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1． 概况
大庄水库位于酒泉市肃州区丰乐乡大庄村，距酒泉城区50km，其水源来自丰乐河，水库库容63.77万m3，以灌溉为主，灌溉面积0.6万亩,属四等小（2）型水库，承担着下游0.2万人及0.11万头牲畜和灌区的供水任务。工程于1952年建成，水库坝长840m，其中：主坝长660m，左副坝长100m，右副坝长80m，坝顶高程现状为1370.2m， 正常蓄水位1368.8m，坝底高程为1364.5m，后坝坡坡比1：1.75，在后坝坡1367.5m高程处有一马道，兼作道路。坝顶宽4m。坝后无排水设施。大坝为均质砂壤土坝，坝前库底采用粘土铺盖防渗，由于受当时背景及客观原因限制，工程建设程序不规范，由当地政府部门抽调受益群众进行建设，工程基本上属三边工程。施工中未对水库坝基进行防渗处理，坝后也未做排水体，坝体夯填不密实，坝前库底粘土铺盖防渗层较薄，且夯填不密实，防渗效果较差。
近几年，水库在春汛运行过程中出现几次集中渗漏事故，均采用临时抢险措施进行了加固，但未解决大坝的根本问题。经2000年由水利专家组成的水库大坝安全鉴定委员会对大坝进行安全鉴定，鉴定结论为：（1）经坝坡稳定计算分析，水库在非常运用工况Ⅰ时（正常蓄水位加70地震工况），上、下游坝坡抗滑稳定安全系数小于规范允许值，坝坡不稳定。（2）经渗流分析计算，坝坡渗透坡降大于允许的渗透坡降，坝坡渗流不稳定。（3）水库在正常蓄水位时，经坝顶安全超高计算，其超高为1.7米,而实际仅为1.4米,超高不能满足风浪爬高的要求。(4)上游护坡滑塌、隆起，剥蚀严重，破烂不堪。（5）输水建筑物翼墙出现裂缝，发生倾斜。闸门启闭设施锈蚀变形，使用不灵活。
2.除险加固设计方案的选择
大庄水库经大坝安全鉴定委员会鉴定为三类坝，并于2000年确定大庄水库为我省重点小型除险加固水库工程。2001年进行除险加固工程初步设计，通过对现浇砼防渗墙防渗、砼预制板护面防渗及复合土工膜斜墙防渗等方案的经济、技术比较后，确定采用复合土工膜斜墙防渗，水库坝前库底高程1364.5m处开挖复合土工膜防渗齿槽嵌入库底防渗铺盖中，周边防渗使复合土工膜开槽后嵌入原坝体中，输水洞周边也使复合土工膜与钢筋砼连接，使整个坝面形成一个闭合的不透水联合防渗体。2002年初步设计报告顺利批复，该项目批准立项建设。
3.复合土工膜联合防渗体的结构设计
3．1上游坝坡、复合土工膜规格及保护层厚度的选择
复合土工膜规格的选择与垫层平整度、材料允许拉应力、材料弹性模量、铺设范围内的最大水头及垫层最大粒径等有关，土工膜厚度设计除应考虑主要由水压力要求的强度外，尚应考虑暴露、埋压、气候、使用寿命等应用条件，并按国家现行有关标准的规定确定设计厚度及实际厚度，本工程经综合分析计算，防渗层采用规格为150g/0.3mm/150g的两布一膜(PE膜)层；加固后坝顶高程为1370.5m,加高0.3m，前坝坡由原1：2.0加固放缓为1：2.25，并在高程1367.00m、1370.00m分别设置两道复合土工膜防滑槽, 防滑槽尺寸为0.5m×0.5m,详见图1。后坝坡维持1：1.75不变，在后坝坡1367.5m高程处设5m宽的马道兼作道路。坝顶加固前宽4m，加固后宽4.7m。
3．2复合土工膜防渗体结构层设计
复合土工膜防渗斜墙结构从上到下依次为： 30cm厚的砂砾石过渡层，20cm厚的中砂上垫层，规格为150g/0.3mm/150g的复合土工膜(PE膜)层，膜下为坝体,上游坝面采用堆卵石护坡，厚60cm，粒径范围为10～30cm。
3．3复合土工膜防渗斜墙与库底粘土铺盖连接设计
该水库坝前库底采用粘土铺盖防渗，在上游坝踵（高程为1364.50m）大坝和粘土铺盖连接处,开挖一防渗齿槽,槽深1.5m,底宽1.5m,将复合土工膜嵌入槽内,并用粘土夯填,使复合土工膜防渗斜墙与库底粘土铺盖连接,形成一封闭的防渗体。
3．4复合土工膜防渗斜墙与水库输水洞周边的连接
复合土工膜与输水洞竖井刚性建筑物的连接,要求连接严密、牢靠，同时还必须防止因建筑物沉陷而使复合土工膜破坏，浇筑砼时，在竖井及输水洞前导流墙外墙与复合土工膜连接部位，浇筑一断面尺寸为200mm*200mm的凸出部位，该部位上部预埋槽钢，并间隔20cm预埋螺栓,复合土工膜与砼连接时,首先在预埋的槽钢上垫一厚5mm的橡胶板,其上铺三层复合土工膜,然后分别用橡胶板、槽钢通过螺栓将复合土工膜固定，由于该部位经常处于水位变化范围内，螺栓容易锈蚀，所以上部再浇筑二期砼，使其与砼严密、牢靠连接。
4．复合土工膜防渗斜墙的施工
复合土工膜的铺设，是该工程施工的关键。在整个工程的施工过程中，从材料采购、铺设、接缝、检查、上覆保护层等均应严格要求，以确保工程质量。
4．1材料采购。结合工程实际及所选复合土工膜的规格，确定复合土工膜的质量标准、几何尺寸，选择生产规模较大、产品质量符合要求的生产厂家进行招标采购，采购到货的材料，每5t为一批，分批抽样检验，试验母材各项力学指标及外观，各项指标均合格后，即认为该材料合格，可以进入施工现场使用。
4．2复合土工膜铺设面整平。复合土工膜具有一定的抗顶破、刺破能力，但在水头较大时，常被膜下尖砾、树根顶破。大庄水库在防渗施工中，开挖清除原大坝表层砼预制板及砾石垫层至粘土层，并按设计尺寸清除多余壤土，对凹陷部分用壤土找平洒水夯实，使夯填壤土干容重达到1.6t/m3,人工开挖防滑槽，剔除其表面的石子、树根等坚硬尖状物，并喷洒除草剂药水，整理后的坡面平整、密实、光滑，以防复合土工膜被刺破。
4．3复合土工膜的铺设。复合土工膜的铺设从输水建筑物两侧开始，自上而下，垂直于坝轴线方向通幅铺设，在铺膜过程中，用力均匀拉动，避免复合土工膜机械损伤和人为硬折，同时应根据当地气温变化幅度和产品说明书要求，预留出温度变化引起的伸缩变形量，以适应气温变化引起的变形。
4．4复合土工膜的连接。复合土工膜的连接分三个程序进行，即下层无纺织布的缝接，中层PE膜的连接，上层无纺织布的缝接。无纺织布的缝接用手提缝纫机、尼龙线进行双道缝接，搭接宽度在10cm左右，PE膜采用焊接工艺连接，焊接工具采用自动调温（调速）电热楔式双道塑料热合机，焊接全部在现场进行，天气晴好，风力3级以下，严禁在雨天、高温和严寒天气下施工，焊接基底表面应干燥，膜面用干纱布或干毛巾擦干净，施工人员穿软底鞋上场，控制搭接宽度12cm，并采用双焊缝搭接，焊缝宽度1cm。焊接时应先根据环境温度、PE膜厚度，利用相同材质的PE膜进行试焊，掌握好焊接机温度及行走速度，确定好施工工艺参数，再进行正式施工，焊缝应透明、平整、顺直、连续。
4．5接缝检验。主要采用目测法、现场充气检漏法及抽样测试法，随焊接进度由施工单位自检，目测检查有无烫伤、褶皱和明显漏焊之处，再用充气法进行检查，要求充气气压0.15-0.20MPa,静观0.5min,压力无明显下降,然后修补检查针孔,即为接缝合格,否则应进行修补,自检合格后提交监理单位、质检部门及甲方联合抽样检查，实行逐段认证签证，对于虚焊、漏焊的接缝及时进行补焊，并对补焊部位进行充气检测，直至验收合格后，才可以进行下道工序。
4．6上覆保护层。复合土工膜焊接完并经质量验收合格后，及时覆盖中砂保护层20cm，以防止其在紫外线照射下易老化和其它因素引起的直接破坏。
5．除险加固效果分析
大庄水库除险加固工程于是2002年月12月底完工后蓄水运行，经过近一年的运行，从观测资料分析，复合土工膜用于水库除险加固防渗工程效果明显，从大坝表面观察，坝顶表面与大坝迎水面库水位涨落处都十分平整，没有发现裂缝、凹陷等异常情况，水库蓄满后，原大坝后坝坡马道部位渗水溢出点消失，仅在距后坝坡角约3m后凹地有积水,防渗效果较好;前坝坡采用堆石护坡后,水库大坝风浪爬高下降,经过一年的运行,堆石护面平整,没有出现护面下滑、堆石被风浪冲刷而引起坝面不平整等现象，防风浪效果较好。酒泉市肃州区近十年内曾先后利用PE膜对夹山子水库、丰乐河二坝一号水库、丰乐河大庄水库进行全库盘防渗，利用复合土工膜对大庄水库及花园水库进行大坝除险加固防渗处理，经多年运行观测分析证明，利用复合土工膜或PE膜处理渗漏问题，具有处理费用低，适应性强，工作可靠，施工速度快，技术易掌握，不需专门设备等优点，对于中小型病险水库的除险加固，具有较大的经济效益和很好的推广意义。
大庄水库位于酒泉市肃州区丰乐乡大庄村，距酒泉城区50km，其水源来自丰乐河，水库库容63.77万m3，以灌溉为主，灌溉面积0.6万亩,属四等小（2）型水库，承担着下游0.2万人及0.11万头牲畜和灌区的供水任务。工程于1952年建成，水库坝长840m，其中：主坝长660m，左副坝长100m，右副坝长80m，坝顶高程现状为1370.2m， 正常蓄水位1368.8m，坝底高程为1364.5m，后坝坡坡比1：1.75，在后坝坡1367.5m高程处有一马道，兼作道路。坝顶宽4m。坝后无排水设施。大坝为均质砂壤土坝，坝前库底采用粘土铺盖防渗，由于受当时背景及客观原因限制，工程建设程序不规范，由当地政府部门抽调受益群众进行建设，工程基本上属三边工程。施工中未对水库坝基进行防渗处理，坝后也未做排水体，坝体夯填不密实，坝前库底粘土铺盖防渗层较薄，且夯填不密实，防渗效果较差。
近几年，水库在春汛运行过程中出现几次集中渗漏事故，均采用临时抢险措施进行了加固，但未解决大坝的根本问题。经2000年由水利专家组成的水库大坝安全鉴定委员会对大坝进行安全鉴定，鉴定结论为：（1）经坝坡稳定计算分析，水库在非常运用工况Ⅰ时（正常蓄水位加70地震工况），上、下游坝坡抗滑稳定安全系数小于规范允许值，坝坡不稳定。（2）经渗流分析计算，坝坡渗透坡降大于允许的渗透坡降，坝坡渗流不稳定。（3）水库在正常蓄水位时，经坝顶安全超高计算，其超高为1.7米,而实际仅为1.4米,超高不能满足风浪爬高的要求。(4)上游护坡滑塌、隆起，剥蚀严重，破烂不堪。（5）输水建筑物翼墙出现裂缝，发生倾斜。闸门启闭设施锈蚀变形，使用不灵活。
2.除险加固设计方案的选择
大庄水库经大坝安全鉴定委员会鉴定为三类坝，并于2000年确定大庄水库为我省重点小型除险加固水库工程。2001年进行除险加固工程初步设计，通过对现浇砼防渗墙防渗、砼预制板护面防渗及复合土工膜斜墙防渗等方案的经济、技术比较后，确定采用复合土工膜斜墙防渗，水库坝前库底高程1364.5m处开挖复合土工膜防渗齿槽嵌入库底防渗铺盖中，周边防渗使复合土工膜开槽后嵌入原坝体中，输水洞周边也使复合土工膜与钢筋砼连接，使整个坝面形成一个闭合的不透水联合防渗体。2002年初步设计报告顺利批复，该项目批准立项建设。
3.复合土工膜联合防渗体的结构设计
3．1上游坝坡、复合土工膜规格及保护层厚度的选择
复合土工膜规格的选择与垫层平整度、材料允许拉应力、材料弹性模量、铺设范围内的最大水头及垫层最大粒径等有关，土工膜厚度设计除应考虑主要由水压力要求的强度外，尚应考虑暴露、埋压、气候、使用寿命等应用条件，并按国家现行有关标准的规定确定设计厚度及实际厚度，本工程经综合分析计算，防渗层采用规格为150g/0.3mm/150g的两布一膜(PE膜)层；加固后坝顶高程为1370.5m,加高0.3m，前坝坡由原1：2.0加固放缓为1：2.25，并在高程1367.00m、1370.00m分别设置两道复合土工膜防滑槽, 防滑槽尺寸为0.5m×0.5m,详见图1。后坝坡维持1：1.75不变，在后坝坡1367.5m高程处设5m宽的马道兼作道路。坝顶加固前宽4m，加固后宽4.7m。
3．2复合土工膜防渗体结构层设计
复合土工膜防渗斜墙结构从上到下依次为： 30cm厚的砂砾石过渡层，20cm厚的中砂上垫层，规格为150g/0.3mm/150g的复合土工膜(PE膜)层，膜下为坝体,上游坝面采用堆卵石护坡，厚60cm，粒径范围为10～30cm。
3．3复合土工膜防渗斜墙与库底粘土铺盖连接设计
该水库坝前库底采用粘土铺盖防渗，在上游坝踵（高程为1364.50m）大坝和粘土铺盖连接处,开挖一防渗齿槽,槽深1.5m,底宽1.5m,将复合土工膜嵌入槽内,并用粘土夯填,使复合土工膜防渗斜墙与库底粘土铺盖连接,形成一封闭的防渗体。
3．4复合土工膜防渗斜墙与水库输水洞周边的连接
复合土工膜与输水洞竖井刚性建筑物的连接,要求连接严密、牢靠，同时还必须防止因建筑物沉陷而使复合土工膜破坏，浇筑砼时，在竖井及输水洞前导流墙外墙与复合土工膜连接部位，浇筑一断面尺寸为200mm*200mm的凸出部位，该部位上部预埋槽钢，并间隔20cm预埋螺栓,复合土工膜与砼连接时,首先在预埋的槽钢上垫一厚5mm的橡胶板,其上铺三层复合土工膜,然后分别用橡胶板、槽钢通过螺栓将复合土工膜固定，由于该部位经常处于水位变化范围内，螺栓容易锈蚀，所以上部再浇筑二期砼，使其与砼严密、牢靠连接。
4．复合土工膜防渗斜墙的施工
复合土工膜的铺设，是该工程施工的关键。在整个工程的施工过程中，从材料采购、铺设、接缝、检查、上覆保护层等均应严格要求，以确保工程质量。
4．1材料采购。结合工程实际及所选复合土工膜的规格，确定复合土工膜的质量标准、几何尺寸，选择生产规模较大、产品质量符合要求的生产厂家进行招标采购，采购到货的材料，每5t为一批，分批抽样检验，试验母材各项力学指标及外观，各项指标均合格后，即认为该材料合格，可以进入施工现场使用。
4．2复合土工膜铺设面整平。复合土工膜具有一定的抗顶破、刺破能力，但在水头较大时，常被膜下尖砾、树根顶破。大庄水库在防渗施工中，开挖清除原大坝表层砼预制板及砾石垫层至粘土层，并按设计尺寸清除多余壤土，对凹陷部分用壤土找平洒水夯实，使夯填壤土干容重达到1.6t/m3,人工开挖防滑槽，剔除其表面的石子、树根等坚硬尖状物，并喷洒除草剂药水，整理后的坡面平整、密实、光滑，以防复合土工膜被刺破。
4．3复合土工膜的铺设。复合土工膜的铺设从输水建筑物两侧开始，自上而下，垂直于坝轴线方向通幅铺设，在铺膜过程中，用力均匀拉动，避免复合土工膜机械损伤和人为硬折，同时应根据当地气温变化幅度和产品说明书要求，预留出温度变化引起的伸缩变形量，以适应气温变化引起的变形。
4．4复合土工膜的连接。复合土工膜的连接分三个程序进行，即下层无纺织布的缝接，中层PE膜的连接，上层无纺织布的缝接。无纺织布的缝接用手提缝纫机、尼龙线进行双道缝接，搭接宽度在10cm左右，PE膜采用焊接工艺连接，焊接工具采用自动调温（调速）电热楔式双道塑料热合机，焊接全部在现场进行，天气晴好，风力3级以下，严禁在雨天、高温和严寒天气下施工，焊接基底表面应干燥，膜面用干纱布或干毛巾擦干净，施工人员穿软底鞋上场，控制搭接宽度12cm，并采用双焊缝搭接，焊缝宽度1cm。焊接时应先根据环境温度、PE膜厚度，利用相同材质的PE膜进行试焊，掌握好焊接机温度及行走速度，确定好施工工艺参数，再进行正式施工，焊缝应透明、平整、顺直、连续。
4．5接缝检验。主要采用目测法、现场充气检漏法及抽样测试法，随焊接进度由施工单位自检，目测检查有无烫伤、褶皱和明显漏焊之处，再用充气法进行检查，要求充气气压0.15-0.20MPa,静观0.5min,压力无明显下降,然后修补检查针孔,即为接缝合格,否则应进行修补,自检合格后提交监理单位、质检部门及甲方联合抽样检查，实行逐段认证签证，对于虚焊、漏焊的接缝及时进行补焊，并对补焊部位进行充气检测，直至验收合格后，才可以进行下道工序。
4．6上覆保护层。复合土工膜焊接完并经质量验收合格后，及时覆盖中砂保护层20cm，以防止其在紫外线照射下易老化和其它因素引起的直接破坏。
5．除险加固效果分析
大庄水库除险加固工程于是2002年月12月底完工后蓄水运行，经过近一年的运行，从观测资料分析，复合土工膜用于水库除险加固防渗工程效果明显，从大坝表面观察，坝顶表面与大坝迎水面库水位涨落处都十分平整，没有发现裂缝、凹陷等异常情况，水库蓄满后，原大坝后坝坡马道部位渗水溢出点消失，仅在距后坝坡角约3m后凹地有积水,防渗效果较好;前坝坡采用堆石护坡后,水库大坝风浪爬高下降,经过一年的运行,堆石护面平整,没有出现护面下滑、堆石被风浪冲刷而引起坝面不平整等现象，防风浪效果较好。酒泉市肃州区近十年内曾先后利用PE膜对夹山子水库、丰乐河二坝一号水库、丰乐河大庄水库进行全库盘防渗，利用复合土工膜对大庄水库及花园水库进行大坝除险加固防渗处理，经多年运行观测分析证明，利用复合土工膜或PE膜处理渗漏问题，具有处理费用低，适应性强，工作可靠，施工速度快，技术易掌握，不需专门设备等优点，对于中小型病险水库的除险加固，具有较大的经济效益和很好的推广意义。