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論述復合土工膜在山區多沙河流橡膠壩工程中的應用

復合土工膜防滲在山區多沙河流橡膠壩工程中的應用

作者:李東平

發表于《山西水利》2007第二期

  
 
[摘要]復合土工膜防滲處理在我國是一項較新的工程技術,目前在工程中得到越來越廣泛的應用。復合土工膜作為柔性防水具有造價省、工期短、效果好的優點,尤其是在山區多沙河流蓄水工程中的應用,經過在東川河清淤蓄水工程中實踐證明,可以從根本上解決山區多沙河流橡膠壩蓄水的滲漏問題。
  [關鍵詞]復合土工膜、多沙河流、防滲
  1、概述
  橫亙于呂梁市區的東川河,由發源于吳城鎮薛共嶺山的大東川河和發源于小神頭鄉骨脊山的小東川河匯流而成,由東向西橫穿市區,在城西與北川河相匯合。東川河是三川河的主要支流,流域河道全長514km,流域面積951.6km2。東川河是一條典型的多泥沙、大坡度山區河流,東川河50年一遇洪水輸沙量910萬t,推移質輸沙量為136.5萬t。由于河道寬度較窄,兩岸堤防高度不足,城市河段堤防長度不夠,堤防年久失修,自然與人為損毀嚴重,近些年來河道內泥沙淤積嚴重,人為傾倒垃圾影響行洪,致使東川河現狀的防洪能力很低,僅達20年一遇的防洪標準,與呂梁市應有的防洪標準相差甚遠。
  為適應呂梁市城市經濟發展和防洪安全的需要,進一步改善呂梁城市環境,提高城市品位,呂梁地區東川河離石城區清淤蓄水工程于2002年3月正式開工建設。工程主要由清淤工程、攔沙減淤工程、蓄水工程三部分組成。整個工程分階段進行,一、二期工程已經完工。
  復合土工膜防滲處理在我國是一項較新的工程技術,目前在工程中得到越來越廣泛的應用。復合土工膜作為柔性防水具有造價省、工期短、效果好的優點,尤其是在山區多沙河流蓄水工程中的應用,經過在東川河清淤蓄水工程中實踐證明,可以從根本上解決山區多沙河流橡膠壩蓄水的滲漏問題。
  2、工程防滲設計方案的比較
  東川河清淤蓄水工程設計蓄水總量達34.5萬m3,蓄水水面達24.41萬m2,年蒸發損失約16.41萬m3。不大的蓄水量與較大的蒸發量,對于水量緊缺的東川河流域更是雪上加霜,因此采取合理可行的防滲工程措施,最大限度地減少滲漏損失是至關重要的。
  2、1可供選擇的防滲方案
  河道的防滲措施有垂直防滲和水平防滲兩種,本工程地段河床地層單一,基本為砂礫石及人工攪動土層類,厚14m-20m,下部沒有理想的相對隔水層。采用垂直防滲措施,如高噴灌漿帷幕,則一因河道兩岸已建漿砌石堤防對灌漿工程的施工和整體防滲結構的布置有一定困難;二因高噴灌漿施工技術要求高,費用也較大;加之,垂直防滲不能解決河床的防沖問題。為此本工程不擬采用垂直防滲方案。
  對于水平防滲措施方案的選擇,應結合工程地區的水文地質條件:即除特殊地表徑流交匯地帶外,一般情況下地下水接受河水補給,,這樣的水文地質條件,使得在選擇水平防滲方案時,主要應考慮防滲與防沖結合的方案,以及防滲材料的滲透穩定。
  根據各地工程實踐經驗及本工程的各種條件并參考已建工程經驗,河床水平防滲措施可選擇的方案有:混凝土防滲、漿砌塊石防滲、土工布(復合土工膜)防滲和粘土防滲。
  鑒于現狀河堤已修建多年,施工質量不一,均無法滿足蓄水防滲要求,結合降低水流邊界糙率及堤防補強的要求,對于不同的河床水平防滲方案,其堤防防滲措施均采用加設砼護面的方案。各種河床防滲方案的初步結構設計與分析如下:
  方案一、混凝土防滲:表層為0.3m厚的C20砼護底,分縫處設橡膠止水帶,下層為厚0.2m的碎石墊層。這種措施為傳統的防滲措施,防滲效果好,施工技術比較成熟,可機械化施工,抗沖能力強、滲漏隱患發生在表層,易查找,易修補,這種措施河床糙率小、流速大、行洪水面線最低。
  方案二、漿砌石防滲:表層為厚0.5m的M7.5水泥砂漿砌石,下層設0.1m厚的砂墊層。砌體及伸縮縫防滲效果較砼差,施工技術簡單,成熟,砌體主要為人工操作,施工速度慢且質量不易控制,抗沖性能可滿足行洪要求但河床糙率加大,將提高行洪水面線。
  方案三、土工布(復合土工膜)防滲:土工布下設0.1m厚的粗砂墊層,上鋪0.2m厚的粗砂保護層,再上為0.2m厚的砼護面或0.4m厚的漿砌石護面。土工布(復合土工膜)為新型的用途日益廣泛的防滲材料,防滲效果好,施工技術簡單且基本成熟,但保護層、墊層施工程序多,容易影響施工速度,若施工質量不好,滲漏隱患不易查找,不易補修,故土工布的鋪設與粘接質量至關重要。
  方案四、粘土防滲:粘土防滲的效果主要取決土料的質量與碾壓的質量且保護層的厚度應較土工布保護層更厚,才能滿足防曬、防凍、防滲及滲透變形的要求,粘土防滲的施工技術雖較土工布簡單。但工程附近缺少質和量都滿足要求的料場,外運粘土則使工程造價提高,更重要的是河床粘土防滲與堤防防滲的連接比較困難。此種防滲措施可采用下鋪0.5m厚粘土,上鋪0.2m厚砂墊層,再上鋪0.2m厚砼或0.4m厚的漿砌石防沖保護層。
  由于東川河上的龍鳳橋和石州橋的防洪標準為50年一遇,所以方案的選擇既要考慮造價,又得考慮防滲、防沖和防洪標準。據此,通過對各方案的定性分析,為保證蓄水河道的正常運行,應首選方案一(砼防滲)及方案三(土工布防滲加砼防護)。
  由于各種防滲方案單位面積、造價比較可見,方案二的造價最低,但因糙率大,防滲效果差,行洪水面高,需大范圍加高堤防,且橋前壅水較大,不滿足龍鳳橋和石州橋五十年一遇的防洪要求。從平方米造價看,兼顧防洪效果和抗沖能力,以及滿足五十年一遇的防洪要求,方案三中的土工膜加砼方案最優。其平方米單位較低,又同時可滿足防滲,防沖和五十年一遇的防洪要求。
  2、2不同防滲方案的防滲效果分析
  據有關工程及文獻資料,PE土工膜的滲透系數為5×10-11cm/s。混凝土滲透系數為3.91×10-8cm/s,當不考慮兩種防滲材料的接縫部分漏水影響時,折算成單位面積滲漏量為:
  PE土工膜4.32×10-8m3/m2/d
  混凝土3.38×10-5m3/m2/d
  盡管砼防滲措施的滲漏量較PE土工膜大700余倍,但就全年總量而言,僅為蓄水總量的6.8‰,相當于年蒸發損失的1.4%,故認為上述兩種防滲材料均滿足要求。
  綜合以上分析,最終采用了第三種方案,即復合土工膜加混凝土防滲方案。
  3、工程施工中具體應用
  3、1材料的選用
  織造布有限公司的“老朗牌”復合土工膜,二布一膜,200g/m2×0.3mm×200g/m2,經太原理工大學測試中心檢測,檢測報告下表3
  3、2施工方法
  <1>清基、鋪設砂墊層。
  土工膜鋪設前首先進行清基和下層砂墊層的鋪設。要求對河槽底部進行人工平整基礎。用30t振動碾碾壓,經試驗單位取樣,相對密度達到0.65以上,高程誤差在±2cm以內時,進行下層砂墊層的鋪設。鋪設時要嚴格控制高程,完畢后,用振動碾靜壓,砂墊層表面要求平整、光滑。
  <2>復合土工膜的剪裁。土工膜裁剪時,為了施工時膜與膜的拼接,每邊預留10cm寬拼縫帶。
  <3>復合土工膜鋪設。土工膜用膠輪車或人力運輸到鋪設地段,沿河槽順流方向緩慢滾放鋪設。鋪開后,人工從四邊拉平找正。鋪設要求復合土工膜與砂墊層吻合平整,松緊適度。為了避免應力集中和方便拼接,土工膜搭接和縫接符合規范要求。在施工時禁止施工人員穿硬底鞋或帶釘鞋,以免產生應力集中和人為造成土工膜損傷。
  <4>復合土工膜的拼接。土工膜的連接采用自動爬行熱焊機進行膜焊布縫的方式。焊接時必須清除膜面的臟物,保證膜面干凈。膜與膜接合平整并搭接約5cm后方可焊接。焊接前,在拼縫部位的底下墊一塊木板,保證焊機在平整的基面上行走,焊接過程中,應注意觀察焊縫質量,并根據氣溫、風向、風力隨時調整焊接溫度及行走速度。雙線焊縫質量要做到透明,無氣泡、無漏焊、熔點或焊縫錯過等現象,拼接縫質量采用雙焊線加壓法檢測。
  土工膜焊接檢驗合格后,即進行面層土工布的縫接。布與布的縫接采用手提式封包機,縫合方式為肘接,縫合針距約6mm,縫線采用三股雙絲滌綸絞線。縫合面要求松緊適度,縫接平順,無褶皺。
  <5>復合土工膜的錨固,復合土工膜與河槽兩端的漿砌石聯接時,先將河槽兩岸漿砌石抹面,要求平整、光滑,然后涂抹聚氨酯涂膜防水材料,將復合土土工膜牢固粘貼固定,膜嵌入長度≥0.8mm。固定后用鋼筋砼護壁封堵。
  <6>保護層的鋪設。土工膜鋪設好后,在槽底土工膜上表面均鋪設20cm厚砂土保護層,經測量高程控制后,然后澆筑20cm厚c20混凝土板。每隔10m設伸縮縫一道。
  4、結語
  由于重視對施工質量的控制和規范施工操后,東川河清淤蓄水工程竣工后,運行良好,防滲效果明顯,其造價合理,所以充分證明砼底板加復合土工膜在山區多沙河流橡膠壩工程中是經濟的、實用的,是值得推廣的防滲方式。

   

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