土工合成材料在大坝防渗与导渗中的应用（二）

2.土工合成材料在病险水库加固中的应用
近年来，全国各地的病险水库年久失修，管涌或溃坝事故时有发生，造成了巨大的经济损失。危房多，施工条件复杂，工期短。正确推广应用重量轻、运输方便、施工简单的土工合成材料对危房加固具有深远的意义。
白土坑水库位于新疆玛纳斯县，是一座中型平原水库，始建于1962年。坝轴线长7.0km，坝型为均质土坝，坝高7.00m，上游坝坡1: 2，下游坝坡1: 1.5 ~ 1: 2.0，坝顶宽2 ~ 4 m，坝后无反滤坝脚。坝体填筑质量差，平均干密度仅为1.43g/cm3，渗透系数为6.4×10-4cm/s，长期处于软塑状态。坝体浸润线较高，坝体渗漏严重。坝后形成大面积沼泽湿地，后坝坡脚存在管涌或流土渗透破坏的风险。因此，上下游坝坡的抗滑稳定计算不满足规范要求。大坝基础根本没有处理。坝基以上2 ~ 4m为淤泥和粉土，渗透系数较大，为0.79×10-4cm/s，其下的土结构较好，渗透系数为1.27× 10-5 ~ 6.48× 10-6 cm/s，是良好的防水层。水库多年来一直在低水位运行，达不到原设计标准。2001年大坝被鉴定为三级大坝，属于病险水库，需要加固。
由于水库坝型为均质土坝，且采用老坝加固，因此在前坝坡铺设复合土工膜防渗。这种方法简单易行，施工速度快。能有效降低坝体中浸润线的高度，增加坝体中的干燥面积，增加土体的内摩擦角，从而提高坝体的抗滑稳定性和安全性。坝基垂直铺设塑料，塑料薄膜与坝面上的复合土工膜连为一体。后坝坡厚度为1: 2.25，在新老坝体之间设置有排渗体。
根据水压力和下垫面，经计算，前坝面复合土工膜由两布一膜组成(200g/m2/PE0.5/200g/m2)，其物理力学指标为:抗拉强度18kn/m，伸长率56.4%，CBR顶破强度2.8KN，垂直渗透系数1.0× 10。宽度为6.0m，先将破损或脱落的原混凝土护坡板用细石混凝土填充，然后铺设7.5cm厚细砂垫层，再铺设复合土工膜，膜上铺设75cm厚砾石防冻层，再浇筑20cm厚混凝土护坡板。复合土工膜上部靠近坝顶折叠埋设，下部与竖向塑料薄膜焊接。(图4)复合土工膜的拼接方法同上。
坝基垂直铺塑是一项浅基础防渗新技术，铺塑深度约8m，开沟宽度仅20cm多一点。它是解决水库浅层透水地基严重渗漏、扩大渗流直径、减小坝后坡脚渗流梯度的有效方法。垂直摊铺适用于淤泥地基；淤泥地基施工，必须用泥浆固壁，施工速度要快，否则容易塌墙。铺塑料薄膜采用0.3mmPE厚的PE膜，设计深度应深入粘土层1.0m，铺好的沟槽用粘土浆填充。摊铺机先将地基土打碎，然后将缠绕在钢管上的塑料薄膜垂直放入凹槽中，塑料薄膜由摊铺机向前牵引。钢管上的塑料薄膜未用完前，应留1.5倍的槽深。将塑料薄膜从槽中取出，洗净晾干，然后用自行式热熔双缝焊机焊接。局部破损的塑料薄膜可用PVC胶粘贴，宽度不小于15cm，春秋季固化时间不小于12h。要求粘贴牢固、均匀、可靠。塑料薄膜槽口渗漏部分应用泥土保护，避免阳光直射。坝基的塑料薄膜上部应与坝前坡的防渗复合土工膜焊接，形成完整的防渗体，减少坝体中的浸润线，增加坝体的稳定性，达到除险的目的。
水库原下游坝坡坡脚无反滤坝脚。鉴于后坝坡增厚，在新老坝体之间设置了坝体内的排渗体。用重量轻、易铺设、成本低的无纺布代替滤料，在无纺布上部压上天然级配碎石(含泥量)。白土坑水库除险加固于2001年底完成。经过两年的运行观测，防渗效果明显，坝后积水或沼泽消失，地下水位降至1.5m以下，水库满足设计要求，取得了巨大的经济效益和社会效益。