垂直铺塑防渗技术在平原水库工程中的应用

李玉波

(南水北调东线山东干线有限责任公司，济南 250013)

垂直铺塑防渗技术在平原水库工程中的应用

李玉波

(南水北调东线山东干线有限责任公司，济南 250013)

永镇水库工程是山东省黄河三角洲农业综合开发项目中的重点工程，采用的垂直铺塑防渗深度达到16m多，是目前山东平原水库工程中铺塑最深的工程。本文介绍了垂直铺塑防渗机理、施工机械、施工工艺、质量控制等内容，为其他类似工程设计和施工提供借鉴作用。

永镇水库;垂直铺塑;施工;质量控制

1 工程概况

永镇水库位于东营市垦利县城以东约20km的永安乡与下镇乡境内的一片盐碱涝洼地，该水库是山东省黄河三角洲农业综合开发项目中的重点工程，水库的兴建将解决永安、下镇两个乡镇的生活、牲畜、灌溉用水，进一步促进淡水养殖业的发展、促进该县农产品加工业发展和宜农荒地开发，有利于整个黄河三角洲地区的全面综合开发与建设。

永镇水库于1988年进行设计、建设，为中型水库，库区面积9.2km2，围坝轴线长16.288km，设计最高蓄水位7.28m，总库容3084万 m3，死库容240万 m3，此次扩建设计总库容3972万 m3，设计最高蓄水位9.12m，坝轴线长10.516km，坝顶高程10.4m，坝顶宽度8.0m。

2 工程地质条件

围坝勘探深度内，坝基下伏地层均为第四系全新统松散堆积层，自上而下分为四大层，七个亚层：

①－1为第四系全新统黄泛冲积堆积层，可分为三个亚层，以①－1砂壤土为主，该层分部广泛而稳定，层厚3.7～4.7m;①－2层为裂隙黏土，该层分部较广泛，层厚0.4～1m;①－3层软黏土呈透镜体状穿插于①－1层中，该层分布在地下水位附近，层厚0.7～1.5m，不连续分布。

②层为第四系全新统海相堆积层，分为两个亚层，以②－1层粉细砂为主，层厚 8.5 ～10.2m，②－2层为淤泥质黏土广泛穿插于②－1层粉细砂中，该层层厚2.5～6.1m。

③层为淤泥质壤土，该层埋深在13.0m以下，厚度1.5～2.5m。

④层为粉细砂，深灰色，稍密～中密状态，含少量贝壳碎片，加有砂壤土薄层。

①—1层砂壤土、②—1层粉细砂透水性接近，渗透系数约为3.8m/d;①—2层裂隙黏土起着串通上下含水层的作用，可将它们转化为均质透水体，经计算坝基年渗漏量472万m3，占总库容的15.3%。渗漏较严重，需进行防渗处理。设计采用垂直铺塑进行坝基防渗，复合土工膜进行坝体防渗。

3 垂直铺塑防渗技术

3.1 防渗机理

垂直铺塑是利用开槽机械，在坝基或坝体中顺坝轴线方向形成一条连续的宽180～300mm，深数米的沟槽，然后在沟槽内垂直铺设塑膜，最后回填松软干净的粉质土，靠塑料的极低渗透性，形成连续完整的防渗体系，减少渗漏量的一种防渗技术。

3.2 垂直铺塑防渗设计

3.2.1 铺塑位置

考虑到本工程为旧坝加宽、加高和施工机械行走宽度等因素，铺塑位置设计在库内靠上游坝角5m处。

3.2.2 铺塑深度

设计防渗深度为14.7～16.2m，铺膜底高程为－11.5m，塑膜插入不透水层0.5～0.8m。

3.2.3 塑膜设计指标

本工程设计防渗塑膜为PE，设计厚度为0.3mm，密度不低于900kg/m3，破坏拉应力不低于12MPa，断裂伸长率不低于300%，弹性模量在5℃不低于70MPa，抗冻性(脆性温度)不低于－60℃，连接强度应大于母材强度，撕裂强度大于或等于40N/mm，抗渗强度在1.05MPa水压下48h不渗水，渗透系数小于10－11cm/s。铺塑搭接宽度1.0m，塑膜焊接宽度10cm，铺塑顶预留长度1.0m。

3.3 施工机械

本工程所用的机械有往复水冲锯割式和链条循环刮刀式两种设备，两种设备共同特点是均采用泥浆固壁，开槽与铺塑同步作业。

a.往复水冲锯割式铺塑机，靠开槽机杆臂的往复运动，利用水力冲割和刀具切割土体成槽，通过联动卷帘装置铺塑，这种机械效率高、施工快，适用于粉土、粉质壤土，槽宽18～30cm，机械动力90～120kW。

b.链条循环刮刀式铺塑机，靠链条循环运动带动刮斗切割土体成槽，泥浆护壁，槽宽20～30cm，通过联动装置卷帘铺塑，适用于不含较大块石及树根的各种土层，该种设备槽口外移土方量大，机械动力120～160kW。

3.4 施工方法

3.4.1 垂直铺塑施工工艺

垂直铺塑施工工艺流程见下图。

垂直铺塑施工流程图

3.4.2 施工过程

a.开槽机就位前对铺塑基面进行放线、清基、整平，放出铺塑中心线，对设备进行精心组装、检查，确保施工的正常进行，对易损坏的零部件要求现场备足，以便于损坏后及时更换。

b.开槽机就位，前后打入地锚并备好牵引钢丝绳，启动开槽机和水泵，缓慢放下刀架，利用车载电动机带动刀架做往复运动切割土体，加上刮片间喷头喷水冲刷土体，形成沟槽，开槽过程中随时检测槽深是否达到设计要求的深度，并采用泥浆泵造浆进行泥浆护壁，防止槽壁坍塌。

c.开槽机开槽至设计深度后，把大杆提出，将焊接好和验收合格的塑膜整齐地卷至滚杆上，将滚杆与大杆底部用螺母连接牢固，然后下入滚杆，放下大杆，并将滚杆拉成垂直状态，下至开槽深度，边开槽，边铺塑，铺膜深度可由卷膜滚杆长度和预留塑膜段确定是否满足设计深度，为防止塑膜滑落槽中以及塑膜和水平铺塑连接，铺设塑膜时，按设计要求在沟槽顶部预留1m左右的塑膜铺设在地面上，然后用黏土或砂袋压住。

d.当开槽深度达3.0m左右时，即可开启反循环泵，将槽内破碎的泥土颗粒抽出，泵送回已铺塑段(在开槽阶段需开挖一沉淀池，用于储存泵送回泥浆颗粒的沉淀)。泥浆回淤位置与铺膜位置应保持一定距离，以减少沉淀物对铺塑的影响，同时又利于循环泥浆中颗粒在稳定状态下的沉淀淤积。

e.当一段沟槽铺塑完毕并距离开槽机一定距离后，为防止槽壁塌方将塑膜滑入槽内，应及时回填壤土或粉质黏土。

3.5 垂直铺塑质量控制

垂直铺塑的施工质量控制主要是控制塑膜、开槽、铺塑、槽孔回填等施工环节。

3.5.1 塑膜质量控制

塑膜应选择有生产许可证的正规厂家生产的产品，其物理性能、水力学性质、力学性能、耐久性能应符合设计文件或现行有关规范要求，外观不允许有针眼、疵点和厚薄不均现象，施工前应按施工规范要求进行检验，经检验质量不合格或不符合设计要求的，不得投入使用。本工程所用的塑膜为聚乙烯土工膜，使用前对产品的出厂质保书、产品合格证进行了检查，并按连续生产同一牌号、同一配方、同一规格、同一工艺的产品，以重量不大于5t为一批进行了单位面积重量、厚度、抗渗强度、渗透系数等的指标检验，质量符合设计要求。

3.5.2 开槽质量控制

a.槽孔轴线偏差不超过10cm，槽宽按设计沟槽开挖宽度控制，宽度一般为20～30cm。

b.实际开挖槽深应超出设计深度10cm左右，用测绳测量，也可以通过测量开槽机杆臂的倾角来计算槽深。

c.为防止槽壁塌方，开槽过程中泥浆固壁非常重要。可利用开槽机开槽过程中所形成的泥浆固壁，当原地层土质造浆性能指标不能满足要求时，可采用一部分膨润土造浆和原地层造浆两者结合的办法或在泥浆中掺入NaCO3(纯碱)、氢氧化钠(NaOH)，以提高泥浆性能指标。

膨润土泥浆具有相对密度低、黏度低、含砂量少、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、造浆能力大等特点。膨润土质量的优劣，可按照下列标准控制：将膨润土分散在100ml清水中，静置24h观察沉淀情况，判断优劣，决定取舍(见下表)。泥浆的性能可通过测量泥浆相对密度、黏度、含砂率、胶体率、失水量等判断。开槽过程中，应严格控制槽内泥浆比重，一般为1.05～1.4g/cm3，比重过大，塑膜容易上浮。

膨润土质量优劣表

3.5.3 塑膜铺设质量控制

a.塑膜铺设前，施工单位应填写塑膜验收申请，进行塑膜验收。检查膜的焊缝宽度和焊接质量，外观有无破损麻点孔眼等缺陷，发现膜面有孔眼等缺陷或损伤应及时用新鲜母材修补，补疤每边应超过破损部位10～20cm。

b.槽段开挖后，应检查槽位，槽深、槽宽等指标，验收合格后方可铺膜。

c.塑膜的比重比水小，展铺时容易引起浮膜，应随时向槽中填土以压膜，确保塑膜平展度。

d.采用铺塑机进行铺塑，接头采用搭接方式，搭接宽度控制为1m。

3.5.4 槽孔回填质量控制

回填可利用开槽时泥浆泵抽出的泥浆进行自然回淤，并与回填土料相结合，土料应选用干净的粉质壤土。回填要及时，当塑膜铺设后应及时回填1m左右土层，以固定塑膜下端，防止塑膜上浮，塑膜铺设一定长度后再回填到铺膜顶高程。

3.5.5 防渗效果

永镇水库工程经过两年多的蓄水运行，防渗效果良好，满足了设计和规范要求。

4 结语

垂直铺塑防渗工艺，具有设备和工艺简单、施工方便、速度快、造价低、防渗材料适用土基变形能力强、防渗效果好的特点，对于平原水库、江河、堤防等工程进行垂直截渗是一种行之有效的方法。

Application of Vertical Plastic Pavement Seepage Control Technique in Plain Reservoir Project

LI Yu-bo
(South-to-North Water Diversion East Route Shandong Trunk Co．，Ltd．，Jinan250013，China)

Yong Town Reservoir Engineering is one of the key projects in Yellow River Delta Comprehensive Agricultural Development Project in Shandong Province．The seepage control depth of vertical plastic pavement is up to 16m or more，which is the deepest project of plastic pavement in Shandong plain reservoir projects currently．Vertical plastic pavement seepage control mechanism，construction machinery，construction process，quality control，etc．，are introduced in the paper，thereby providing reference for designing and constructing other similar projects．

Yong Town Reservoir;vertical plastic pavement;construction;quality control

TV62

B

1005-4774(2013)09-0016-03