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防渗土工膜在蓄水池的应用
浏览: 发布日期:2019-03-23 http://www.tgclkj.com

导读:采用土工膜防渗的调蓄水池上游设计坡比应缓于材料之间的临界坡度,且由于土工织物与土工膜之间的摩擦系数,小于土工织物与土石之间的摩擦系数,则滑动面将产生在土工织物与土
采用土工膜防渗的调蓄水池上游设计坡比应缓于材料之间的临界坡度,且由于土工织物与土工膜之间的摩擦系数,小于土工织物与土石之间的摩擦系数,则滑动面将产生在土工织物与土工膜之间,需要更平缓的池坡才能维持稳定,同时考虑到施工因素和运行安全的要求,上游池坡的设置宜缓不宜陡。寒冷地区上游池坡坡比还应考虑冰冻的影响,迎水面不宜设置马道。为保证斜坡护面的稳定及减小单级迎水面斜坡长,在坡的中间部位设置混凝土防滑梁可起到很好的效果。
 

防渗层结构型式

土工膜是调蓄水池防渗层的主体,但在复合土工膜的两侧还应设置防护(保护)层、上下垫层及支持过渡层等设施,组成一个完整的防渗系统。
 

防护层的材料及型式

常用的防护面层类型有预制混凝土板、现浇混凝土板、钢筋网或铁丝网混凝土板、干砌块石和浆砌块石[3]。在早期已建成的水库和调蓄水池工程中,防护层材料采用干砌石和浆砌石的较多,但在寒冷地区该类型的防护层因受冰冻破坏的情况较多,分析其原因,由于砌石表面粗糙,且块石一般具有一定的棱角,糙面面积相对较大,冬季运行中增加冰与块石之间的接触面积及两者之间的粘结度,在温升时冰的冰胀力对砌石防护层的推挤作用,以及水位上升与下降时冰对防护层的推力及下拉力造成防护层的破坏失稳。
 

防渗材料及型式

膜材料及厚度
土工膜作为调蓄水池防渗层的主体,其膜材料及膜厚的选择至关重要,饮水工程与水接触的工程宜采用PE膜[6]。膜的厚度由控制渗漏量和与接触面的土体颗粒粗细程度,以及膜下的空隙使得膜在水头作用下发生不均匀变形,使膜局部受拉而计算确定厚度,对此进行分析探讨。
 
(1)以土工膜渗漏量控制膜的厚度
一方面是施工过程中焊接及刺破等原因引起的缺陷渗漏量,具有不可预见性,不控制膜的厚度;另一方面是膜本身的渗透特性,由膜制造的不均匀性产生,据相关资料,出厂的土工膜每1.0m2大约有一个孔眼,对0.3mm厚的膜进行渗透性测定时,渗透系数为1×10-9~1×10-10cm/s[4],该渗透系数对于水利工程能够满足规范要求和允许,因此,该渗漏量亦不控制膜的厚度。
 
(2)以膜与接触面的土体颗粒粗细程度或颗粒间的空隙被顶破确定膜厚度。
其计算采用薄膜理论的曲线交会法,由于计算依据的假定经常不符合工程实际情况,计算的厚度常常都很小,按其确定膜的厚度采用安全度很难保证。试验0.25mm的膜在含砾粒67.1%、砂粒32.9%、水头200m作用下未见破坏。因此,只要膜下垫层坚实、均匀、可靠,很小的膜厚也很难被水压作用而拉裂破坏,能满足防渗的要求,计算厚度也不控制膜的厚度。工程实际中往往以同类型或类似地基条件、同类膜上下垫层的成功经验及规范允许的小范围进行膜厚确定。规范规定防渗工程的厚度不宜小于0.5mm,水利工程中根据建筑物的级别进行区分,1~2级建筑物土工膜的厚度不应小于0.5mm,3级以下厚度不应小于0.3mm[6]。考虑工程施工因素及安全度、规范要求,结合已建成功防渗水池统计,膜的厚度选择不小于0.4mm为宜,重要工程可适当加大。
 
防渗层选择
防渗层分单层土工膜防渗层和复合防渗层两种,复合防渗层系指“土工膜+水泥土或黏土”组成的复合层。不考虑施工人为破坏影响,膜的渗漏主要有缺陷渗漏量产生。据GirordJ.P统计,约每0.4万m2有一个缺陷,这些缺陷尺寸对于接缝约2mm的等效孔径设定一水池,水深10.0m,采用单层厚0.5mmPE防渗膜和0.5mmPE加厚0.5m黏土的组合防渗层,铺设面积4万m2,分别估算渗漏量。由计算结果知,同等条件下单层膜防渗层的渗漏量为24.70m3/d,远大于复合防渗层的渗漏量1.06m3/d,两者相差23倍之多。因此,对池底地基及筑池材料为砂砾石的均质池身,膜下材料渗透系数大,透水强,即使有土工膜的渗漏水量,但往往不易聚集,膜后排水畅,通常采用单层防渗层(如图4所示)。对于池底地基及筑池材料为壤土等膜下材料渗透系数小,膜后渗漏水量易于聚集,致使土层湿陷变形的调蓄水池,宜采用“土工膜+水泥土”组成的复合防渗结构型式,以保障工程安全。
 
通过对已建的调蓄水池失败和成功的工程实例进行分析和总结,可以得出以下结论。
(1)对于湿陷性场地上的调蓄水池,地基处理在原土翻夯的基础上,结合采用“10%水泥土+土工膜”复合防渗层型式是很有必要的。
(2)对采用复合土工膜防渗的调蓄水池,仅考虑池坡影响因素计算的坡体稳定,以及在浮力作用下护坡稳定计算是不够的,其坡比的选定应不小于护砌材料之间的临界坡比,坡面不设置分级马道。
(3)寒冷地区的护坡防护层宜采用表面光滑度较大的护面材料,以免冬季运行冰冻破坏失稳,同时设置防滑梁加固和维持坡面砌块的稳定。

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