污點(diǎn)、水分、灰塵以及其他妨礙焊接和影響施工質(zhì)量的雜質(zhì)。

圖1 土工膜鋪設(shè)工藝流程

圖2 雙縫熱合焊機(jī)焊接程序

在正式焊接操作之前，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先設(shè)定設(shè)備參數(shù)，取300mm×600mm的小塊膜進(jìn)行試焊。然后在拉伸機(jī)上進(jìn)行焊縫的剪切和剝離試驗(yàn)，如果不低于規(guī)定數(shù)值，則鎖定參數(shù)，并以此為據(jù)開(kāi)始正式焊接。否則，要重新確定參數(shù)，直到試驗(yàn)合格時(shí)為止。

3.2.2 擠壓熔焊機(jī)焊接

對(duì)于大面積的HDPE土工膜，主要是使用雙縫熱合焊機(jī)進(jìn)行焊接。但對(duì)于非直接搭接的部位以及局部修補(bǔ)、加強(qiáng)處理等情況，都必須使用擠壓熔焊機(jī)。

擠壓熔焊機(jī)的技術(shù)和工藝要求如下：

鋪膜前，向工程師遞交詳細(xì)的鋪膜圖和進(jìn)度計(jì)劃表，檢查接縫處基層是否平整、堅(jiān)實(shí)，如有異物，應(yīng)事先處理妥善。檢查焊縫處的搭接寬度是否合適(≥60mm)，接縫處的膜面應(yīng)平整，松緊適中，不致形成“魚(yú)咀”。

定位粘接：用熱風(fēng)槍將兩幅膜的搭接部位粘接，粘接點(diǎn)的間距不宜大于60mm～80mm，要控制熱風(fēng)的溫度，不可燙壞土工膜，又不得輕易撕開(kāi)。

打毛：用打毛機(jī)將焊縫處30mm～40mm寬度范圍內(nèi)的膜面打毛，達(dá)到徹底清潔，形成糙面，以增加其接觸面積，但其深度不可超過(guò)膜厚的10%。打毛時(shí)要輕輕操作，盡量少損傷膜面。

試焊：在正式焊接之前，要取不小于300mm×600mm的小樣，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初定設(shè)備參數(shù)進(jìn)行試焊。然后切取試件，在拉伸機(jī)上進(jìn)行剪切和剝離試驗(yàn)，如果檢驗(yàn)結(jié)果符合規(guī)定，則鎖定設(shè)備參數(shù)依此焊接，否則重新調(diào)機(jī)、試焊、檢驗(yàn)，直到合格時(shí)為止。

3.3 壩體經(jīng)濟(jì)斷面抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算

本次計(jì)算土工膜失效時(shí)均質(zhì)壩滲流浸潤(rùn)線(xiàn)，土工膜滲流參考其它工程擬定浸潤(rùn)線(xiàn)。穩(wěn)定計(jì)算參考《王家溝水庫(kù)初設(shè)階段筑壩料設(shè)計(jì)參數(shù)建議值》。計(jì)算方法采用摩根斯頓——普賴(lài)斯法，計(jì)算程序采用河海大學(xué)工程力學(xué)研究所編制的土石壩邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)(HH-Slope R1.0)程序。

根據(jù)SL274-2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合本工程的特點(diǎn)，大壩穩(wěn)定計(jì)算施工期用總應(yīng)力法，渡汛期用有效應(yīng)力法，分別計(jì)算下游渡汛水位，施工期無(wú)水及有土工膜和土工膜失效情況下下游各種壩坡穩(wěn)定情況。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 大壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

序號(hào)工 況試驗(yàn)方法及代號(hào)12非常運(yùn)用條件Ⅰ枯水期(上下游無(wú)水)非飽和不固結(jié)不排水剪UU渡汛洪水位飽和固結(jié)排水剪CD計(jì)算結(jié)果位置一、下游壩坡-土工膜工況/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允許值1 201 20

由表1得出，大壩下游坡比越小大壩越穩(wěn)定，該方案下游壩坡選用1∶1.6較合理。

3.4 土工膜施工質(zhì)量控制

(1)工程開(kāi)工后，根據(jù)規(guī)程規(guī)范等要求做好各項(xiàng)材料的質(zhì)檢、試驗(yàn)，確定材料，以保證用于工程的原材料的質(zhì)量；

(2)所有進(jìn)入土工膜及土工布施工現(xiàn)場(chǎng)人員必須佩戴出入證，穿對(duì)防滲材料無(wú)損傷的鞋子，進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)任何人不得吸煙；

(3)在防滲層上，所有工器具必須輕拿輕放，不得扔摔或重放，嚴(yán)禁熱工具與土工膜及土工布接觸；

(4)檢驗(yàn)合格后的防滲層必須及時(shí)采用土袋壓蓋，壓蓋時(shí)由專(zhuān)人看管，不得損傷HDPE土工膜，若有損傷，必須及時(shí)修補(bǔ)；

(5)土工膜施工完成后，必須注意成品的保護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

王家溝水庫(kù)大壩工程受業(yè)主單位移民征地拆遷滯后影響，按原施工進(jìn)度計(jì)劃已無(wú)法實(shí)現(xiàn)大壩安全度汛節(jié)點(diǎn)目標(biāo)任務(wù)，經(jīng)專(zhuān)家反復(fù)討論后決定大壩迎水面采取臨時(shí)填筑斷面擋水。迎水面采用土工膜防滲的方案，節(jié)約了工期，確保了安全度汛目標(biāo)，收到了較好效果，為以后類(lèi)似工程施工提供了較好的參考和借鑒。