论文部分内容阅读
【摘要】本文主要围绕柯柯亚二库在特定地质条件下的全库盘水平防渗混凝土面板坝工程具体运用进行了讨论。对这种防渗体系的细部构造进行了详细描述，尤其是复合土工膜的保护层的设计及复合土工膜与趾板的连接等，对于拦河式的全库盘水平防渗水库工程具有一定参考价值。
【关键词】面板坝；水平防渗；复合土工膜
Engineering Application of Horizontal Anti - seepage in the Whole Reservoir of River - type
Wei Zhen-rong
（Turpan City Water Resources and Hydropower Survey and Design InstituteTurpanXinjiang838000）
【Abstract】This paper mainly discusses the concrete application of the whole reservoir-level anti-seepage concrete face dam in the specific geological conditions. The detailed structure of the impervious system is described in detail. Especially， the design of the protective layer of the composite geomembrane and the connection between the composite geomembrane and the toe plate are the same as that of the whole reservoir Reference value.
【Key words】Panel dam；Horizontal seepage；Composite geomembrane
1. 工程概况
（1）柯柯亚二库工程位于鄯善县中部柯柯亚河流上，距上游柯柯亚水库12.0Km，是柯柯亚河流上的二级水库枢纽工程。水库具有工业供水、城镇供水、农业灌溉等综合任务。水库于2014年10月完工，11月下闸蓄水。
（2）柯柯亚二库工程规模为小（1）型，工程等别为Ⅳ等。水库总库容945.0万m3，兴利库容650万m3。工程包括大坝、泄洪兼灌溉放水洞、溢洪道及库盘防渗。大坝为混凝土面板砂砾石坝，设计最大坝高27.1m，坝顶长度2935m，其中主坝长620m，东副坝长1283m，西副坝长1032m。溢洪道布置在主坝桩号0+168.33处，为坝顶开敞式溢洪道；库盘总面积68万m2，采用200g/0.6mm/200g及200g/0.8mm/200g的复合土工膜防渗。
2. 水文气象及工程地质情况
2.1水文气象。
（1）柯柯亚二库距上游柯柯亚水库12.0Km，柯柯亚河床为透水率较强的深厚砂砾石覆盖层，柯柯亚二库设计洪水为从一库洪水调节后的溢洪道泄洪量，经过衰减后进入二库的设计洪水。
（2）为合理确定两座水库间12.0Km的水量衰减量，采用实测和理论分析相结合的方法进行分析确定。经计算上游柯柯亚水库下泄流量经河道运行至实测断面不同量级下泄流量的衰减量依次为35.0%、25.2%、60.0%、23.5%和24.4%，平均每公里衰减2.4%，按此衰减率计算柯柯亚水库至柯柯亚二库坝址处平均衰减率为28.8%。经修正后柯柯亚水庫至柯柯亚二库不同量级下泄流量的衰减率为：流量0～100m3/s时为25%，流量101～150m3/s时为20%，流量151～200m3/s时为30%，流量大于201m3/s时为15%。
（3）经衰减后在P=0.1%来水频率下到达柯柯亚二库坝址处最大洪峰流量为515m3/s，P=2%来水频率下到达柯柯亚二库坝址处最大洪峰流量为284m3/s。
2.2工程地质。
（1）库坝区工程地质概况：柯柯亚二库是利用天然河床做库盘，以东西两侧冲洪积堆积的台地构成水库的库岸，在主河道及两侧的台地上筑坝蓄水。整个库区及两岸均为第四系堆积物所覆盖、未见基岩出露。库区出露的岩性主要有第四系上更新统冲洪积砂卵砾石（Q3al+pl）、全新统坡积含土碎石（Q4dl）以及全新统冲积砂卵砾石（Q4al）。
（2）据野外及室内试验资料砂卵砾石层的渗透系数K=1.17×10-3～8.1×10-2cm/s，属中等～强透水层。可见水库蓄水后坝基及库盘存在渗漏问题，因垂直防渗工程量很大，且施工困难，应对水库进行全库盘水平防渗处理。
3. 水库防渗方案
结合库坝区地质情况，为降低工程投资，经多方技术论证，柯柯亚二库主坝采用整体式面板，副坝采用分离式面板防渗，库区采用复合土工膜防渗。考虑到本工程为拦河式水库，河道纵坡、泥沙含量大，加强土工膜的保护层设计以及土工膜与坝体趾板等周边建筑物的衔接。
3.1坝体防渗结构。
（1）柯柯亚二库坝体主坝段采用钢筋混凝土面板防渗，为减低工程投资，经充分论证副坝采用分离式面板防渗，坡比为1：1.6。下游坝坡为1：1.5，工程区位于严寒区，根据类似工程经验，确定该水库现浇砼面板厚度为等厚30cm，砼强度等级为C25，抗渗等级为W8，抗冻等级为F200。
（2）主坝整体式面板采用两道止水；分离式面板之间采用大坝专用聚氨酯密封膏一道顶止水。详见图2。
3.2库区水平防渗。
3.2.1土工膜类型选择。
根据利用复合土工膜进行水库防渗的使用情况，需要的复合土工膜量防渗面积大，造成复合土工膜的接缝长度非常长，而且会出现多块复合土工膜在一处连接的情况，接缝施工难度较大，接缝处质量要求较高。因此选用聚乙烯膜，提高土工膜的伸长率，保证复合土工膜防渗效果。结合全国生产的涤纶长纤针刺非织造/聚乙烯复合土工膜在实际使用过程中防渗效果较好，考虑到库区粒径大于80mm的含量较大，同时为了更能直观的检查膜上是否有大的孔洞，因此采用一布一膜加一布的模式，水库成败的关键就是在于土工膜的防渗效果。 3.2.2土工膜厚度选择。
该水库水库复合土工膜防渗薄膜厚度根据所承受的水头，通过顶破、刺破和穿透试验结合新疆和国内外已建设的工程经验进行确定复合土工膜的规格，为了降低工程造价，依据作用水头的不同，本工程采用两种规格不同的复合土工膜进行库盘不同部位的防渗。在正常蓄水位以下的库盘采用300g/0.8mm/300g的复合土工膜防渗，其余部分库盘采用300g/0.6mm/300g规格的复合土工膜防渗。
3.2.3土工膜保护设计。
根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225-98）第5.2.条规定，复合土工膜上面设防护层、上垫层，在其下面设下垫层。本工程为拦河式全库盘土工膜防渗，为了顺利将上游柯柯亚水库下泄导柯柯亚二库，在原主河槽部位布置一条引洪渠，引洪渠过流能力采用大坝设计洪水标准。该部位土工膜保护是一个首先要解决的问题。引洪渠采用浆砌卵石防护的方案，自下而上分别为下垫层150mm厚天然砂砾料、复合土工膜、、无纺土工布、20mm挤塑板、300mmC20细石混凝土砌筑卵石。
3.3土工膜与周边建筑物的连接与锚固。
趾板与库盘复合土工膜连接采用柔性连接，首先在趾板面上间隔20cm预埋螺栓，沿连接长度在土工膜上下各安装1条厚三元乙丙橡胶垫片，再用钢压条通过螺栓将复合土工膜固定，详见图3。
4. 土工膜铺设
4.1土工膜的铺设。
复合土工膜铺设采用分段施工及流水作业的方法进行。焊接采用瑞士焊机，批批检验，严格控制焊接质量。库盘内复合土工膜从下游向上游铺设，上游复合土工膜的边压住下游土工膜的邊，力求平紧，松紧适度。施工时，库区内的杂草、灌木等均应全部清除，并对库盘进行平整，库盘清理完毕后开始铺设垫层，然后进行复合土工膜的铺设。复合土工膜铺设及焊接完成后，要及时填筑上垫层，库盘复合土工膜上垫层采用进占法进行施工。
4.2土工膜的施工检验。
土工膜防渗的效果关键在工程全面的施工质量，国内外的实践都说明这一点。复合土工膜的联接部位是一个薄弱环节，不仅膜要焊牢，缝布要特别注意松紧适度，便于膜布同时受力。斜坡与水平铺盖的两种膜连接处存在“丁”字接头（可能产生“十”字接头），更是薄弱环节，也是质量检查的重点，应严格施工，加强质检。因此，根据土工膜焊接的经验，可以使复合土工膜焊缝事故率平均降到3个洞/万m2以下，能够满足水库正常运行要求。为了验证复合土工膜是否能够满足高水头压力的考验，施工时，必须对每批次复合土工膜进行穿透实验，确保复合土工膜的质量能满足要求。
4.3接缝质量检查。
复合土工膜在铺设完成后对接缝质量进行检测，为保证施工质量及防渗效果，复合土工膜接缝质量检测采取逐条焊缝充气检漏方式。
5. 结语
工程已于2014年11月初投入使用。本论文旨在交流同类工程的设计经验，拦河式面板坝结合水库库盘土工膜水平防渗中已得到成功运用，防渗效果较为理想，柯柯亚二库的建设过程中，土工膜的上保护层的设计缺乏实际经验，同时复合土工膜与周边建筑物的连接方式及入库洪水消能防冲还需进一步总结经验。
参考文献
[1]SL/T225-1998 水利水电工程土工合成材料应用技术规范[S].1998.
[2]SL/T231-98，聚乙烯（PE）土工膜防渗工程技术规范[S].
[3]GB/T 50290-2014 土工合成材料应用技术规范[S].
[4]土工合成材料工程应用手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1994.
[5]顾淦臣.复合土工膜或土工膜堤坝实例述评（Ⅱ）[J].水利规划设计，2001（3）：45～51.
[文章编号]1619-2737（2017）04-08-182
[作者简介] 魏振荣（1968-），男，职称：高级工程师，主要从事水利工程规划设计。
【关键词】面板坝；水平防渗；复合土工膜
Engineering Application of Horizontal Anti - seepage in the Whole Reservoir of River - type
Wei Zhen-rong
（Turpan City Water Resources and Hydropower Survey and Design InstituteTurpanXinjiang838000）
【Abstract】This paper mainly discusses the concrete application of the whole reservoir-level anti-seepage concrete face dam in the specific geological conditions. The detailed structure of the impervious system is described in detail. Especially， the design of the protective layer of the composite geomembrane and the connection between the composite geomembrane and the toe plate are the same as that of the whole reservoir Reference value.
【Key words】Panel dam；Horizontal seepage；Composite geomembrane
1. 工程概况
（1）柯柯亚二库工程位于鄯善县中部柯柯亚河流上，距上游柯柯亚水库12.0Km，是柯柯亚河流上的二级水库枢纽工程。水库具有工业供水、城镇供水、农业灌溉等综合任务。水库于2014年10月完工，11月下闸蓄水。
（2）柯柯亚二库工程规模为小（1）型，工程等别为Ⅳ等。水库总库容945.0万m3，兴利库容650万m3。工程包括大坝、泄洪兼灌溉放水洞、溢洪道及库盘防渗。大坝为混凝土面板砂砾石坝，设计最大坝高27.1m，坝顶长度2935m，其中主坝长620m，东副坝长1283m，西副坝长1032m。溢洪道布置在主坝桩号0+168.33处，为坝顶开敞式溢洪道；库盘总面积68万m2，采用200g/0.6mm/200g及200g/0.8mm/200g的复合土工膜防渗。
2. 水文气象及工程地质情况
2.1水文气象。
（1）柯柯亚二库距上游柯柯亚水库12.0Km，柯柯亚河床为透水率较强的深厚砂砾石覆盖层，柯柯亚二库设计洪水为从一库洪水调节后的溢洪道泄洪量，经过衰减后进入二库的设计洪水。
（2）为合理确定两座水库间12.0Km的水量衰减量，采用实测和理论分析相结合的方法进行分析确定。经计算上游柯柯亚水库下泄流量经河道运行至实测断面不同量级下泄流量的衰减量依次为35.0%、25.2%、60.0%、23.5%和24.4%，平均每公里衰减2.4%，按此衰减率计算柯柯亚水库至柯柯亚二库坝址处平均衰减率为28.8%。经修正后柯柯亚水庫至柯柯亚二库不同量级下泄流量的衰减率为：流量0～100m3/s时为25%，流量101～150m3/s时为20%，流量151～200m3/s时为30%，流量大于201m3/s时为15%。
（3）经衰减后在P=0.1%来水频率下到达柯柯亚二库坝址处最大洪峰流量为515m3/s，P=2%来水频率下到达柯柯亚二库坝址处最大洪峰流量为284m3/s。
2.2工程地质。
（1）库坝区工程地质概况：柯柯亚二库是利用天然河床做库盘，以东西两侧冲洪积堆积的台地构成水库的库岸，在主河道及两侧的台地上筑坝蓄水。整个库区及两岸均为第四系堆积物所覆盖、未见基岩出露。库区出露的岩性主要有第四系上更新统冲洪积砂卵砾石（Q3al+pl）、全新统坡积含土碎石（Q4dl）以及全新统冲积砂卵砾石（Q4al）。
（2）据野外及室内试验资料砂卵砾石层的渗透系数K=1.17×10-3～8.1×10-2cm/s，属中等～强透水层。可见水库蓄水后坝基及库盘存在渗漏问题，因垂直防渗工程量很大，且施工困难，应对水库进行全库盘水平防渗处理。
3. 水库防渗方案
结合库坝区地质情况，为降低工程投资，经多方技术论证，柯柯亚二库主坝采用整体式面板，副坝采用分离式面板防渗，库区采用复合土工膜防渗。考虑到本工程为拦河式水库，河道纵坡、泥沙含量大，加强土工膜的保护层设计以及土工膜与坝体趾板等周边建筑物的衔接。
3.1坝体防渗结构。
（1）柯柯亚二库坝体主坝段采用钢筋混凝土面板防渗，为减低工程投资，经充分论证副坝采用分离式面板防渗，坡比为1：1.6。下游坝坡为1：1.5，工程区位于严寒区，根据类似工程经验，确定该水库现浇砼面板厚度为等厚30cm，砼强度等级为C25，抗渗等级为W8，抗冻等级为F200。
（2）主坝整体式面板采用两道止水；分离式面板之间采用大坝专用聚氨酯密封膏一道顶止水。详见图2。
3.2库区水平防渗。
3.2.1土工膜类型选择。
根据利用复合土工膜进行水库防渗的使用情况，需要的复合土工膜量防渗面积大，造成复合土工膜的接缝长度非常长，而且会出现多块复合土工膜在一处连接的情况，接缝施工难度较大，接缝处质量要求较高。因此选用聚乙烯膜，提高土工膜的伸长率，保证复合土工膜防渗效果。结合全国生产的涤纶长纤针刺非织造/聚乙烯复合土工膜在实际使用过程中防渗效果较好，考虑到库区粒径大于80mm的含量较大，同时为了更能直观的检查膜上是否有大的孔洞，因此采用一布一膜加一布的模式，水库成败的关键就是在于土工膜的防渗效果。 3.2.2土工膜厚度选择。
该水库水库复合土工膜防渗薄膜厚度根据所承受的水头，通过顶破、刺破和穿透试验结合新疆和国内外已建设的工程经验进行确定复合土工膜的规格，为了降低工程造价，依据作用水头的不同，本工程采用两种规格不同的复合土工膜进行库盘不同部位的防渗。在正常蓄水位以下的库盘采用300g/0.8mm/300g的复合土工膜防渗，其余部分库盘采用300g/0.6mm/300g规格的复合土工膜防渗。
3.2.3土工膜保护设计。
根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225-98）第5.2.条规定，复合土工膜上面设防护层、上垫层，在其下面设下垫层。本工程为拦河式全库盘土工膜防渗，为了顺利将上游柯柯亚水库下泄导柯柯亚二库，在原主河槽部位布置一条引洪渠，引洪渠过流能力采用大坝设计洪水标准。该部位土工膜保护是一个首先要解决的问题。引洪渠采用浆砌卵石防护的方案，自下而上分别为下垫层150mm厚天然砂砾料、复合土工膜、、无纺土工布、20mm挤塑板、300mmC20细石混凝土砌筑卵石。
3.3土工膜与周边建筑物的连接与锚固。
趾板与库盘复合土工膜连接采用柔性连接，首先在趾板面上间隔20cm预埋螺栓，沿连接长度在土工膜上下各安装1条厚三元乙丙橡胶垫片，再用钢压条通过螺栓将复合土工膜固定，详见图3。
4. 土工膜铺设
4.1土工膜的铺设。
复合土工膜铺设采用分段施工及流水作业的方法进行。焊接采用瑞士焊机，批批检验，严格控制焊接质量。库盘内复合土工膜从下游向上游铺设，上游复合土工膜的边压住下游土工膜的邊，力求平紧，松紧适度。施工时，库区内的杂草、灌木等均应全部清除，并对库盘进行平整，库盘清理完毕后开始铺设垫层，然后进行复合土工膜的铺设。复合土工膜铺设及焊接完成后，要及时填筑上垫层，库盘复合土工膜上垫层采用进占法进行施工。
4.2土工膜的施工检验。
土工膜防渗的效果关键在工程全面的施工质量，国内外的实践都说明这一点。复合土工膜的联接部位是一个薄弱环节，不仅膜要焊牢，缝布要特别注意松紧适度，便于膜布同时受力。斜坡与水平铺盖的两种膜连接处存在“丁”字接头（可能产生“十”字接头），更是薄弱环节，也是质量检查的重点，应严格施工，加强质检。因此，根据土工膜焊接的经验，可以使复合土工膜焊缝事故率平均降到3个洞/万m2以下，能够满足水库正常运行要求。为了验证复合土工膜是否能够满足高水头压力的考验，施工时，必须对每批次复合土工膜进行穿透实验，确保复合土工膜的质量能满足要求。
4.3接缝质量检查。
复合土工膜在铺设完成后对接缝质量进行检测，为保证施工质量及防渗效果，复合土工膜接缝质量检测采取逐条焊缝充气检漏方式。
5. 结语
工程已于2014年11月初投入使用。本论文旨在交流同类工程的设计经验，拦河式面板坝结合水库库盘土工膜水平防渗中已得到成功运用，防渗效果较为理想，柯柯亚二库的建设过程中，土工膜的上保护层的设计缺乏实际经验，同时复合土工膜与周边建筑物的连接方式及入库洪水消能防冲还需进一步总结经验。
参考文献
[1]SL/T225-1998 水利水电工程土工合成材料应用技术规范[S].1998.
[2]SL/T231-98，聚乙烯（PE）土工膜防渗工程技术规范[S].
[3]GB/T 50290-2014 土工合成材料应用技术规范[S].
[4]土工合成材料工程应用手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1994.
[5]顾淦臣.复合土工膜或土工膜堤坝实例述评（Ⅱ）[J].水利规划设计，2001（3）：45～51.
[文章编号]1619-2737（2017）04-08-182
[作者简介] 魏振荣（1968-），男，职称：高级工程师，主要从事水利工程规划设计。