浅谈复合土工膜在哈日朝鲁水库除险加固中的应用论文

浅谈复合土工膜在哈日朝鲁水库除险加固中的应用论文

　　复合土工膜是水库大坝工程中一种新型防渗建筑材料，其具有质量轻、性价比较高、施工便捷、抗老化性强、耐久性好等优点，近二十年来在我国水利工程中得到广泛应用，并取得较好的防渗加固效果和社会经济效益。

　　1 工程概况

　　哈日朝鲁水库在内蒙古自治区赤峰市阿鲁科尔沁旗扎嘎斯台镇境内，坝址位于乌力吉木伦河左侧的一级支流黑木伦河下游，距旗政府天山镇约70km。

　　哈日朝鲁水库是一座以灌溉为主，兼顾生态、养殖、旅游等综合利用的中型水库。该水库工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3 级，次要建筑物级别为4 级。蓄水工程正常运用洪水重现期20 年;非常运用洪水重现期100 年，地震设防烈度为Ⅵ度。

　　2 除险加固设计方案的选择

　　由于当地的气候条件及牲畜的踩踏，坝体风蚀、浪淘严重，受当时建设环境及客观条件限制，坝前库底没有铺盖防渗，施工中未对水库坝基进行防渗处理，坝体夯填不密实，坝后也未做排水体，防渗效果较差，本次除险加固设计为清除剩余坝体，在原址重建水库大坝、新修迎水面坝坡、背水面坝坡以及排水体。即本次除险加固设计水库大坝为细砂均质坝，采用设计坝顶高程荦305.60m，并保持原坝轴线不变，坝顶轴线长为1650m，最大坝高8.6m，坝顶宽为6.0m，迎水面边坡为1：3.0，采用15cm 厚现浇砼的护坡形式，下铺设15cm 厚砂砾垫层，下再铺设500g/m2 复合土工膜(两布一膜);下游边坡为1：3，采用30cm 碎石护坡形式;上游坝脚采用70cm×100cm 的浆砌石护脚。

　　大坝筑坝土料岩性为细砂，天然含水量12.3%，比重2.65，干密度1.63g/cm3，渗透系数5.3×10-3cm/s，坝体呈中密-密实状态，属中等透水，坝体存在渗漏。除险加固防渗设计方案如下。

　　第一方案：坝坡上游采用斜墙土工膜(500g/m2 两布一膜)，下游设贴坡排水。

　　第二方案：坝坡上游采用斜墙土工膜(500g/m2 两布一膜)，坝基布置成垂直铺设复合土工膜(700g/m2 两布一膜)，拟设计垂直防渗插入透水层深度为8m，下游设贴坡排水。

　　第三方案：坝坡上游采用斜墙土工膜(500g/m2 两布一膜)，坝基采用0.6m 厚的水泥搅拌桩，拟设计垂直防渗插入透水层深度为8m，下游设贴坡排水。

　　技术上比较，目前土工膜广泛用于防渗工程，不但用于坝体防渗，而且坝基用此做防渗效果也比较好，从理论到实践都是可行的。经济上，土工膜工程造价相对较低，第三方案比第二方案在经济上可节约投资120 万元，所以本次设计不采取第三方案。

　　第一方案没有垂直防渗，渗透稳定计算出最大出逸比降0.375>0.35(允许水力比降)，渗透出口段不稳定。所以本次设计不采取第一方案。

　　根据渗流稳定计算结果，本次防渗设计选择第二方案。即坝坡上游采用斜墙土工膜(500g/m2 两布一膜)，坝基布置成垂直铺设复合土工膜(700g/m2 两布一膜)，拟设计垂直防渗插入透水层深度为8m，下游设贴坡排水。

　　3 复合土工膜的选择

　　本次设计复合土工膜的选择，按《土工合成材料应用技术规范》GB50290-98 的规定，本工程主坝坝体防渗，上游坝坡选用铺设500g/m2 二布一膜的复合土工膜(膜厚0.35mm)，为保护土工膜设河沙垫层15cm，然后再进行坝坡现浇砼护坡。坝基采用700g/m2 二布一膜的复合土工膜防渗，膜厚0.5mm。在主坝迎水面坡脚处，用开槽机开槽、重泥浆护壁，防渗长度1652m，坝基防渗最大处理深度为8m。

　　3.1 渗透变形判别

　　根据地勘报告，坝体细砂的不均匀系数小于5，土的渗透变形类型为流土型，土的临界水力比降采用公式Jcr=(Gs-1)(1-n)，经计算细砂的临界水力比降为1.01，安全系数取2.0，则细砂层允许水力比降值为0.51，根据当地工程经验，建议坝体细砂允许水力比降值为0.2，坝坡逸出点允许比降为0.35。中砂的不均匀系数小于5，土的渗透变形类型为流土型，土的临界水力比降采用公式Jcr=(Gs-1)(1-n)，经计算中砂的临界水力比降为1.02，安全系数取2.0，则中砂层允许水力比降值为0.51，根据当地工程经验，建议坝基中砂允许水力比降值为0.13，逸出点允许比降为0.32。

　　本次坝体做防渗后计算得平均渗透比降为0.1，小于允许水力比降，说明坝体及坝基内部渗透稳定。坝坡最大出逸比降为0.262<0.35，坝基水平段最大出逸比降为0.197<0.32，说明坝体及坝基出口段渗透稳定。

　　3.2 抗滑稳定计算

　　本次设计坝体边坡稳定计算采用河海大学力学研究所开发的AUTOBANK V6.1 进行计算，计算原理采用有限元理论，模型为有部分截水墙的斜墙土坝有贴坡排水情况的计算。采用碾压式土石坝设计规范，分别考虑了稳定渗流期，施工期，水位降落期三种情况。采用瑞典圆弧法，计算方法采用简化毕肖普法，自动搜索最危险滑裂面，求得最小安全系数。根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)，水库大坝属3 级，抗滑稳定安全系数正常运用条件k 允=1.3，非常运用条件Ⅰk 允=1.20，由成果知主坝上、下游各个工况的稳定安全系数均在允许范围内，坝体边坡稳定。

　　4 结束语

　　通过多方案经济、技术比较，结合本工程的坝体材料与施工条件等实际情况和类似工程的处理经验，设计选定采用复合土工膜处理土坝渗漏的除险加固方案。这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使用价值。

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