复合土工膜在岩溶漏斗水库防渗工程中的应用
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摘要：本文以彭水县茨竹湾水库工程为研究对象，该工程位于西南地区碳酸盐岩出露地区。水库常年无法正常蓄水，分别以刚性、柔性、刚柔结合三个角度进行渗漏治理研究，希望对类似工程具有参考意义。
关键词：岩溶漏斗;水库防渗;壳体结构;复合型土工膜;柔性封堵
中图分类号： TV44 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2019.06.026
我国是世界上岩溶（喀斯特）分布面积最大的国家，其地形特殊性致使库底渗漏问题、库周渗漏问题和泄洪问题突出。重庆市彭水县茨竹湾工程是一座坐落在岩溶（喀斯特）地貌上的水库，以灌溉、综合利用为主要功能。茨竹湾水库为天然岩溶洼地，通过堵塞洼地中心的岩溶漏斗形成，水库大致呈长方形，长150～180m，宽55～90m，四周为高30～50m的陡坡。据水文观测，水库在地表降雨后迅速蓄水，雨后2～3天成干库，库盆曾多次发生大规模管道性渗漏，因此，对茨竹湾水库库底及周边防渗处理是非常必要的。
1 三种封堵方案比选
1.1 刚性封堵结构
在初设变更送审阶段设计方案为壳体方案。该方案在高程1395.05～1396.02m设置C30W8钢筋砼壳体封基。整个壳体结构长轴长度为133m，短轴长度为67.6m。在短轴断面上壳体为圆弧拱，中心拱顶最高高程为1419.50m，中心拱厚4m，向两边渐变，两拱端厚5.27～7.91m。在长轴断面上壳体为圆弧拱，中心拱顶最高高程为1419.50m，中心拱厚4m，向两边渐变，两拱端厚9.16m。壳体两端锚入完整基岩，预计方案的总投资为3878万元。
1.2 刚-柔结合封堵结构
使用薄层沥青+混凝土防渗效果好，对地基承载力要求较高且适应能力较差，对温度的控制贯穿整个施工过程，沥青混凝土拌和、施工碾压复杂，必须在旱地施工，本工程为岩溶漏斗结构，防渗层处于漏斗下方，高程较低，受库周渗水及洪水影响，无法保证在旱地施工，且沥青混凝土造价较高，初估库底防渗造价约3262元/m2。
1.3 柔性封堵结构
复合土工膜防渗自身变形模量较大，适应地基变形能力较好，对基础要求较低，施工工艺较简单，防渗性能可靠，投资最小。
对比分析发现，壳体方案投资高且基础要求高，壳体盖板封盖（刚性封堵）下部空间形成较大的悬空区域，施工过程易引发地质事故，还需对基础进行加固处理，使成本进一步增加，壳体方案不具备可比性。比较符合土工膜防渗方案和沥青混凝土防渗方案，沥青墙造价高，对地质条件要求高，且无法保证在库底旱地施工，采用碾压粘土层+复合土工膜进行封基防渗的柔性防渗方案。
2 土工膜设计
2.1 土工膜施工控制
根据现场勘探可知，茨竹湾水库库盆深度较大，已被粉土、淤泥质土及块碎石等全部充填，岩溶漏斗溶洞主要分布于茨竹湾水库库底。在高程1397.50m～1405.0m设置碾压粘土层+土工膜进行封基。整个封堵范围长边为130m，短边为66m，面积8340m2。封堵结构为（从下至上）：碾压灰岩块石换填（厚1m）+碾压灰岩石渣料（厚2m）+碾压粘土层（厚5m）+HDPE土工膜（2层）+粘土层护面（厚0.5m）+灰岩碎石料（厚20cm）+干砌块石（厚20cm）。由于库底粘土承载能力非常差，因此先铺设一层灰岩块石料（厚1m）供施工车辆通行，再从下至上依次铺设2m厚碾压灰岩石渣料层、3m厚碾压粘土层、规格为“200g/2mm/200g”HDPE土工膜防渗层、膜上覆盖厚50cm粘土保护层、灰岩碎石料（厚20cm）+干砌块石（厚20cm）防冲刷层。
2.2 渗流计算
采用水力计算手册中“堰闸地基的渗流计算”所述：水工建筑物的地基和土坝、水井等渗流的水力参数的计算都是以达西定律为基础，渗流流量Q的表达式为：
按最不利情况计算，认为即使土工膜发生破坏，库底防渗土料渗流坡降不大于0.8，本次计算取允许坡降J=0.8。
计算可得Q=0.45L/s，在最不利情况下，平均年渗流总量为0.143万m3，只占水库总库容的0.2%，且粘土填筑料下部的原状土层隔水效果均较好，实际渗流量较计算得出总量小许多，实际渗流量可忽略不计。
3 结论
通过比选茨竹湾岩溶水库封堵的三种方案，可得出以下结论：
一是在柔性封堵中，土工膜防渗成本低，土料就地取材，工程区的粉质黏土具有低孔隙比，中等压缩性，微透水性等特点，在翻晒碾压后是土工膜铺盖土料非常优秀的填充材料。经过渗流及稳定计算后满足最不利情况。这对水利工程中的复合型土工膜的使用有借鉴作用。
二是对于刚性封堵而言，岩溶漏斗壳型结构作为一种新型的防渗结构，在创新美观、耐久性，充分利用岩溶地区负地形上有其固有的优势，但并没有在实践工程中采用。
三是使用薄层沥青+混凝土的刚—柔结合封堵防渗效果好，造价及对地基承载力要求高，且沥青混凝土拌和、施工碾压复杂，必须在旱地施工，对处于岩溶地区漏斗下方，容易受库周渗水的结构不适用。
参考文献
[1]陈云，胡志刚，吴正萍.复合土工膜在高土石坝中的应用及施工质量控制[J].长江科学院院报，2017，34（02）：115-119.
[2]梁伦法，李华艳，石含鑫.复合土工膜应用于堆渣坝防渗设计[J].岩土工程学报，2016，38（03）：38-41.
作者简介：熊珊锋，在读研究生，研究方向：水工结构。
网络出版时间：2019/3/14 13：39：12
網络出版地址：http：//kns.cnki.net/kcms/detail/22.1186.S.20190314.1338.001.html
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