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  • 2022-04-24 发布

浅议复合土工膜在水库除险加固中应用

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浅议复合土工膜在水库除险加固中应用  摘要:复合土工膜是一种近年来广泛应用于水利防治工程的土工合成材料,尤其是在防洪抢险等工程中发挥了重要作用,受到人们的广泛关注。本文通过对某水库大坝除险加固工程中复合土工膜的应用进行探讨,并且对应用后的效果进行论述,希望对今后同类工程能有所帮助。关键词:复合土工膜;水库;除险加固;病险;修复中图分类号:P343.3文献标识码:A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。大坝渗漏是水库工程设计、施工、以及后期运行维护管理中非常重要的问题[1]。因此,采取应用成熟、防渗效果较优越的技术措施对大坝进行防渗加固,确保水库大坝运行的安全,就显得非常有工程实践应用研究意义[2]。1.工程概况6n某水库坝址以上控制流域面积为11.38km2,水库总库容为60万m3,设计灌溉面积为198.78hm2,是一座以农业灌溉为主,兼有防洪、城市供水、水产养殖、发电等综合利用效益的小(二)型水库。按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)规定,该水库除险加固工程等别为Ⅴ等。现状主坝长115.76m,坝顶宽6.1m,高26.60m,上游坝坡从上向下依次为1︰4.23,1︰2.4;下游坝坡从上向下依次为1︰2.0,1︰2.4;副坝长32.5m,坝顶宽3.78m,高17m,上游坝坡为1︰2.6;下游坝坡为1︰2.45。实测原放水卧管高程2039.41m,此次除险加固由于新建输水泄洪隧洞,水库最低运行水位提高到2042.318m。2.大坝病险原因分析水库大坝修建于1961年,经过近40多年的运行,加上当时建设技术条件和设计理念等因素的制约,水库大坝两端与坝肩接触带坡度较陡,其左端部下游存在阴湿、沼泽、渗水、塌陷等问题,右端部存在坝体裂缝、沉陷、坝基渗漏等问题,尤其在汛期高水位,大坝下游坝坡极易产生渗水、管涌等险情,且呈现加重趋势,直接威胁到大坝的安全稳定运行[3]。2.1主坝病险原因主坝位于水库东岸,河道较窄处,主坝坝轴线方位160°。大坝为均质土坝,坝高约为26.6m。主坝坝土均从水库四周随意运料,多为松毛坡组的砂质粘土,且土料较杂、不均一,压实度低,力学指标偏低,渗透性为中透水层,坝体与涵洞结合部位渗漏比较严重。6n坝土原状样抗剪指标:C=14.5~19.9KPa,φ=18.6~21.7°;坝土孔隙比:0.531~0.806;压缩系数:0.17~0.65;天然干密度为1.47~1.72g/cm3,平均值为1.58g/cm3,最大干密度数据采用水库病险鉴定工程试验值,最大干容重1.74g/cm3,压实度为0.91,坝土压实度差。主坝坝体中坝段中部透水性大,不能满足均质土坝渗透防要求(K<1×10-4cm/s),存在渗漏。经估算,坝体总渗漏量Q=465.60m3/d,须作坝体防渗处理。主坝坝体在下游坝面有两处渗水,呈片状出露,渗水面积208m2。建议对坝体进行防渗处理、重建护坡、增设排水棱体,增设岸坡及坝坡排水沟。2.2副坝病险原因6n副坝位于主坝以东,与主坝以一小山之隔,坝轴线走向与主坝一至,轴线方位160°。大坝为均质土坝,坝高约为17m。坝土均从水库四周随意运料,多为松毛坡组的砂质粘土,且土料较杂、不均一,压实度低,力学指标偏低,渗透性为中透水层,坝体与涵洞结合部位渗漏比较严重,坝体无排水棱体。在大坝上下游各布置一个探坑并进行单环渗水试验,坝土渗透系数K=4.15×10-3~3.46×10-4cm/s,平均值K=2.25×10-3cm/s,温度修正后K=1.58×10-3cm/s,副坝中段中下部透水性大,不能满足均质土坝渗透防要求(K<1×10-4cm/s),存在渗漏,经估算,坝体总渗漏量Q=76.3m3/d。因此,须作坝体防渗处理。3.水库大坝复合土工膜防渗加固方案主、副坝坝顶高程为2053.23m,主坝坝轴线长为100.3m、副坝坝轴线长为38.1m,坝顶无交通等特殊要求,主坝坝顶宽度为6.0m,副坝坝顶宽为3.5m,主坝坝高为26.6m,副坝坝高为17m,主、副坝坝顶上、下游面设厚30cm的C15砼边墩,坝顶上游侧设C15砼边墩,边墩高0.6m,宽0.3m,边墩每15m设一道伸缩缝;下游侧设C15砼边墩,边墩高0.3m,宽0.3m,边墩每隔15m设一道伸缩缝,缝宽2cm,坝顶做成2%单斜坡倾向下游排水。3.1主坝复合土工膜防渗加固方案坝坡根据稳定计算、老坝结构以及大坝设计的结构要求确定。主坝上、下游坝坡基本维持原坝坡现状不变,只根据设计坝坡具体技术指标要求作相应修整,其中上游坝坡坡比按1:3.0进行复合土工膜敷设,并采用C15砼预制块进行护面处理,从2038.00mm一直护坡至坝顶2053.23m高程,按粘土保护层100mm、复合土工膜、粘土保护层100mm、混合砂200mm、C15砼预制块结构布设,其具体防渗加固方案详见图1所示:图1主坝防渗加固方案3.2副坝上游复合土工膜防渗加固修复6n坝坡根据稳定计算、老坝结构以及大坝设计的结构要求确定。副坝上、下游坝坡基本维持原坝坡现状不变,只根据设计坝坡具体技术指标要求作相应修整,其具体防渗加固方案除坝顶宽由6m改为3.5m外,其余同主坝。3.3复合土工膜的敷设坝坡土工膜从坝顶至坡脚沿垂直于坝轴线方向缓慢滚放铺设;坡脚平台,水平平行坝坝轴线方向滚放铺设。铺开后,人工抻平找正。坡面复合土工膜与坡脚平台复合土工膜在护坡齿墙以上。铺设时松紧适度,宽裕度约为1.5%,避免应力集中,也有利于拼接。铺设要求复合土工膜与粗砂垫层吻合平整,无凸起褶;坡面转变处,在现场实际放样剪裁。复合土工膜时铺盖上层铺设碎石屑保护层,以防风吹,且能保护复合土工膜不被损伤。为了防止人为损伤复合土工膜,禁止方式人员穿硬底鞋或带钉鞋,禁止往复合土工膜上扔杂物。4.工程经济效益分析6n该水库大坝主、副坝除险加固工程,其理论总成本水价为0.296元/m3,经营成本水价为0.147元/m3。现行灌溉水费标准为0.21元/m3,大于经营成本水价。项目经济性评价分析结果表明:经济内部收益率EIRR=12.75%>12%,经济净现值ENPV=46.908万元(IS=0.108)>0,经济效益费用比EBCR=1.053>1。财务经营成本水价为0.147元/m3,计划执行水价:灌溉用水0.21元/m3,项目自身运营收益基本可以维持水库正常运行。5.结束语塑性混凝土防渗墙在该水库大坝主、副坝除险加固中的成功应用,对坝体的渗漏起到非常良好的防渗作用,其中,下游渗水量由加固前的5.388L/s有效减小到1.27L/s,渗流量减少了76.43%,达到非常良好的防渗加固效果,同时采用复合土工膜的防渗加固方案,大大提高了该水库运行的安全系数。从该实例应用效果证明,采用复合土工膜防渗修复方案用于水库大坝的防渗加固处理,具有工程投资少、运行维护方便、抗老化性强、耐久性好等优点,其在中小型水库大坝除险加固中的应用是可行的、高效的、经济的,是解决水库大坝防渗加固的一种先进材料和技术,具有非常大的应用推广意义。参考文献:[1]赵永涛,姚立新,曹国利.复合土工膜在西霞院大坝上的应用[J].人民黄河,2009,31(10):12-13,15.[2]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,2009,25(04):71-73.[3]曾礼生,刘小军.复合土工膜在长堡水库大坝防渗处理中的应用[J].江西水利科技,2011,37(02):120-122.6

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