复合土工材料在库底透水处理中的应用

复合土工材料在库底透水处理中的应用
针对某水库实际情况，在明确水库存在的主要问题的基础上，制定一套以铺设复合土工膜为核心的综合整治方案，并对方案的实施过程进行深入分析，包括铺设复合土工膜时应注意的技术要求与注意事项，最后得出本工程取得理想效益，有大范围推广应用价值的结论，为其他类似防渗加固工程提供参考借鉴。

标签：复合土工材料；库底透水处理；应用
水库经过长时间的运行容易发生渗漏，而库底透水则是一种较为常见的渗漏问题，直接影响水库正常蓄水与用水。

处理库底透水的传统方法不仅工艺复杂、工期长、成本高昂，而其处理效果很难保证，已无法满足工程实际需求。

因此，亟需采用一种新型材料来解决库底透水的难题，即采用复合土工材料。

1 水库基本情况
某水库坝址上方流域的总面积为 3.0km2，是典型的石灰岩地区。

水库于六十年代中期投入使用，主要作用在于灌溉和防洪，是小（2）型水库。

该水库的正常运行能保护其下游近2km范围内耕地和居民的生产生活安全。

自水库建成之后，充分发挥了灌溉与减灾功能，不仅有效改善了当地的生产条件，还进一步推动了经济社会发展，取得了满意的综合效益。

水库现状库容、兴利库容与死库容分别为65万m3、43万m3和6万m3。

其枢纽工程包括三大部分，分别为放水洞、大坝与溢洪道。

其中，大坝采用“壤土心墙沙壳坝”，高、长最大值为15m和190m，顶部宽度为3-5m，高层200-201m；大坝的右侧为溢洪道，采用坝肩式溢洪道，进口处为开敞的宽顶围堰；大坝下方主河槽段设有放水洞，是采用浆砌石建设而成的矩形涵洞；大坝上游坡底为进水口，闸门型式采用斜拉式。

2 水库现存问题
本水库运行已超过50年，每年的汛期都基本蓄满，而汛期以后水不断减少，仅一个冬天就可以全部漏完，当到达次年春天需要进行灌溉时，已是无水可用。

考虑到本水庫的地势相对较高，当地政府与村民意图借助自然压差来满足吃水要求，但水资源却无法保障。

因长时间占用土地资源而未发挥效益，故设想拆除此库，恢复耕地。

近几年，本水库被列入除险加固名单，在选定方案的过程中反复思考，若仅对坝体进行加固，或拓宽溢洪道与改造放水洞，则只可以确保其自身运行安全，依然无法解决蓄水问题。

由于坝址处于石灰岩地区，所以极有可能存在溶洞透水问题，兴利水位下方和水之间的接触面都有产生透水现象的可能。

针对这一问题，当地水利局对水库实施了深入的地质勘察，勘察所用方法包括高密度电法、测绘与地质钻探等[1]。

经细致的地质勘察，得出以下结论：（1）左侧分水岭有较为宽厚的山体，邻谷相对下切较浅，一般不会发生渗漏，但右侧近坝段由于受到采石等因素的影响，其山体十分单薄，有坝肩绕渗的可能。

（2）自水库建成以来，因库区存在较为严重的渗漏现象，所以长期无水，几乎变成了废弃水库。

究其原因，主要为库底岩溶发育，渗漏严重。

因此，必须对岩溶发育区和灰岩出露区进行有效的防渗治理。

（3）库区内地下水补给以降水为主，地表水的排泄较为畅通，且低洼处的地形很高，水库蓄水位低于地面高程，所以不会发生浸没等现象。

（4）水库大坝采用壤土填筑，质量良好，压实度与渗透性均满足要求。

缓坡段与河床的清基工作效果显著，主要呈柱状，裂隙与节理均不发育，岩体自身有良好的完整性，能提供较高承载能力，所以坝基渗漏基本不存在。

然而，在灰岩地区发生的渗漏现象较为复杂，为保证安全仍需对右侧肩和坝基之间的接触带进行防渗治理[2]。

3 综合治理方案设计与实施
3.1 方案设计
（1）对岸坡上的裸露岩进行整修，首先按照1：1.5的坡度整坡，铺设一层厚度为50cm的黏土并压实，然后铺设复合土工材料，并在其上方加铺黏土提供保护，要求保护层厚度不少于80cm，最后在黏土上移植草皮，但要避免种植树木。

其中，复合土工材料选用复合土工膜，即在薄膜基础上铺设土工布，该土工膜不仅抗顶破性、抗拉性与抗撕裂性优异，而且具有极高的物理力学指标，以及强度大、延性好、耐腐蚀、抗老化、抗渗透等众多特点，是一种理想的透水处理材料[3]。

（2）在平行坝轴线，铺设长度为160m的土工膜，特殊区域在施工时根据开挖出露地质情况进行调整。

此外，在沿河流的方向上，需铺设150m长土工膜。

（3）在对土工膜进行铺设的过程中，坝坡和库底连接采用压重平台延伸到195m高程位置，存在齿墙的位置，设于齿墙下方，上、下保护层的厚度不能小于30cm。

（4）根据勘探结果，右侧岸坡需铺设150m土工膜，沿岸坡向上，另行铺设250m，采用之前提到的方法处理坡面，由坡脚处不断向库内延伸，具体的施工方法完全相同。

3.2 方案实施
本次施工历时三个月，先整修兴利库容淹没线下方透水区，平洼削高，按照1：1.5的坡度对岸坡进行整修，再铺设50cm厚的黏土并压实，预计使用土工膜约2.4×104m2。

工程所用土工膜的单重为每立方米800g，土工膜搭接缝的宽度和幅宽分别为20cm与6m。

3.2.1 技术要求
（1）工艺流程：挖、铺、压、护同时进行，分区段循环施工。

（2）基面处理：根据设计要求彻底清理基面，这是使土工膜发挥良好防渗作用的关键，尤其是要清理树根与尖石，且基面不能有起伏，完成清理后夯实，保证平整度与压实度。

（3）铺设土工膜：在铺膜的过程中，应按照从下到上的顺序进行。

相邻两个
土工膜与土工膜和基面间必须压平、紧贴，但要注意不能拉得太紧，以无气泡为宜[4]。

由于土工膜薄而轻，易被吹动，所以一次铺膜不宜过长，并在铺膜的同时采用土料覆盖。

依据土工膜生产厂家提供的相关资料，本次施工采用6m幅宽，以减少接头。

至于接头，即可采用搭接，也可热粘或胶粘，本工程采用搭接，缝宽20cm。

（4）护面与保护层。

用于保护土工膜的粘土必须过筛，筛去粒径在6mm 以上的大颗粒，以免刺破土工膜。

土料铺设后击打密实，确保干容重高于1.5，同时取样送交实验室检验。

在保护层回填与湖面砌筑过程中，务必做到轻放，否则将使膜撞破。

护面下方需填筑厚度为100mm的垫层，以免由于水位发生变化而使保护层被淘刷。

采用人工挂线的方式对干砌块石进行铺砌，石块之间应紧密嵌挤，空隙部分采用小块石或石屑填充。

（5）接界处理。

接界处理的目的是确保土体和土工膜良好联结，并对渗流的入口进行封堵，截断所有侧向渗漏路径，并避免渗水进入到膜底，使底部形成水泡，导致土工膜破裂。

基于此，在实际施工中，应按照要求开挖截水槽，同时在槽中埋设土工膜。

3.2.2 注意事项
（1）埋入式的覆盖厚度应在30cm以上。

（2）防渗系统包含四大部分，分别为基础垫层、防渗层、过渡层与保护层。

（3）土体必须密实，防止沉降与开裂，清除防渗范围内的所有树根与草皮。

和土工膜直接接触的土料粒径不能过大。

（4）在土工膜铺设过程中避免强力拉伸，以两端埋进土体内形成波纹状为宜，当与刚性材料进行锚固处理时，需预留足够伸缩量[5]。

（5）施工过程中避免异物直接砸向铺好的土工膜，最好能在铺膜的同时进行有效防护。

4 工程效益
防渗工程完成后，水库正常蓄水43万m3，已经达到设计兴利水位。

当水库的库容到达了兴利库容之后，通过近60d的持续观测，在完全关闭放水洞的条件下，水库水位未出现变化，库底透水得以根治。

本水库库底透水问题处理取得的成功，对水库下游和周围农业生产安全起到了重要作用，提高了居民生产积极性，为将来的节水灌溉奠定了坚实基础。

如今，当地政府已经着力借助自然压差建设集中供水工程。

可见本工程取得的效益是极为显著的。

5 结束语
综上所述，水库库底渗漏是影响其蓄水、灌溉功能实现的主要原因，不仅无法起到推动生产和经济发展的作用，还危机下游与周围耕地、居民的生产生活安全。

因此，必须采取有效措施进行治理，而复合土工材料以其强度大、延性好、耐腐蚀、抗老化、抗渗透等优势，逐渐得到广泛应用，在缩短工期、提高防渗性、降低成本等方面达到了预期的效果，值得大范围推广应用。

参考文献：
[1]赵立富，马志宏.复合土工材料在库底透水处理中的应用[J].山东水利，2014（12）：25，27.
[2]韩雪冬，原丽娜.复合土工膜防渗材料在渠道节水工程中的应用研究[J].科技创新与应用，2013（24）：192.
[3]田安建.复合土工薄膜防渗材料在土坝施工中的应用[J].广东水电科技，2015（04）：43-46，3，5.
[4]蒋自胜.复合土工防渗材料在加固除险工程中的应用[J].水利水电施工，2014（04）：26-28.
[5]鲁南，胡嘉东.复合土工膜防渗材料在上下肚水库安全加固中的应用[J].黄河水利职业技术学院学报，2015（03）：22-24.。