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复合土工膜在水库大坝防渗中的应用与设计

复合土工膜属于一种土工防渗材料, 将其应用到水库大坝的防渗中效果非常理想,不仅可以很好地控制施工质量,而且施工流程相对较为简便,成本也相对较低。复合土工膜在水库大坝防渗应用和设计之前, 需要对复合土工膜的相关内容进行明确,有针对性的展开设计和应用,这样才能提升防渗效果。
1 复合土工膜
复合土工膜属于一种性能较好的防渗材料,广泛应用在水库工程防渗中。利用复合土工膜材料进行防渗施工的时候, 需要根据承受的水压力和下垫层,经计算,复合土工膜采用两布一膜[1]。另外,在复合土工膜应用的过程中, 针对土工膜拼缝需要对其强度和防渗等性能进行综合性的考虑, 并且一定要根据各项技术标准,展开防渗施工,以此保证工程的建设质量。
2 工程实例
本文以金山一号水库工程为例进行论述分析。金山一号水库总库容290 万m3,根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2017), 该项工程规模属于Ⅳ等小(1)型工程,主要建筑物级别为4 级,次要建筑物级别为5级,临时建筑物按5级设计。同时,由于该项工程等级为Ⅳ等,工程规模小(1)型,依据《防洪标准》(GB50201-2014)规定,土石坝按10年一遇洪水设计,50年一遇洪水校核。另外,该水库工程拟建坝址位于荒滩地, 附近无土质材料, 依据《设计规范》就地、就近取材。针对这样的情况,优先使用坝址附近的天然材料和开挖料原则, 该区域适合修建半挖半填水库, 并且对该地区地质情况进行试验分析, 选用坝址处砂砾石开挖料作为筑坝材料使用,并采取复合土工膜防渗,以此保证金山一号水库工程的建设质量。
3 复合土工膜的设计与应用
设计是任何一项工程建设开展的基础工作,水库大坝防渗设计也不例外。在防渗设计完成以后,将复合土工膜有效应用到防渗施工当中。
3.1 材料的选取
复合土工膜的防渗效果是非常显著的, 并且施工操作相对较为简单, 但是在复合土工膜材料选取的过程中, 需要考虑的因素有很多, 具体的内容如下:一是在材料选取方面,需要对下垫层平整度、允许拉应力、弹性模量、铺垫范围、覆盖层最大粒径等方面进行综合性的考虑,并且要求暴露、压埋、气候、使用寿命等方面满足相应的使用条件, 根据相关规定,对防渗层的厚度进行设置,这样可以为建设质量
的提升给予基础性的保证[2]。二是根据金山一号水库工程库底以及大坝防渗均选用SN2/PE-16-1000-0.6规格的复合土工膜, 也就是短纤针刺非织造/PE复合土工膜,两布一膜,并且其断裂强度为16 KN/m,单位面积总质量为1 000 g/m2,拼接强度不低于母材强度,这样可以很好的保证防渗性能。另外,在材料选择的时候,设计人员对物理力学指标也进行了分析,详见表1。

3.2 上部保护层
复合土工膜在水库防渗设计和应用的时候,上部保护层作为设计的一项重点内容, 主要是因为复合土工膜的防渗效果与施工中和运输中材料的完整程度有着直接的联系,需要对该方面给予重视[3]。金山一号水库工程在防渗设计的时候, 为了避免牲畜践踏、动植物破坏现象的发生,需要在复合土工膜上部铺设保护层,其厚度应当控制在4 cm,并且所利用的砂浆保护层型号为M5, 其厚度影响控制在20cm,这样才能保证上部保护层的效果。
3.3 复合土工膜与坝顶砼路缘石连接
复合土工膜与坝顶砼路缘石连接设计和应用作为一项重点内容,在设计的时候,需要保证其连接的严密性、牢固性,并且需要留有伸缩余量[4]。同时,在复合土工膜铺设到坝顶以后, 需要与坝顶路缘石进行有效连接,在连接的时候,需要注意几个方面:一是需要在砼面上进行打孔, 并且孔与孔之间距离应当控制在20 cm,在打孔完成以后,需要安装膨胀螺丝;二是需要连接长度通常安装一条橡皮,其厚度应当为5 mm、宽度应当为10 mm,在连接完成以后,需要将复合土工膜进行折叠、打眼,将螺丝穿入其中;三是利用一层厚5 mm、宽10 cm 橡皮和厚5 mm、宽5 cm 扁钢压条通过膨胀螺栓,这样主要是对复合土工膜进行有效的固定,并且做好防锈处理,为提升其建设质量给予了基础性的保证。
3.4 伸缩缝
为了保证复合土工膜适应金山一号水库工程水温度变化的需求, 需要在复合土工膜应用和设计的时候,设置一道横向伸缩缝,缝型采用矩形,缝宽2.0 cm。同时,在设计和应用的时候,缝内下部需要进行填充,主要是利用聚乙烯闭孔泡沫板,针对上部灌注,可以利用聚氨酯密封胶材料为主。
同时,在设计和应用的时候,一定要做好相应的保护措施。
3.5 复合土工膜铺设
在复合土工膜铺设的时候, 是将若干个土工膜铺成一个整体, 为了避免复合土工膜之间出现较大的拼接缝, 一定要保证复合土工膜铺设的方向处于一致的状态,或者可以呈现错缝搭接的状态,这样可以有效保证复合土工膜的应用和设计的质量[5]。另外,在复合土工膜铺设的时候, 坡面和坝面需要呈现“丁”字形连接的状态,全面保证复合土工膜防渗的效果,实现良好的施工质量。
万吉峰(甘肃省张掖市甘兰水利水电建筑设计院)
参考文献
[1] 刘强,曹俊烜.复合土工膜在水库大坝防渗中的应用[J].吉林水利,2017,(2).
[2] 潘海平,钱芬,吴雄伟.复合土工膜在里墩水库大坝防渗中的应用[J].浙江水利科技,2016,(1).
[3] 李卫华.复合土工膜在希尼尔水库大坝防渗中的应用[J].水电站设计,2018,(4).
[4] 黄新成.复合土工膜在水库大坝防渗节水工程中的应用[J].科技信息,2016,(18).
[5] 张家彬.复合土工膜在樵子涧水库大坝防渗中的应用[J].安徽水利水电职业技术学院学报,2017,(3).