高兆婉

[摘 要]通过介绍复合土工膜在水利工程堆石围堰防渗工程中从设计到施工的优化研究一直到正常运行的效果分析，闸述其在水利工程建设中应用的注意事项和优越性。关键词土工膜 设计 施工 防渗

中图分类号：TM58 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）04-0387-01

一、概述

在临山面海的港口城市，海滩开发建设中，往往土壤稀缺，但石头资源相当丰富。一些水利工程不得不使用块石平整场地、砌筑护坡、堆筑围堰。连云港市海堤达标项目“新城闸”“开泰闸”“西墅闸”等挡潮闸工程的施工围堰就是使用了堆石围堰。本堆石围堰是采用爆破挤淤工艺施工而成的散石堆积体，堰体通透，堰内水位随海水涨落潮而变化。为保证围堰内干施工的条件，必须对围堰进行防渗设计和施工，以确保主体工程施工的顺利进行。利用复合土工膜作为围堰的防渗屏障，三个挡潮闸的基本设计思路如下：

上述堆石围堰的防渗结构主要是由找平垫层——保护层——防渗层——保护层——压载层——防护层等组成。下面根据工程防渗设计、施工、运行过程中的经验，探讨优化方案和一些注意事项，以飨同行。

二、主要材料规格与性能要求

本方案所用编织布应具有各向强度及变形要求，须满足国家相应技术标准的规定；所用复合土工膜除应具体强度要求、变形要求外，还要有防渗要求、耐静水压力要求等，同样应满足国家相应技术标准的规定。

1、编织布：270g/m2聚丙烯编织布，撕破强力≥0.48KN，CBR顶破强力≥4.8KN，横径向断裂强力≥60KN，断裂伸长率≤25%。

2、复合土工膜：采用500g/m2二布一膜（为150/0.25/150），纵横向断裂强力≥7.5KN/m，CBR顶破强力≥1.5KN，撕破强力≥0.25KN，断裂伸长率≤40%，抗渗强度≥0.6Mpa，渗透系数≤1*10-11cm/s。

三、复合土工膜防渗设计与施工

1、整坡：通过爆破挤淤工艺施工而成的堆石围堰边坡一般为1：1～3，边坡块石堆积不平，为了防渗层的施工，边坡面要用挖掘机配合人工进行整理。经验表明，平整度以±10cm为宜，且块石间空隙要小，最好用大小不等的碎石填充饱满，同时要处理掉尖锐棱角裸露在外的块石。

2、找平垫层：边坡整理完成后，进行找平层施工。一般设计上采用碎石找平。但碎石找平层在边坡较陡的情况下，施工操作较不方便。如果用泥结碎石找平则满足了施工的要求，同时也起到保护后属施工层的作用。但要注意，在潮水涨落的情况下，垫层泥土容易被洗去，引起今后结构层变形，所以，找平垫层以用粘性较高的土拌结级配良好的小石子为最好。找平层平整度以±5cm为宜。

我们根据不同的坡度和潮水侵蚀情况，选择性地采用了碎石垫层和泥结石垫层。实践证明，效果都不错。

3、防渗土工膜的铺设、连接：土工膜到工后，在围堰顶热焊（焊接强度不少于母材的80%，热接长度符合规范要求），根据坡面尺寸和施工方便程度接成较大的整幅（应尽量大），焊缝应沿坡面方向。铺设时幅与幅之间根据现场条件可以采用搭接连接，当然最好也为焊接，但搭接长度不少于1.5m。另一种搭接方法是，将二幅土工膜的边重叠后卷绕在一起，用袋装土压上，同时，在搭接周边，土工膜的伸缩余量要更多一些。铺设时，膜从坡顶往坡脚下滚动铺设，且膜延伸到坡脚外至少10m（坡脚防渗处理的需要）。铺膜的重点注意事项是，膜要处于松驰状态，使膜面积比坡面面积至少多20%，这样能保证膜不因变形而产生撕裂破坏。

铺设时上、下二层土工膜所有的连接缝都要错开到少5m。

防渗土工膜至少铺设二层，局部地区，如土质条件差的，围堰稳定性不够的，施工条件不好的，可铺到三层（目前，市面上高强复合土工膜较少有生产，所以通过增加层数来满足变形要求）。

4、坡脚防渗处理：防渗层与围堰坡脚处的搭接工作很重要，它是本防渗结构发挥作用的重要方面。本设计方案是将膜延伸到坡脚外至少10m，这样用袋装土压脚将土工膜压入泥土中起到了较好的防渗作用（见上图）。实践证明，效果显著。

由于在压脚过程中及今后运行过程中，因压载的作用，膜要不断下沉，所以，坡脚下的膜要留有更多的伸缩余量。

5、保护层：复合土工膜的防撕裂、冲击和顶破强度均相对较小，在施工、变形过程中较易被破坏，为了保护复合土工膜，膜的上下均要采取保护措施。原设计在找平层上没有采取保护措施，在施工中就发生了多起土工膜被撕坏的情况。施工实践过程中，我们调整方案，在找平层和复合土工膜防渗层之间增加了二层270g/m2聚丙烯编织布。编织布强度较高，在防变形撕裂过程中起到了增加强度，保护土工膜的作用。施工中我们还发现，二层编织布互相之间易滑动，不利于施工操作和防渗结构体的稳定，所以，以用一层520g/m2以上的为好。

6、压载、维护层：压载，一方面是平衡外侧的水压力，另一方面也是固定土工膜和在防渗结构体上进行其它施工操作的需要。当然，如果土工膜防渗一旦有不足之处，粘土压载也能起到弥补和方便处理的作用。

施工中，我们完成了坡脚袋装土分层压载后，采用挖掘机和人工进壤土，从下到上沿坡面逐层上升，压实度达到0.75～0.80为宜。本方案堰内淤泥区面高程约为-1.0m，施工期间内外最大水位差4.8m，压载层的厚度在垂直坡面方向上取为3.0m。

由于施工期较长，壤土压载受到雨水、施工弃水、人员设备操作等的影响较多，压载层必须进行维护处理。一般用编织布或碎石进行护坡，应根据现场具体情况决定。编织布以选用加碳黑的聚丙烯为好，因为它防日照老化的效果显著。碎石用中小子，层厚5～10cm，部分石子拍入壤土层中。

四、围堰防渗效果及分析

按照上面的设计思路，施工过程中根据具体情况不断进行分析研究、优化调整，经对已完成的二个挡潮闸的围堰防渗运行情况观察表明，防渗效果显著，满足了围堰内主体工程干施工的条件。一些情况如下：

1、在袋装土压脚以外出现了渗漏点。这主要是由于在爆破挤淤施工过程中，一些块石体散布在坡脚以外较远处，从而形成了渗漏通道。处理的方法是在渗漏处较大范围内先铺编织布，再铺土工膜，最后进行土方压载，将布、膜压入淤泥层下。

2、由于围堰及坡脚下淤泥的不稳定性，防渗结构体不断有下沉变形，局部地区变形还很大，但未发现渗漏。这主要是，一方面，布、膜铺设时，留下的富余量较大，能适应变化，另一方面，防渗体整体的均匀下沉并不影响防渗，相反因挤密作用和更多的深入到淤泥中，却加强了防渗能力。

3、由于防渗体的下滑，防渗体与围堰间产生了较大的变形缝隙。为避免雨水、施工弃水渗入，不使下沉变形扩大，要及时将缝隙补填完成。

4、在主体工程施工过程中，避免在防渗体上堆积重物，以防产生较大不均匀变形破坏防渗体。

五、结语

在堆石围堰上做复合土工膜防渗体系，是一项认真、细致、缜密的工作，俗话说，它是个绣花活。按照我们的探讨和经验，要点是：了解变形，适应变形；保证复合土工膜的材料质量和铺设质量；壤土压载工作，小心谨慎，仔细入微。只要我们把握住工作要点，就一定能做好堆石围堰的防渗工作！

参考文献：

[1] 长江水利委员会长江勘测规划设计研究院编制组：水利水电工程围堰设计规范2009（11）.

[2] 蒲兴元：复合土工膜在张掖市滨河新区水源涵养工程中的应用2010（1）.

[3] 樊述斌：渗流作用下土石坝防渗及坝体应力变形仿真分析，中国地质大学（北京）2008.