土工合成材料在石佛寺水库中的应用

王修娟

(辽宁省石佛寺水库管理局，沈阳110166)

1 工程概况

石佛寺水库枢纽一期工程包括:主坝、副坝、泄洪闸、水库范围内辽河支流的改造等工程。设计总库容为1.85 亿m3，滞洪库容为1.60 亿m3，控制流域面积16.48 万km2，按100 a 一遇洪水标准设计，300 a一遇洪水标准校核，设计防震烈度Ⅶ度。本工程属围坝型平原水库，主副坝总长42.6 km，泄洪闸16 孔总宽248.5 m。闸址处地基主要为砂土、砾砂、基岩。砂土与砾砂属强透水层，渗透系数为10－2～10－4cm/s。

2 土工合成材料的作用及力学性能

土工合成材料可分为土工织物、土工膜、土工复合材料和土工特种材料，按其作用，可归纳为具有反滤、排水、隔离、加筋、防渗和防护6 类。石佛寺水库根据工程的需要，选用了多种形式的土工合成材料，材料特性如表1 所示:

表1 石佛寺水库土工合成材料力学性能汇总表

3 土工合成材料在围堰中的应用

3.1 围堰结构

石佛寺一期导流围堰位于主坝右岸，围堰的结构形式如下:上游围堰堰顶宽3 m，下游围堰堰顶宽度为5.5 m，围堰平均高度为8 m，纵、横围堰总长1 200 m，上、下游坡度分别为1∶3.0和1∶2.5。围堰采用砂土料修筑，围堰基础采用垂直铺塑方式进行防渗处理，防渗材料采用土工膜，围堰上游坡面采用复合土工膜防渗，块石、碎石护坡，下游坡面采用厚25 cm的编织袋装土护坡，围堰基础防渗深度5～10 m。

3.2 意义

基础防渗体结构主要有水泥搅拌桩、高压旋喷桩、高压帷幕灌注桩等型式，而铺直铺塑的造价要比它们都低［1］。石佛寺水库采用垂直铺塑与上游坡面土工膜结构组成联合防渗体，防渗效果显著，既节约了投资，又满足了围堰防渗要求。

4 在堆石排水棱体中的应用

4.1 堆石排水棱体结构

石佛寺水库主坝段BA0 +419 ～BA3 +706 段，长3.282 km，平均坝高12.1 m，坝顶宽6 m，上下游边坡均为1∶3.0。BA0 +533 ～BA2 +000 段坝体下游设置贴坡式堆石排水棱体，BA2 +000 ～BA3 +706 段坝体下游设置堆石排水棱体。其结构如图1。

图1 排水棱体结构图

4.2 意义

石佛寺蓄水试验应急防护工程和生态建设荷花种植工程实施后，为了满足库区芦苇、蒲草和荷花等水生植物生长的需要，水库正常蓄水位高程为46.20 m，通过近4 a对坝下游外形的监测，坝体沉降很微小，无明显位移。在长期的渗透压力下，土工布既防止了土颗粒过量流失而对坝体造成破坏，又保证了渗透水流及时排出坝体，保证了大坝安全运行。

5 在加筋挡土墙中的应用

5.1 土工格栅布置

石佛寺水库泄洪闸引渠、尾渠护岸工程44.9 m高程以下采用模袋混凝土护坡，右岸上游44.9 ～53.2 m及下游44.9 ～49.0 m采用舒布洛克干垒块加筋挡土墙护坡，加筋材料采用经编(高强涤纶丝)土工格栅，墙面前端采用400 g/m2土工布、碎石反滤。

5.2 意义

石佛寺水库土方填筑平均单价为每立29.85元，开挖料回填的价格，加上土工格栅的价格，折合到开挖料中，每立开挖料回填价为14.26 元，泄洪闸墙后开挖料回填量共4.4 万m3，利用土工格栅加筋后节约投资69 万元。

可见，利用土工合成材料对粉细砂进行加筋，即解决了黏土筑坝带来的占用耕地多，土方运距单价高等问题，又解决了弃料处理的难题。对节约工程造价有着重要的意义。

6 在工程护坡中应用

6.1 工程布置

在石佛寺水库主坝左岸采用土工模袋护坡，其护坡范围为BA0 +474 ～BB0 +050，共3.282 km，护坡高程为44.5 ～50.25 m。在泄洪闸上游左、右岸土工模袋防护范围为铺盖以上150 m和450 m，防护高程为41.0 ～45.0 m，防护坡度为1∶3，为了防止水流淘刷，引渠左右岸渠底各设4.5 m宽沉排模袋护底。在泄洪闸下游左、右岸防护范围为防冲槽以下200 m和300 m，另外，在尾渠左右岸分别设置143 m 和243 m长的沉排模袋护底。

6.2 意义

在石佛寺水库应用土工模袋对坡面和渠底进行防护，具有施工简便，施工速度快等优点，它取代了传统的混凝土水下施工先修围堰再抽水，形成干地后再施工的方法，同时提高了堤坝抗冲刷能力和抗渗能力，达到了固土护坡的良好效果。

7 功能分析

通过对上述土工合成材料几种主要作用的分析与运用，得出石佛寺水库所用土工合成材料的总量为35.6 万m2。其主要作用、使用部位及工程量如表2 所示。

表2 石佛寺水库土工合成材料功能与用量统计表

可见，在石佛寺水库工程建设中充分利用了土工合成材料的各种特性。实际上，土工合成材料在作用的机理上，可能是几种功能同时存在的，只不过是在不同的条件下以一种为主要作用，另一种作用稍差些。

［1］陈毅光．土工合成材料在水库大坝反滤体中的应用［J］．广东水利水电，2007(03):66 －67．