在山区水库库盘防渗中复合土工膜应用设计分析
李针龙
【摘要】某水库是一座建于砂砾石覆盖层上的山区水库，全库盘防渗采用新型材料（复合土工膜），本文就复合土工膜在该水库中的运用进行阐述。
【关键词】水库防渗；复合土工膜；全库盘
1. 工程概况
1.1工程任务及规模。
“某”水库是“某”河流域的重要控制性工程，坝型为混凝土面板堆砂砾石坝，枢纽建筑物由主坝、东西副坝、溢洪道、导流兼泄洪涵洞、工业及灌溉引水涵洞、工业供水管道等主要建筑物组成。是一个具有工业供水、农业灌溉、防洪等效益的综合利用工程，水库总库容980× m3，拦河坝坝高44.8m，担负工业园区1460× m3的年供水任务。工程规模为小（1）型工程，工程等别为Ⅳ等。
1.2工程地质。
1.2.1该工程区位于东天山支脉—博格达山南坡出山口附近，总地势北高南低，最高海拔高程2000～3500m，相对高差200～500m，最低海拔高程500～800m，相对高差20～80m。由北向南地貌分别为中高山区、中山区、低中山区、低山区、山前倾斜平原。
1.2.2区域范围内主要出露上古生界石炭系、侏罗系及新生界第三系和第四系地层。整个库区均为第四系堆积物所覆盖、未见基岩出露，断裂构造不发育。库区内没有大的断层构造通过。
1.2.3水库渗漏问题：（1）库区渗漏：库区不存在向邻谷和沿断裂带渗漏问题；水库蓄水后库盆及坝基存在渗漏问题，建议对水库进行全库盘水平防渗处理。（2）坝基渗漏：坝基渗漏：坝基上部第四系砂砾石地层的渗透系数为1.33×10-3～1.17×10-2cm/s，为强透水层，应对水库坝基进行防渗处理。
2. 坝型选择
2.1“某”水库受地形地质条件和周边建筑物的影响，只能在平面上布置呈“U”型的大坝形式，整个水库由东副坝、主坝和西副坝构成。坝基为第四系砂卵砾石层，厚度较大，相对隔水层为第三系的泥岩、砂岩，埋藏深度大于35m，不适合修建混凝土重力坝等刚性坝。根据地勘资料，当地砂砾石料较为丰富，而无粘土料，并且河床砂卵砾石覆盖层较深，因此，在土石坝坝型中不能选择粘土均质坝、粘土心墙砂砾石坝和粘土斜墙砂砾石坝等坝型。
2.2由于库区及两边岸坡均为深厚砂砾石覆盖层，根据“某”水库地质报告介绍，库盘内河床表层为第四系Q4al含漂石的砂卵砾石层，厚度为2～5m，渗透系数k=1.23×10-2～2.7×10-2cm/s，属强透水层。河床4～36m及库区两岸库盘以上地层岩性为第四系Q3al+pl砂卵砾石层，渗透系数k=5.0×10-3～1.1×10-2cm/s，属中等～强透水层。水库蓄水后渗漏量很大，所以必须对整个库区及坝体进行防渗处理，坝址区无可用做库盘铺盖的防渗土料，因此选择复合土工膜作为库盘内防渗材料。坝体的防渗必须要和库区内的复合土工膜防渗紧密连接，以形成一个防渗整体。
2.3根据”某”水库的地形地质条件，初选两种土石坝进行方案比选：（1）混凝土面板堆砂砾石坝；（2）复合土工膜防渗砂砾石斜墙坝。
2.4从地形地质条件适应性、筑坝材料料源、枢纽布置方面、工程施工方面、环境影响方面、工程运行管理方面、工程投资等方面综合考虑，“某”水库坝型选择为混凝土面板堆砂砾石坝，全库盘采用复合土工膜进行防渗。
3. 复合土工膜设计
3.1方案比选。
3.1.1“某”水库位于第四系全新统冲积含漂石的砂卵石层上，地层渗透系数5.0×10-3～1.1×10-2cm/s，相对隔水层为第三系的泥岩、砂岩，埋藏深度大约35m左右，必须采取坝基处理措施，防止坝基发生渗透破坏和渗漏量大的问题，保证大坝安全。由于相对不透水层埋深较大，且“某”水库坝线较长，根据“某”水库的地形地质条件，采取坝基防渗的主要措施方案有两方面：A.坝基采用槽孔混凝土防渗墙与坝坡防渗体连接在一起的方式；B.采用复合土工膜进行全库盘防渗的方式。根据以上两个方案，分别从安全、经济、施工、管理方面进行论述，从优选择方案。
（1）安全方面。
“某”水库为拦河式水库，河流通过河道直接进入库区，而“某”河属于多泥沙河流，存在较多大的漂石、卵石，并且洪水过程陡涨陡落，洪峰较大。在洪水期，大的漂石、卵石随着洪峰直接进入库盘，虽然可以采取一些措施对复合土工膜进行保护，但是对复合土工膜破坏能力仍然非常强，如果复合土工膜破坏，将对大坝产生安全影响。如果坝基采用槽孔混凝土防渗墙结构，则大的漂石、卵石对坝基产生的破坏能力非常弱，不会产生大坝安全隐患。根据以上分析，坝基采用槽孔混凝土防渗墙结构较库盘采用全库盘防渗方式从安全方面考虑较优。
（2）经济方面。
坝基采用槽孔混凝土的主要工程量是地下连续墙成槽、混凝土防渗墙浇筑以及帷幕灌浆处理，而采用全库盘复合土工膜防渗的主要工程量是复合土工膜铺设、复合土工膜上下保护垫层、干砌卵石护底、库尾防冲挡砂墙等。从投资方面分析，采用采用坝基防渗墙方案投资远大于采用全库盘复合土工膜防渗方案，全库盘复合土工膜防渗方案较优。
（3）施工方面。
采用全库盘复合土工膜防渗方案施工方便，复合土工膜上下垫层铺设、干砌卵石护底以及修筑防冲挡砂墙均为常规施工，难度较小，只是复合土工膜焊接不易控制，容易出现接头缝，造成大坝安全隐患；由于库盘为深厚砂卵砾石层，坝基漂石、卵石较深、较厚，不易成槽，采用坝基防渗墙方案施工难度较大。
（4）管理方面。
由于防渗墙抗冲刷能力强于复合土工膜防渗方案，在管理方面更优于全库盘采用复合土工膜方案，管理更方便。
3.1.2从以上几个方面分析，采用全库盘复合土工膜防渗由于经济、方便施工，方案更优，因此”某”水库选择全库盘复合土工膜防渗方案。
3.2水库采用复合土工膜防渗的技术可行性。
（1）根据以上方案比选，水库库盘设计采用复合土工膜防渗。最近几十年，水库利用复合土工膜防渗得到了非常大的发展，不论是设计和施工都取得非常满意的结果。新疆策勒胜利水库采用复合土工膜进行全库盘防渗，共铺设复合土工膜300万m2，防渗效果较为显著；1993年竣工的甘肃省酒泉市夹山子水库，坝高40m，库盘和挡水大坝位于深厚覆盖层的砂卵石上，大坝上游面及全库盘采用土工膜防渗，共铺焊复合土工膜55万m2，运行状况良好，未见漏水，实践证明是非常成功的，也同时取得了土工膜施工方面的经验与教训，为以后的防渗工程，特别是水头较大的防渗工程打下了应用基础。
（2）根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225—98），允许高坝采用土工膜防渗，规定高水头（大于50m）挡水建筑物采用土工膜应经过论证。“某”水库最高水头约为40m，不需专门进行论证，可以直接按照规范进行设计。
（3）因此，“某”水库库盘采用复合土工膜防渗是可行的，能满足水库正常运行要求。
3.3土工膜类型选择。
常用土工膜有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）两种。聚氯乙烯膜既可以粘接，也可以焊接；聚乙烯膜只可以用焊接机焊接。两者施工方式操作均比较方便，而且接缝质量均有保证，但是工厂生产的聚乙烯膜幅宽比聚氯乙烯膜宽，可以减少接缝，并且聚乙烯膜在性能上伸长率比聚氯乙烯膜大，均匀性也好些。由于“某”水库选用复合土工膜进行水平防渗，需要的复合土工膜量防渗面积非常大，造成复合土工膜的接缝长度非常长，而且会出现多块复合土工膜在一处连接的情况，接缝施工难度较大，接缝处质量要求较高。因此“某”水库宜选用聚乙烯膜，可以减少接缝长度，提高土工膜的伸长率，保证复合土工膜防渗效果。
3.3.1土工膜厚度设计。
（1）根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225—98）第5.3.2条规定：“土石堤、坝防渗土工膜厚度不应小于0.5mm。对于重要工程适当加厚，对于次要工程，可以适当减薄，但最小不得薄于0.3mm”。“某”水库复合土工膜防渗薄膜厚度应根据所承受的水头，通过顶破、刺破和穿透试验确定。本工程由于没有进行具体试验，根据新疆和国内外已建设的工程经验进行确定复合土工膜的规格，为了降低工程造价，依据作用水头的不同，本工程采用两种规格不同的复合土工膜进行库盘不同部位的防渗。在正常蓄水位以下的库盘采用300g/0.6mm/300g的复合土工膜防渗，其余部分库盘采用300g/0.5mm/300g规格的复合土工膜防渗。
（2）根据利用复合土工膜进行水库防渗的使用情况总结，全国生产的涤纶长纤针刺非织造/聚乙烯复合土工膜在实际使用过程中防渗效果较好。涤纶长纤针刺非织造/聚乙烯复合土工膜主要性能见表1。
（8）由于生产复合土工膜的厂家不同可能导致复合土工膜的各种性能相差较大，因此，在技施阶段，通过材料招标确定下来的复合土工膜生产厂家及型号后，需对所生产的复合土工膜进行各种性能测试，并重新利用以上公式进行现场复核，满足安全要求才能使用，如不能满足安全要求，必须重新选择安全的复合土工膜。
3.3.2土工膜上下垫层设计。
根据根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225—98）第5.2.条规定，复合土工膜上面设防护层、上垫层，在其下面设下垫层。上垫层根据复合土工膜的型式选择铺设500mm厚天然级配砂砾料垫层，下垫层铺设200mm厚天然级配砂砾料垫层。
3.3.3土工膜与周边建筑物的锚固。
考虑到复合土工膜与面板混凝土趾板、面板等刚性建筑物连接对于整个水库防渗系统的重要性，“某”水库复合土工膜与刚性建筑物连接采用螺栓锚固连接，并在可能发生较大位移的相反方向留有膜与土体共同变形的余幅，且勿使膜形成褶皱的型式，因为褶皱受压后很难舒展，即使能展开，经过折叠的土工膜的拉伸强度和极限伸长率都会损失大半。首先在趾板面上间隔20cm预埋膨胀螺栓，沿连接长度通长安装一条厚5mm宽10cm橡皮，再将复合土工膜折叠3层打眼穿入螺栓，然后再用一层橡皮、钢压条通过膨胀螺栓将复合土工膜固定，趾板与库盘交接处采用柔性连接进行固定。
3.4防冲水平铺盖。
（1）“某”水库库盘采用复合土工膜防渗，复合土工膜上垫层采用50cm厚砂砾层进行保护。由于砂砾层砂砾粒径小，属于松散结构，抗冲能力不足，因此在“某”河发生较大洪水的时候，洪水产生的较大流速水流将冲刷砂砾垫层，破坏复合土工膜结构，需对复合土工膜上垫层砂砾料采取保护措施。
（2）在复合土工膜上垫层砂砾料上布置30cm厚干砌卵石防冲水平铺盖，铺盖长度为库盘挡砂防冲墙至库盘死水位处，宽度为整个库盘。根据水力计算，在设计洪水工况下，库盘水流流速达到3m/s，库盘防冲水平铺盖采用干砌卵石衬砌可以满足要求。但是为了保证干砌卵石在洪水冲刷的情况下不发生位移，将干砌卵石划分为50m×50m的块，每块之间采用C20细石混凝土灌浆，灌浆宽度为0.5m。为防止洪水刮翻并卷走复合土工膜，导致水库防渗失效，在库尾采用深1m，宽0.5m的毛石混凝土埋墩，埋墩横穿“某”河，并使“某”水库东副坝、西副坝连接起来。复合土工膜尾部埋入墩中，防止复合土工膜被洪水冲刷。
4. 复合土工膜观测设计
“某”水库除坝体变形、应力等监测外，针对库盘强透水地基和复合土工膜应用情况布置了以下观测测项目：
（1）土压力观测。布置在东、西副坝，共设3个监测断面，每个断面设3支土压力计和3支孔隙水压力计，监测接触部位的土压力。
（2）复合土工膜变形观测。在东、西副坝各选一个断面，从坝脚沿不同高程，布置土工膜应变计，共30支。
（3）复合土工膜下气压观测。在水库初期蓄水过程中，坝体及地基中的气体被地下水挤压驱赶，会在土工膜下形成顶托气压，短时问内可能使土工膜局部鼓胀甚至被顶破。为此，布置了6个气压监测断面，各布置2支气压计，监测气压控制蓄水速度。
5. 土工膜铺设
5.1土工膜的铺设。
复合土工膜铺设采用分段施工及流水作业的方法进行。焊接采用瑞士焊机，批批检验，严格控制焊接质量。库盘内复合土工膜从下游向上游铺设，上游复合土工膜的边压住下游土工膜的边，力求平紧，松紧适度。施工时，库区内的杂草、灌木等均应全部清除，并对库盘进行平整，库盘清理完毕后开始铺设垫层，然后进行复合土工膜的铺设。复合土工膜铺设及焊接完成后，要及时填筑上垫层，库盘复合土工膜上垫层采用进占法进行施工。
5.2土工膜的施工检验。
土工膜防渗的效果关键在工程全面的施工质量，国内外的实践都说明这一点。复合土工膜的联接部位是一个薄弱环节，不仅膜要焊牢，缝布要特别注意松紧适度，便于膜布同时受力。斜坡与水平铺盖的两种膜连接处存在“丁”字接头（可能产生“十”字接头），更是薄弱环节，也是质量检查的重点，应严格施工，加强质检。因此，在焊机的选择方面必须选用瑞士焊机，根据新疆施工土工膜焊接的经验，在焊接使用瑞士焊机的情况下，可以使复合土工膜焊缝事故率平均降到3个洞/万m2以下，能够满足水库正常运行要求。为了验证复合土工膜是否能够满足高水头压力的考验，施工时，必须对每批次复合土工膜进行穿透实验，确保复合土工膜的质量能满足要求。复合土工膜穿透实验如图2所示。
5.3接缝质量检查。
复合土工膜在铺设完成后应对接缝质量进行检测，接缝质量检测包括目测、充气检漏和抽样检测3种方式。
6. 结语
复合土工膜在平原水库库盘防渗中已得到成功运用，防渗效果较为理想，但在山区水库库盘防渗中较为鲜见，本次以“某”水库的建设实际进行简单论述，复合土工膜在山区水库中的铺设方法及与周边建筑物的连接方式还需进一步总结经验。
[文章编号]1619-2737（2014）03-18-635
（1）根据以上方案比选，水库库盘设计采用复合土工膜防渗。最近几十年，水库利用复合土工膜防渗得到了非常大的发展，不论是设计和施工都取得非常满意的结果。新疆策勒胜利水库采用复合土工膜进行全库盘防渗，共铺设复合土工膜300万m2，防渗效果较为显著；1993年竣工的甘肃省酒泉市夹山子水库，坝高40m，库盘和挡水大坝位于深厚覆盖层的砂卵石上，大坝上游面及全库盘采用土工膜防渗，共铺焊复合土工膜55万m2，运行状况良好，未见漏水，实践证明是非常成功的，也同时取得了土工膜施工方面的经验与教训，为以后的防渗工程，特别是水头较大的防渗工程打下了应用基础。
（2）根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225—98），允许高坝采用土工膜防渗，规定高水头（大于50m）挡水建筑物采用土工膜应经过论证。“某”水库最高水头约为40m，不需专门进行论证，可以直接按照规范进行设计。
（3）因此，“某”水库库盘采用复合土工膜防渗是可行的，能满足水库正常运行要求。
3.3土工膜类型选择。
常用土工膜有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）两种。聚氯乙烯膜既可以粘接，也可以焊接；聚乙烯膜只可以用焊接机焊接。两者施工方式操作均比较方便，而且接缝质量均有保证，但是工厂生产的聚乙烯膜幅宽比聚氯乙烯膜宽，可以减少接缝，并且聚乙烯膜在性能上伸长率比聚氯乙烯膜大，均匀性也好些。由于“某”水库选用复合土工膜进行水平防渗，需要的复合土工膜量防渗面积非常大，造成复合土工膜的接缝长度非常长，而且会出现多块复合土工膜在一处连接的情况，接缝施工难度较大，接缝处质量要求较高。因此“某”水库宜选用聚乙烯膜，可以减少接缝长度，提高土工膜的伸长率，保证复合土工膜防渗效果。
3.3.1土工膜厚度设计。
（1）根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225—98）第5.3.2条规定：“土石堤、坝防渗土工膜厚度不应小于0.5mm。对于重要工程适当加厚，对于次要工程，可以适当减薄，但最小不得薄于0.3mm”。“某”水库复合土工膜防渗薄膜厚度应根据所承受的水头，通过顶破、刺破和穿透试验确定。本工程由于没有进行具体试验，根据新疆和国内外已建设的工程经验进行确定复合土工膜的规格，为了降低工程造价，依据作用水头的不同，本工程采用两种规格不同的复合土工膜进行库盘不同部位的防渗。在正常蓄水位以下的库盘采用300g/0.6mm/300g的复合土工膜防渗，其余部分库盘采用300g/0.5mm/300g规格的复合土工膜防渗。
（2）根据利用复合土工膜进行水库防渗的使用情况总结，全国生产的涤纶长纤针刺非织造/聚乙烯复合土工膜在实际使用过程中防渗效果较好。涤纶长纤针刺非织造/聚乙烯复合土工膜主要性能见表1。
（8）由于生产复合土工膜的厂家不同可能导致复合土工膜的各种性能相差较大，因此，在技施阶段，通过材料招标确定下来的复合土工膜生产厂家及型号后，需对所生产的复合土工膜进行各种性能测试，并重新利用以上公式进行现场复核，满足安全要求才能使用，如不能满足安全要求，必须重新选择安全的复合土工膜。
3.3.2土工膜上下垫层设计。
根据根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225—98）第5.2.条规定，复合土工膜上面设防护层、上垫层，在其下面设下垫层。上垫层根据复合土工膜的型式选择铺设500mm厚天然级配砂砾料垫层，下垫层铺设200mm厚天然级配砂砾料垫层。
3.3.3土工膜与周边建筑物的锚固。
考虑到复合土工膜与面板混凝土趾板、面板等刚性建筑物连接对于整个水库防渗系统的重要性，“某”水库复合土工膜与刚性建筑物连接采用螺栓锚固连接，并在可能发生较大位移的相反方向留有膜与土体共同变形的余幅，且勿使膜形成褶皱的型式，因为褶皱受压后很难舒展，即使能展开，经过折叠的土工膜的拉伸强度和极限伸长率都会损失大半。首先在趾板面上间隔20cm预埋膨胀螺栓，沿连接长度通长安装一条厚5mm宽10cm橡皮，再将复合土工膜折叠3层打眼穿入螺栓，然后再用一层橡皮、钢压条通过膨胀螺栓将复合土工膜固定，趾板与库盘交接处采用柔性连接进行固定。
3.4防冲水平铺盖。
（1）“某”水库库盘采用复合土工膜防渗，复合土工膜上垫层采用50cm厚砂砾层进行保护。由于砂砾层砂砾粒径小，属于松散结构，抗冲能力不足，因此在“某”河发生较大洪水的时候，洪水产生的较大流速水流将冲刷砂砾垫层，破坏复合土工膜结构，需对复合土工膜上垫层砂砾料采取保护措施。
（2）在复合土工膜上垫层砂砾料上布置30cm厚干砌卵石防冲水平铺盖，铺盖长度为库盘挡砂防冲墙至库盘死水位处，宽度为整个库盘。根据水力计算，在设计洪水工况下，库盘水流流速达到3m/s，库盘防冲水平铺盖采用干砌卵石衬砌可以满足要求。但是为了保证干砌卵石在洪水冲刷的情况下不发生位移，将干砌卵石划分为50m×50m的块，每块之间采用C20细石混凝土灌浆，灌浆宽度为0.5m。为防止洪水刮翻并卷走复合土工膜，导致水库防渗失效，在库尾采用深1m，宽0.5m的毛石混凝土埋墩，埋墩横穿“某”河，并使“某”水库东副坝、西副坝连接起来。复合土工膜尾部埋入墩中，防止复合土工膜被洪水冲刷。
4. 复合土工膜观测设计
“某”水库除坝体变形、应力等监测外，针对库盘强透水地基和复合土工膜应用情况布置了以下观测测项目：
（1）土压力观测。布置在东、西副坝，共设3个监测断面，每个断面设3支土压力计和3支孔隙水压力计，监测接触部位的土压力。
（2）复合土工膜变形观测。在东、西副坝各选一个断面，从坝脚沿不同高程，布置土工膜应变计，共30支。
（3）复合土工膜下气压观测。在水库初期蓄水过程中，坝体及地基中的气体被地下水挤压驱赶，会在土工膜下形成顶托气压，短时问内可能使土工膜局部鼓胀甚至被顶破。为此，布置了6个气压监测断面，各布置2支气压计，监测气压控制蓄水速度。
5. 土工膜铺设
5.1土工膜的铺设。
复合土工膜铺设采用分段施工及流水作业的方法进行。焊接采用瑞士焊机，批批检验，严格控制焊接质量。库盘内复合土工膜从下游向上游铺设，上游复合土工膜的边压住下游土工膜的边，力求平紧，松紧适度。施工时，库区内的杂草、灌木等均应全部清除，并对库盘进行平整，库盘清理完毕后开始铺设垫层，然后进行复合土工膜的铺设。复合土工膜铺设及焊接完成后，要及时填筑上垫层，库盘复合土工膜上垫层采用进占法进行施工。
5.2土工膜的施工检验。
土工膜防渗的效果关键在工程全面的施工质量，国内外的实践都说明这一点。复合土工膜的联接部位是一个薄弱环节，不仅膜要焊牢，缝布要特别注意松紧适度，便于膜布同时受力。斜坡与水平铺盖的两种膜连接处存在“丁”字接头（可能产生“十”字接头），更是薄弱环节，也是质量检查的重点，应严格施工，加强质检。因此，在焊机的选择方面必须选用瑞士焊机，根据新疆施工土工膜焊接的经验，在焊接使用瑞士焊机的情况下，可以使复合土工膜焊缝事故率平均降到3个洞/万m2以下，能够满足水库正常运行要求。为了验证复合土工膜是否能够满足高水头压力的考验，施工时，必须对每批次复合土工膜进行穿透实验，确保复合土工膜的质量能满足要求。复合土工膜穿透实验如图2所示。
5.3接缝质量检查。
复合土工膜在铺设完成后应对接缝质量进行检测，接缝质量检测包括目测、充气检漏和抽样检测3种方式。
6. 结语
复合土工膜在平原水库库盘防渗中已得到成功运用，防渗效果较为理想，但在山区水库库盘防渗中较为鲜见，本次以“某”水库的建设实际进行简单论述，复合土工膜在山区水库中的铺设方法及与周边建筑物的连接方式还需进一步总结经验。
[文章编号]1619-2737（2014）03-18-635
（1）根据以上方案比选，水库库盘设计采用复合土工膜防渗。最近几十年，水库利用复合土工膜防渗得到了非常大的发展，不论是设计和施工都取得非常满意的结果。新疆策勒胜利水库采用复合土工膜进行全库盘防渗，共铺设复合土工膜300万m2，防渗效果较为显著；1993年竣工的甘肃省酒泉市夹山子水库，坝高40m，库盘和挡水大坝位于深厚覆盖层的砂卵石上，大坝上游面及全库盘采用土工膜防渗，共铺焊复合土工膜55万m2，运行状况良好，未见漏水，实践证明是非常成功的，也同时取得了土工膜施工方面的经验与教训，为以后的防渗工程，特别是水头较大的防渗工程打下了应用基础。
（2）根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225—98），允许高坝采用土工膜防渗，规定高水头（大于50m）挡水建筑物采用土工膜应经过论证。“某”水库最高水头约为40m，不需专门进行论证，可以直接按照规范进行设计。
（3）因此，“某”水库库盘采用复合土工膜防渗是可行的，能满足水库正常运行要求。
3.3土工膜类型选择。
常用土工膜有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）两种。聚氯乙烯膜既可以粘接，也可以焊接；聚乙烯膜只可以用焊接机焊接。两者施工方式操作均比较方便，而且接缝质量均有保证，但是工厂生产的聚乙烯膜幅宽比聚氯乙烯膜宽，可以减少接缝，并且聚乙烯膜在性能上伸长率比聚氯乙烯膜大，均匀性也好些。由于“某”水库选用复合土工膜进行水平防渗，需要的复合土工膜量防渗面积非常大，造成复合土工膜的接缝长度非常长，而且会出现多块复合土工膜在一处连接的情况，接缝施工难度较大，接缝处质量要求较高。因此“某”水库宜选用聚乙烯膜，可以减少接缝长度，提高土工膜的伸长率，保证复合土工膜防渗效果。
3.3.1土工膜厚度设计。
（1）根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225—98）第5.3.2条规定：“土石堤、坝防渗土工膜厚度不应小于0.5mm。对于重要工程适当加厚，对于次要工程，可以适当减薄，但最小不得薄于0.3mm”。“某”水库复合土工膜防渗薄膜厚度应根据所承受的水头，通过顶破、刺破和穿透试验确定。本工程由于没有进行具体试验，根据新疆和国内外已建设的工程经验进行确定复合土工膜的规格，为了降低工程造价，依据作用水头的不同，本工程采用两种规格不同的复合土工膜进行库盘不同部位的防渗。在正常蓄水位以下的库盘采用300g/0.6mm/300g的复合土工膜防渗，其余部分库盘采用300g/0.5mm/300g规格的复合土工膜防渗。
（2）根据利用复合土工膜进行水库防渗的使用情况总结，全国生产的涤纶长纤针刺非织造/聚乙烯复合土工膜在实际使用过程中防渗效果较好。涤纶长纤针刺非织造/聚乙烯复合土工膜主要性能见表1。
（8）由于生产复合土工膜的厂家不同可能导致复合土工膜的各种性能相差较大，因此，在技施阶段，通过材料招标确定下来的复合土工膜生产厂家及型号后，需对所生产的复合土工膜进行各种性能测试，并重新利用以上公式进行现场复核，满足安全要求才能使用，如不能满足安全要求，必须重新选择安全的复合土工膜。
3.3.2土工膜上下垫层设计。
根据根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225—98）第5.2.条规定，复合土工膜上面设防护层、上垫层，在其下面设下垫层。上垫层根据复合土工膜的型式选择铺设500mm厚天然级配砂砾料垫层，下垫层铺设200mm厚天然级配砂砾料垫层。
3.3.3土工膜与周边建筑物的锚固。
考虑到复合土工膜与面板混凝土趾板、面板等刚性建筑物连接对于整个水库防渗系统的重要性，“某”水库复合土工膜与刚性建筑物连接采用螺栓锚固连接，并在可能发生较大位移的相反方向留有膜与土体共同变形的余幅，且勿使膜形成褶皱的型式，因为褶皱受压后很难舒展，即使能展开，经过折叠的土工膜的拉伸强度和极限伸长率都会损失大半。首先在趾板面上间隔20cm预埋膨胀螺栓，沿连接长度通长安装一条厚5mm宽10cm橡皮，再将复合土工膜折叠3层打眼穿入螺栓，然后再用一层橡皮、钢压条通过膨胀螺栓将复合土工膜固定，趾板与库盘交接处采用柔性连接进行固定。
3.4防冲水平铺盖。
（1）“某”水库库盘采用复合土工膜防渗，复合土工膜上垫层采用50cm厚砂砾层进行保护。由于砂砾层砂砾粒径小，属于松散结构，抗冲能力不足，因此在“某”河发生较大洪水的时候，洪水产生的较大流速水流将冲刷砂砾垫层，破坏复合土工膜结构，需对复合土工膜上垫层砂砾料采取保护措施。
（2）在复合土工膜上垫层砂砾料上布置30cm厚干砌卵石防冲水平铺盖，铺盖长度为库盘挡砂防冲墙至库盘死水位处，宽度为整个库盘。根据水力计算，在设计洪水工况下，库盘水流流速达到3m/s，库盘防冲水平铺盖采用干砌卵石衬砌可以满足要求。但是为了保证干砌卵石在洪水冲刷的情况下不发生位移，将干砌卵石划分为50m×50m的块，每块之间采用C20细石混凝土灌浆，灌浆宽度为0.5m。为防止洪水刮翻并卷走复合土工膜，导致水库防渗失效，在库尾采用深1m，宽0.5m的毛石混凝土埋墩，埋墩横穿“某”河，并使“某”水库东副坝、西副坝连接起来。复合土工膜尾部埋入墩中，防止复合土工膜被洪水冲刷。
4. 复合土工膜观测设计
“某”水库除坝体变形、应力等监测外，针对库盘强透水地基和复合土工膜应用情况布置了以下观测测项目：
（1）土压力观测。布置在东、西副坝，共设3个监测断面，每个断面设3支土压力计和3支孔隙水压力计，监测接触部位的土压力。
（2）复合土工膜变形观测。在东、西副坝各选一个断面，从坝脚沿不同高程，布置土工膜应变计，共30支。
（3）复合土工膜下气压观测。在水库初期蓄水过程中，坝体及地基中的气体被地下水挤压驱赶，会在土工膜下形成顶托气压，短时问内可能使土工膜局部鼓胀甚至被顶破。为此，布置了6个气压监测断面，各布置2支气压计，监测气压控制蓄水速度。
5. 土工膜铺设
5.1土工膜的铺设。
复合土工膜铺设采用分段施工及流水作业的方法进行。焊接采用瑞士焊机，批批检验，严格控制焊接质量。库盘内复合土工膜从下游向上游铺设，上游复合土工膜的边压住下游土工膜的边，力求平紧，松紧适度。施工时，库区内的杂草、灌木等均应全部清除，并对库盘进行平整，库盘清理完毕后开始铺设垫层，然后进行复合土工膜的铺设。复合土工膜铺设及焊接完成后，要及时填筑上垫层，库盘复合土工膜上垫层采用进占法进行施工。
5.2土工膜的施工检验。
土工膜防渗的效果关键在工程全面的施工质量，国内外的实践都说明这一点。复合土工膜的联接部位是一个薄弱环节，不仅膜要焊牢，缝布要特别注意松紧适度，便于膜布同时受力。斜坡与水平铺盖的两种膜连接处存在“丁”字接头（可能产生“十”字接头），更是薄弱环节，也是质量检查的重点，应严格施工，加强质检。因此，在焊机的选择方面必须选用瑞士焊机，根据新疆施工土工膜焊接的经验，在焊接使用瑞士焊机的情况下，可以使复合土工膜焊缝事故率平均降到3个洞/万m2以下，能够满足水库正常运行要求。为了验证复合土工膜是否能够满足高水头压力的考验，施工时，必须对每批次复合土工膜进行穿透实验，确保复合土工膜的质量能满足要求。复合土工膜穿透实验如图2所示。
5.3接缝质量检查。
复合土工膜在铺设完成后应对接缝质量进行检测，接缝质量检测包括目测、充气检漏和抽样检测3种方式。
6. 结语
复合土工膜在平原水库库盘防渗中已得到成功运用，防渗效果较为理想，但在山区水库库盘防渗中较为鲜见，本次以“某”水库的建设实际进行简单论述，复合土工膜在山区水库中的铺设方法及与周边建筑物的连接方式还需进一步总结经验。
[文章编号]1619-2737（2014）03-18-635
【摘要】某水库是一座建于砂砾石覆盖层上的山区水库，全库盘防渗采用新型材料（复合土工膜），本文就复合土工膜在该水库中的运用进行阐述。
【关键词】水库防渗；复合土工膜；全库盘
1. 工程概况
1.1工程任务及规模。
“某”水库是“某”河流域的重要控制性工程，坝型为混凝土面板堆砂砾石坝，枢纽建筑物由主坝、东西副坝、溢洪道、导流兼泄洪涵洞、工业及灌溉引水涵洞、工业供水管道等主要建筑物组成。是一个具有工业供水、农业灌溉、防洪等效益的综合利用工程，水库总库容980× m3，拦河坝坝高44.8m，担负工业园区1460× m3的年供水任务。工程规模为小（1）型工程，工程等别为Ⅳ等。
1.2工程地质。
1.2.1该工程区位于东天山支脉—博格达山南坡出山口附近，总地势北高南低，最高海拔高程2000～3500m，相对高差200～500m，最低海拔高程500～800m，相对高差20～80m。由北向南地貌分别为中高山区、中山区、低中山区、低山区、山前倾斜平原。
1.2.2区域范围内主要出露上古生界石炭系、侏罗系及新生界第三系和第四系地层。整个库区均为第四系堆积物所覆盖、未见基岩出露，断裂构造不发育。库区内没有大的断层构造通过。
1.2.3水库渗漏问题：（1）库区渗漏：库区不存在向邻谷和沿断裂带渗漏问题；水库蓄水后库盆及坝基存在渗漏问题，建议对水库进行全库盘水平防渗处理。（2）坝基渗漏：坝基渗漏：坝基上部第四系砂砾石地层的渗透系数为1.33×10-3～1.17×10-2cm/s，为强透水层，应对水库坝基进行防渗处理。
2. 坝型选择
2.1“某”水库受地形地质条件和周边建筑物的影响，只能在平面上布置呈“U”型的大坝形式，整个水库由东副坝、主坝和西副坝构成。坝基为第四系砂卵砾石层，厚度较大，相对隔水层为第三系的泥岩、砂岩，埋藏深度大于35m，不适合修建混凝土重力坝等刚性坝。根据地勘资料，当地砂砾石料较为丰富，而无粘土料，并且河床砂卵砾石覆盖层较深，因此，在土石坝坝型中不能选择粘土均质坝、粘土心墙砂砾石坝和粘土斜墙砂砾石坝等坝型。
2.2由于库区及两边岸坡均为深厚砂砾石覆盖层，根据“某”水库地质报告介绍，库盘内河床表层为第四系Q4al含漂石的砂卵砾石层，厚度为2～5m，渗透系数k=1.23×10-2～2.7×10-2cm/s，属强透水层。河床4～36m及库区两岸库盘以上地层岩性为第四系Q3al+pl砂卵砾石层，渗透系数k=5.0×10-3～1.1×10-2cm/s，属中等～强透水层。水库蓄水后渗漏量很大，所以必须对整个库区及坝体进行防渗处理，坝址区无可用做库盘铺盖的防渗土料，因此选择复合土工膜作为库盘内防渗材料。坝体的防渗必须要和库区内的复合土工膜防渗紧密连接，以形成一个防渗整体。
2.3根据”某”水库的地形地质条件，初选两种土石坝进行方案比选：（1）混凝土面板堆砂砾石坝；（2）复合土工膜防渗砂砾石斜墙坝。
2.4从地形地质条件适应性、筑坝材料料源、枢纽布置方面、工程施工方面、环境影响方面、工程运行管理方面、工程投资等方面综合考虑，“某”水库坝型选择为混凝土面板堆砂砾石坝，全库盘采用复合土工膜进行防渗。
3. 复合土工膜设计
3.1方案比选。
3.1.1“某”水库位于第四系全新统冲积含漂石的砂卵石层上，地层渗透系数5.0×10-3～1.1×10-2cm/s，相对隔水层为第三系的泥岩、砂岩，埋藏深度大约35m左右，必须采取坝基处理措施，防止坝基发生渗透破坏和渗漏量大的问题，保证大坝安全。由于相对不透水层埋深较大，且“某”水库坝线较长，根据“某”水库的地形地质条件，采取坝基防渗的主要措施方案有两方面：A.坝基采用槽孔混凝土防渗墙与坝坡防渗体连接在一起的方式；B.采用复合土工膜进行全库盘防渗的方式。根据以上两个方案，分别从安全、经济、施工、管理方面进行论述，从优选择方案。
（1）安全方面。
“某”水库为拦河式水库，河流通过河道直接进入库区，而“某”河属于多泥沙河流，存在较多大的漂石、卵石，并且洪水过程陡涨陡落，洪峰较大。在洪水期，大的漂石、卵石随着洪峰直接进入库盘，虽然可以采取一些措施对复合土工膜进行保护，但是对复合土工膜破坏能力仍然非常强，如果复合土工膜破坏，将对大坝产生安全影响。如果坝基采用槽孔混凝土防渗墙结构，则大的漂石、卵石对坝基产生的破坏能力非常弱，不会产生大坝安全隐患。根据以上分析，坝基采用槽孔混凝土防渗墙结构较库盘采用全库盘防渗方式从安全方面考虑较优。
（2）经济方面。
坝基采用槽孔混凝土的主要工程量是地下连续墙成槽、混凝土防渗墙浇筑以及帷幕灌浆处理，而采用全库盘复合土工膜防渗的主要工程量是复合土工膜铺设、复合土工膜上下保护垫层、干砌卵石护底、库尾防冲挡砂墙等。从投资方面分析，采用采用坝基防渗墙方案投资远大于采用全库盘复合土工膜防渗方案，全库盘复合土工膜防渗方案较优。
（3）施工方面。
采用全库盘复合土工膜防渗方案施工方便，复合土工膜上下垫层铺设、干砌卵石护底以及修筑防冲挡砂墙均为常规施工，难度较小，只是复合土工膜焊接不易控制，容易出现接头缝，造成大坝安全隐患；由于库盘为深厚砂卵砾石层，坝基漂石、卵石较深、较厚，不易成槽，采用坝基防渗墙方案施工难度较大。
（4）管理方面。
由于防渗墙抗冲刷能力强于复合土工膜防渗方案，在管理方面更优于全库盘采用复合土工膜方案，管理更方便。
3.1.2从以上几个方面分析，采用全库盘复合土工膜防渗由于经济、方便施工，方案更优，因此”某”水库选择全库盘复合土工膜防渗方案。
3.2水库采用复合土工膜防渗的技术可行性。
（1）根据以上方案比选，水库库盘设计采用复合土工膜防渗。最近几十年，水库利用复合土工膜防渗得到了非常大的发展，不论是设计和施工都取得非常满意的结果。新疆策勒胜利水库采用复合土工膜进行全库盘防渗，共铺设复合土工膜300万m2，防渗效果较为显著；1993年竣工的甘肃省酒泉市夹山子水库，坝高40m，库盘和挡水大坝位于深厚覆盖层的砂卵石上，大坝上游面及全库盘采用土工膜防渗，共铺焊复合土工膜55万m2，运行状况良好，未见漏水，实践证明是非常成功的，也同时取得了土工膜施工方面的经验与教训，为以后的防渗工程，特别是水头较大的防渗工程打下了应用基础。
（2）根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225—98），允许高坝采用土工膜防渗，规定高水头（大于50m）挡水建筑物采用土工膜应经过论证。“某”水库最高水头约为40m，不需专门进行论证，可以直接按照规范进行设计。
（3）因此，“某”水库库盘采用复合土工膜防渗是可行的，能满足水库正常运行要求。
3.3土工膜类型选择。
常用土工膜有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）两种。聚氯乙烯膜既可以粘接，也可以焊接；聚乙烯膜只可以用焊接机焊接。两者施工方式操作均比较方便，而且接缝质量均有保证，但是工厂生产的聚乙烯膜幅宽比聚氯乙烯膜宽，可以减少接缝，并且聚乙烯膜在性能上伸长率比聚氯乙烯膜大，均匀性也好些。由于“某”水库选用复合土工膜进行水平防渗，需要的复合土工膜量防渗面积非常大，造成复合土工膜的接缝长度非常长，而且会出现多块复合土工膜在一处连接的情况，接缝施工难度较大，接缝处质量要求较高。因此“某”水库宜选用聚乙烯膜，可以减少接缝长度，提高土工膜的伸长率，保证复合土工膜防渗效果。
3.3.1土工膜厚度设计。
（1）根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225—98）第5.3.2条规定：“土石堤、坝防渗土工膜厚度不应小于0.5mm。对于重要工程适当加厚，对于次要工程，可以适当减薄，但最小不得薄于0.3mm”。“某”水库复合土工膜防渗薄膜厚度应根据所承受的水头，通过顶破、刺破和穿透试验确定。本工程由于没有进行具体试验，根据新疆和国内外已建设的工程经验进行确定复合土工膜的规格，为了降低工程造价，依据作用水头的不同，本工程采用两种规格不同的复合土工膜进行库盘不同部位的防渗。在正常蓄水位以下的库盘采用300g/0.6mm/300g的复合土工膜防渗，其余部分库盘采用300g/0.5mm/300g规格的复合土工膜防渗。
（2）根据利用复合土工膜进行水库防渗的使用情况总结，全国生产的涤纶长纤针刺非织造/聚乙烯复合土工膜在实际使用过程中防渗效果较好。涤纶长纤针刺非织造/聚乙烯复合土工膜主要性能见表1。
（8）由于生产复合土工膜的厂家不同可能导致复合土工膜的各种性能相差较大，因此，在技施阶段，通过材料招标确定下来的复合土工膜生产厂家及型号后，需对所生产的复合土工膜进行各种性能测试，并重新利用以上公式进行现场复核，满足安全要求才能使用，如不能满足安全要求，必须重新选择安全的复合土工膜。
3.3.2土工膜上下垫层设计。
根据根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225—98）第5.2.条规定，复合土工膜上面设防护层、上垫层，在其下面设下垫层。上垫层根据复合土工膜的型式选择铺设500mm厚天然级配砂砾料垫层，下垫层铺设200mm厚天然级配砂砾料垫层。
3.3.3土工膜与周边建筑物的锚固。
考虑到复合土工膜与面板混凝土趾板、面板等刚性建筑物连接对于整个水库防渗系统的重要性，“某”水库复合土工膜与刚性建筑物连接采用螺栓锚固连接，并在可能发生较大位移的相反方向留有膜与土体共同变形的余幅，且勿使膜形成褶皱的型式，因为褶皱受压后很难舒展，即使能展开，经过折叠的土工膜的拉伸强度和极限伸长率都会损失大半。首先在趾板面上间隔20cm预埋膨胀螺栓，沿连接长度通长安装一条厚5mm宽10cm橡皮，再将复合土工膜折叠3层打眼穿入螺栓，然后再用一层橡皮、钢压条通过膨胀螺栓将复合土工膜固定，趾板与库盘交接处采用柔性连接进行固定。
3.4防冲水平铺盖。
（1）“某”水库库盘采用复合土工膜防渗，复合土工膜上垫层采用50cm厚砂砾层进行保护。由于砂砾层砂砾粒径小，属于松散结构，抗冲能力不足，因此在“某”河发生较大洪水的时候，洪水产生的较大流速水流将冲刷砂砾垫层，破坏复合土工膜结构，需对复合土工膜上垫层砂砾料采取保护措施。
（2）在复合土工膜上垫层砂砾料上布置30cm厚干砌卵石防冲水平铺盖，铺盖长度为库盘挡砂防冲墙至库盘死水位处，宽度为整个库盘。根据水力计算，在设计洪水工况下，库盘水流流速达到3m/s，库盘防冲水平铺盖采用干砌卵石衬砌可以满足要求。但是为了保证干砌卵石在洪水冲刷的情况下不发生位移，将干砌卵石划分为50m×50m的块，每块之间采用C20细石混凝土灌浆，灌浆宽度为0.5m。为防止洪水刮翻并卷走复合土工膜，导致水库防渗失效，在库尾采用深1m，宽0.5m的毛石混凝土埋墩，埋墩横穿“某”河，并使“某”水库东副坝、西副坝连接起来。复合土工膜尾部埋入墩中，防止复合土工膜被洪水冲刷。
4. 复合土工膜观测设计
“某”水库除坝体变形、应力等监测外，针对库盘强透水地基和复合土工膜应用情况布置了以下观测测项目：
（1）土压力观测。布置在东、西副坝，共设3个监测断面，每个断面设3支土压力计和3支孔隙水压力计，监测接触部位的土压力。
（2）复合土工膜变形观测。在东、西副坝各选一个断面，从坝脚沿不同高程，布置土工膜应变计，共30支。
（3）复合土工膜下气压观测。在水库初期蓄水过程中，坝体及地基中的气体被地下水挤压驱赶，会在土工膜下形成顶托气压，短时问内可能使土工膜局部鼓胀甚至被顶破。为此，布置了6个气压监测断面，各布置2支气压计，监测气压控制蓄水速度。
5. 土工膜铺设
5.1土工膜的铺设。
复合土工膜铺设采用分段施工及流水作业的方法进行。焊接采用瑞士焊机，批批检验，严格控制焊接质量。库盘内复合土工膜从下游向上游铺设，上游复合土工膜的边压住下游土工膜的边，力求平紧，松紧适度。施工时，库区内的杂草、灌木等均应全部清除，并对库盘进行平整，库盘清理完毕后开始铺设垫层，然后进行复合土工膜的铺设。复合土工膜铺设及焊接完成后，要及时填筑上垫层，库盘复合土工膜上垫层采用进占法进行施工。
5.2土工膜的施工检验。
土工膜防渗的效果关键在工程全面的施工质量，国内外的实践都说明这一点。复合土工膜的联接部位是一个薄弱环节，不仅膜要焊牢，缝布要特别注意松紧适度，便于膜布同时受力。斜坡与水平铺盖的两种膜连接处存在“丁”字接头（可能产生“十”字接头），更是薄弱环节，也是质量检查的重点，应严格施工，加强质检。因此，在焊机的选择方面必须选用瑞士焊机，根据新疆施工土工膜焊接的经验，在焊接使用瑞士焊机的情况下，可以使复合土工膜焊缝事故率平均降到3个洞/万m2以下，能够满足水库正常运行要求。为了验证复合土工膜是否能够满足高水头压力的考验，施工时，必须对每批次复合土工膜进行穿透实验，确保复合土工膜的质量能满足要求。复合土工膜穿透实验如图2所示。
5.3接缝质量检查。
复合土工膜在铺设完成后应对接缝质量进行检测，接缝质量检测包括目测、充气检漏和抽样检测3种方式。
6. 结语
复合土工膜在平原水库库盘防渗中已得到成功运用，防渗效果较为理想，但在山区水库库盘防渗中较为鲜见，本次以“某”水库的建设实际进行简单论述，复合土工膜在山区水库中的铺设方法及与周边建筑物的连接方式还需进一步总结经验。
[文章编号]1619-2737（2014）03-18-635
（1）根据以上方案比选，水库库盘设计采用复合土工膜防渗。最近几十年，水库利用复合土工膜防渗得到了非常大的发展，不论是设计和施工都取得非常满意的结果。新疆策勒胜利水库采用复合土工膜进行全库盘防渗，共铺设复合土工膜300万m2，防渗效果较为显著；1993年竣工的甘肃省酒泉市夹山子水库，坝高40m，库盘和挡水大坝位于深厚覆盖层的砂卵石上，大坝上游面及全库盘采用土工膜防渗，共铺焊复合土工膜55万m2，运行状况良好，未见漏水，实践证明是非常成功的，也同时取得了土工膜施工方面的经验与教训，为以后的防渗工程，特别是水头较大的防渗工程打下了应用基础。
（2）根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225—98），允许高坝采用土工膜防渗，规定高水头（大于50m）挡水建筑物采用土工膜应经过论证。“某”水库最高水头约为40m，不需专门进行论证，可以直接按照规范进行设计。
（3）因此，“某”水库库盘采用复合土工膜防渗是可行的，能满足水库正常运行要求。
3.3土工膜类型选择。
常用土工膜有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）两种。聚氯乙烯膜既可以粘接，也可以焊接；聚乙烯膜只可以用焊接机焊接。两者施工方式操作均比较方便，而且接缝质量均有保证，但是工厂生产的聚乙烯膜幅宽比聚氯乙烯膜宽，可以减少接缝，并且聚乙烯膜在性能上伸长率比聚氯乙烯膜大，均匀性也好些。由于“某”水库选用复合土工膜进行水平防渗，需要的复合土工膜量防渗面积非常大，造成复合土工膜的接缝长度非常长，而且会出现多块复合土工膜在一处连接的情况，接缝施工难度较大，接缝处质量要求较高。因此“某”水库宜选用聚乙烯膜，可以减少接缝长度，提高土工膜的伸长率，保证复合土工膜防渗效果。
3.3.1土工膜厚度设计。
（1）根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225—98）第5.3.2条规定：“土石堤、坝防渗土工膜厚度不应小于0.5mm。对于重要工程适当加厚，对于次要工程，可以适当减薄，但最小不得薄于0.3mm”。“某”水库复合土工膜防渗薄膜厚度应根据所承受的水头，通过顶破、刺破和穿透试验确定。本工程由于没有进行具体试验，根据新疆和国内外已建设的工程经验进行确定复合土工膜的规格，为了降低工程造价，依据作用水头的不同，本工程采用两种规格不同的复合土工膜进行库盘不同部位的防渗。在正常蓄水位以下的库盘采用300g/0.6mm/300g的复合土工膜防渗，其余部分库盘采用300g/0.5mm/300g规格的复合土工膜防渗。
（2）根据利用复合土工膜进行水库防渗的使用情况总结，全国生产的涤纶长纤针刺非织造/聚乙烯复合土工膜在实际使用过程中防渗效果较好。涤纶长纤针刺非织造/聚乙烯复合土工膜主要性能见表1。
（8）由于生产复合土工膜的厂家不同可能导致复合土工膜的各种性能相差较大，因此，在技施阶段，通过材料招标确定下来的复合土工膜生产厂家及型号后，需对所生产的复合土工膜进行各种性能测试，并重新利用以上公式进行现场复核，满足安全要求才能使用，如不能满足安全要求，必须重新选择安全的复合土工膜。
3.3.2土工膜上下垫层设计。
根据根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225—98）第5.2.条规定，复合土工膜上面设防护层、上垫层，在其下面设下垫层。上垫层根据复合土工膜的型式选择铺设500mm厚天然级配砂砾料垫层，下垫层铺设200mm厚天然级配砂砾料垫层。
3.3.3土工膜与周边建筑物的锚固。
考虑到复合土工膜与面板混凝土趾板、面板等刚性建筑物连接对于整个水库防渗系统的重要性，“某”水库复合土工膜与刚性建筑物连接采用螺栓锚固连接，并在可能发生较大位移的相反方向留有膜与土体共同变形的余幅，且勿使膜形成褶皱的型式，因为褶皱受压后很难舒展，即使能展开，经过折叠的土工膜的拉伸强度和极限伸长率都会损失大半。首先在趾板面上间隔20cm预埋膨胀螺栓，沿连接长度通长安装一条厚5mm宽10cm橡皮，再将复合土工膜折叠3层打眼穿入螺栓，然后再用一层橡皮、钢压条通过膨胀螺栓将复合土工膜固定，趾板与库盘交接处采用柔性连接进行固定。
3.4防冲水平铺盖。
（1）“某”水库库盘采用复合土工膜防渗，复合土工膜上垫层采用50cm厚砂砾层进行保护。由于砂砾层砂砾粒径小，属于松散结构，抗冲能力不足，因此在“某”河发生较大洪水的时候，洪水产生的较大流速水流将冲刷砂砾垫层，破坏复合土工膜结构，需对复合土工膜上垫层砂砾料采取保护措施。
（2）在复合土工膜上垫层砂砾料上布置30cm厚干砌卵石防冲水平铺盖，铺盖长度为库盘挡砂防冲墙至库盘死水位处，宽度为整个库盘。根据水力计算，在设计洪水工况下，库盘水流流速达到3m/s，库盘防冲水平铺盖采用干砌卵石衬砌可以满足要求。但是为了保证干砌卵石在洪水冲刷的情况下不发生位移，将干砌卵石划分为50m×50m的块，每块之间采用C20细石混凝土灌浆，灌浆宽度为0.5m。为防止洪水刮翻并卷走复合土工膜，导致水库防渗失效，在库尾采用深1m，宽0.5m的毛石混凝土埋墩，埋墩横穿“某”河，并使“某”水库东副坝、西副坝连接起来。复合土工膜尾部埋入墩中，防止复合土工膜被洪水冲刷。
4. 复合土工膜观测设计
“某”水库除坝体变形、应力等监测外，针对库盘强透水地基和复合土工膜应用情况布置了以下观测测项目：
（1）土压力观测。布置在东、西副坝，共设3个监测断面，每个断面设3支土压力计和3支孔隙水压力计，监测接触部位的土压力。
（2）复合土工膜变形观测。在东、西副坝各选一个断面，从坝脚沿不同高程，布置土工膜应变计，共30支。
（3）复合土工膜下气压观测。在水库初期蓄水过程中，坝体及地基中的气体被地下水挤压驱赶，会在土工膜下形成顶托气压，短时问内可能使土工膜局部鼓胀甚至被顶破。为此，布置了6个气压监测断面，各布置2支气压计，监测气压控制蓄水速度。
5. 土工膜铺设
5.1土工膜的铺设。
复合土工膜铺设采用分段施工及流水作业的方法进行。焊接采用瑞士焊机，批批检验，严格控制焊接质量。库盘内复合土工膜从下游向上游铺设，上游复合土工膜的边压住下游土工膜的边，力求平紧，松紧适度。施工时，库区内的杂草、灌木等均应全部清除，并对库盘进行平整，库盘清理完毕后开始铺设垫层，然后进行复合土工膜的铺设。复合土工膜铺设及焊接完成后，要及时填筑上垫层，库盘复合土工膜上垫层采用进占法进行施工。
5.2土工膜的施工检验。
土工膜防渗的效果关键在工程全面的施工质量，国内外的实践都说明这一点。复合土工膜的联接部位是一个薄弱环节，不仅膜要焊牢，缝布要特别注意松紧适度，便于膜布同时受力。斜坡与水平铺盖的两种膜连接处存在“丁”字接头（可能产生“十”字接头），更是薄弱环节，也是质量检查的重点，应严格施工，加强质检。因此，在焊机的选择方面必须选用瑞士焊机，根据新疆施工土工膜焊接的经验，在焊接使用瑞士焊机的情况下，可以使复合土工膜焊缝事故率平均降到3个洞/万m2以下，能够满足水库正常运行要求。为了验证复合土工膜是否能够满足高水头压力的考验，施工时，必须对每批次复合土工膜进行穿透实验，确保复合土工膜的质量能满足要求。复合土工膜穿透实验如图2所示。
5.3接缝质量检查。
复合土工膜在铺设完成后应对接缝质量进行检测，接缝质量检测包括目测、充气检漏和抽样检测3种方式。
6. 结语
复合土工膜在平原水库库盘防渗中已得到成功运用，防渗效果较为理想，但在山区水库库盘防渗中较为鲜见，本次以“某”水库的建设实际进行简单论述，复合土工膜在山区水库中的铺设方法及与周边建筑物的连接方式还需进一步总结经验。
[文章编号]1619-2737（2014）03-18-635
（1）根据以上方案比选，水库库盘设计采用复合土工膜防渗。最近几十年，水库利用复合土工膜防渗得到了非常大的发展，不论是设计和施工都取得非常满意的结果。新疆策勒胜利水库采用复合土工膜进行全库盘防渗，共铺设复合土工膜300万m2，防渗效果较为显著；1993年竣工的甘肃省酒泉市夹山子水库，坝高40m，库盘和挡水大坝位于深厚覆盖层的砂卵石上，大坝上游面及全库盘采用土工膜防渗，共铺焊复合土工膜55万m2，运行状况良好，未见漏水，实践证明是非常成功的，也同时取得了土工膜施工方面的经验与教训，为以后的防渗工程，特别是水头较大的防渗工程打下了应用基础。
（2）根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225—98），允许高坝采用土工膜防渗，规定高水头（大于50m）挡水建筑物采用土工膜应经过论证。“某”水库最高水头约为40m，不需专门进行论证，可以直接按照规范进行设计。
（3）因此，“某”水库库盘采用复合土工膜防渗是可行的，能满足水库正常运行要求。
3.3土工膜类型选择。
常用土工膜有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）两种。聚氯乙烯膜既可以粘接，也可以焊接；聚乙烯膜只可以用焊接机焊接。两者施工方式操作均比较方便，而且接缝质量均有保证，但是工厂生产的聚乙烯膜幅宽比聚氯乙烯膜宽，可以减少接缝，并且聚乙烯膜在性能上伸长率比聚氯乙烯膜大，均匀性也好些。由于“某”水库选用复合土工膜进行水平防渗，需要的复合土工膜量防渗面积非常大，造成复合土工膜的接缝长度非常长，而且会出现多块复合土工膜在一处连接的情况，接缝施工难度较大，接缝处质量要求较高。因此“某”水库宜选用聚乙烯膜，可以减少接缝长度，提高土工膜的伸长率，保证复合土工膜防渗效果。
3.3.1土工膜厚度设计。
（1）根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225—98）第5.3.2条规定：“土石堤、坝防渗土工膜厚度不应小于0.5mm。对于重要工程适当加厚，对于次要工程，可以适当减薄，但最小不得薄于0.3mm”。“某”水库复合土工膜防渗薄膜厚度应根据所承受的水头，通过顶破、刺破和穿透试验确定。本工程由于没有进行具体试验，根据新疆和国内外已建设的工程经验进行确定复合土工膜的规格，为了降低工程造价，依据作用水头的不同，本工程采用两种规格不同的复合土工膜进行库盘不同部位的防渗。在正常蓄水位以下的库盘采用300g/0.6mm/300g的复合土工膜防渗，其余部分库盘采用300g/0.5mm/300g规格的复合土工膜防渗。
（2）根据利用复合土工膜进行水库防渗的使用情况总结，全国生产的涤纶长纤针刺非织造/聚乙烯复合土工膜在实际使用过程中防渗效果较好。涤纶长纤针刺非织造/聚乙烯复合土工膜主要性能见表1。
（8）由于生产复合土工膜的厂家不同可能导致复合土工膜的各种性能相差较大，因此，在技施阶段，通过材料招标确定下来的复合土工膜生产厂家及型号后，需对所生产的复合土工膜进行各种性能测试，并重新利用以上公式进行现场复核，满足安全要求才能使用，如不能满足安全要求，必须重新选择安全的复合土工膜。
3.3.2土工膜上下垫层设计。
根据根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T225—98）第5.2.条规定，复合土工膜上面设防护层、上垫层，在其下面设下垫层。上垫层根据复合土工膜的型式选择铺设500mm厚天然级配砂砾料垫层，下垫层铺设200mm厚天然级配砂砾料垫层。
3.3.3土工膜与周边建筑物的锚固。
考虑到复合土工膜与面板混凝土趾板、面板等刚性建筑物连接对于整个水库防渗系统的重要性，“某”水库复合土工膜与刚性建筑物连接采用螺栓锚固连接，并在可能发生较大位移的相反方向留有膜与土体共同变形的余幅，且勿使膜形成褶皱的型式，因为褶皱受压后很难舒展，即使能展开，经过折叠的土工膜的拉伸强度和极限伸长率都会损失大半。首先在趾板面上间隔20cm预埋膨胀螺栓，沿连接长度通长安装一条厚5mm宽10cm橡皮，再将复合土工膜折叠3层打眼穿入螺栓，然后再用一层橡皮、钢压条通过膨胀螺栓将复合土工膜固定，趾板与库盘交接处采用柔性连接进行固定。
3.4防冲水平铺盖。
（1）“某”水库库盘采用复合土工膜防渗，复合土工膜上垫层采用50cm厚砂砾层进行保护。由于砂砾层砂砾粒径小，属于松散结构，抗冲能力不足，因此在“某”河发生较大洪水的时候，洪水产生的较大流速水流将冲刷砂砾垫层，破坏复合土工膜结构，需对复合土工膜上垫层砂砾料采取保护措施。
（2）在复合土工膜上垫层砂砾料上布置30cm厚干砌卵石防冲水平铺盖，铺盖长度为库盘挡砂防冲墙至库盘死水位处，宽度为整个库盘。根据水力计算，在设计洪水工况下，库盘水流流速达到3m/s，库盘防冲水平铺盖采用干砌卵石衬砌可以满足要求。但是为了保证干砌卵石在洪水冲刷的情况下不发生位移，将干砌卵石划分为50m×50m的块，每块之间采用C20细石混凝土灌浆，灌浆宽度为0.5m。为防止洪水刮翻并卷走复合土工膜，导致水库防渗失效，在库尾采用深1m，宽0.5m的毛石混凝土埋墩，埋墩横穿“某”河，并使“某”水库东副坝、西副坝连接起来。复合土工膜尾部埋入墩中，防止复合土工膜被洪水冲刷。
4. 复合土工膜观测设计
“某”水库除坝体变形、应力等监测外，针对库盘强透水地基和复合土工膜应用情况布置了以下观测测项目：
（1）土压力观测。布置在东、西副坝，共设3个监测断面，每个断面设3支土压力计和3支孔隙水压力计，监测接触部位的土压力。
（2）复合土工膜变形观测。在东、西副坝各选一个断面，从坝脚沿不同高程，布置土工膜应变计，共30支。
（3）复合土工膜下气压观测。在水库初期蓄水过程中，坝体及地基中的气体被地下水挤压驱赶，会在土工膜下形成顶托气压，短时问内可能使土工膜局部鼓胀甚至被顶破。为此，布置了6个气压监测断面，各布置2支气压计，监测气压控制蓄水速度。
5. 土工膜铺设
5.1土工膜的铺设。
复合土工膜铺设采用分段施工及流水作业的方法进行。焊接采用瑞士焊机，批批检验，严格控制焊接质量。库盘内复合土工膜从下游向上游铺设，上游复合土工膜的边压住下游土工膜的边，力求平紧，松紧适度。施工时，库区内的杂草、灌木等均应全部清除，并对库盘进行平整，库盘清理完毕后开始铺设垫层，然后进行复合土工膜的铺设。复合土工膜铺设及焊接完成后，要及时填筑上垫层，库盘复合土工膜上垫层采用进占法进行施工。
5.2土工膜的施工检验。
土工膜防渗的效果关键在工程全面的施工质量，国内外的实践都说明这一点。复合土工膜的联接部位是一个薄弱环节，不仅膜要焊牢，缝布要特别注意松紧适度，便于膜布同时受力。斜坡与水平铺盖的两种膜连接处存在“丁”字接头（可能产生“十”字接头），更是薄弱环节，也是质量检查的重点，应严格施工，加强质检。因此，在焊机的选择方面必须选用瑞士焊机，根据新疆施工土工膜焊接的经验，在焊接使用瑞士焊机的情况下，可以使复合土工膜焊缝事故率平均降到3个洞/万m2以下，能够满足水库正常运行要求。为了验证复合土工膜是否能够满足高水头压力的考验，施工时，必须对每批次复合土工膜进行穿透实验，确保复合土工膜的质量能满足要求。复合土工膜穿透实验如图2所示。
5.3接缝质量检查。
复合土工膜在铺设完成后应对接缝质量进行检测，接缝质量检测包括目测、充气检漏和抽样检测3种方式。
6. 结语
复合土工膜在平原水库库盘防渗中已得到成功运用，防渗效果较为理想，但在山区水库库盘防渗中较为鲜见，本次以“某”水库的建设实际进行简单论述，复合土工膜在山区水库中的铺设方法及与周边建筑物的连接方式还需进一步总结经验。
[文章编号]1619-2737（2014）03-18-635
