浅谈土工材料在水库除险加固的应用
一、概况
顿头坑水库位于蕉岭县文福镇，是一座小（二）型水库，1974年动工，1975年竣工投入运行。水库集雨面积为3.5平方公里，正常水位为202.3米（假设高程、下同）、相应库容为86万m3，坝顶高程为210.74米，坝长220米，坝顶宽为3米，前坡坡比为1:2.5、后坡坡比为1:2，泄洪洞底高程为202.3米、宽2米、原设计最大下泄流量为16.4m3/s，坝底左岸设置有一个混凝土输水涵，最大下泄露流量为1.5m3/s，水库灌溉耕地1375亩，灌溉水田面积1200亩，受益人口2300人。
顿头坑水库兴建时，由于当时的客观原因，质量差，资料不全，经过运行多年发现，堤身渗漏严重反滤体偏低，设施不完善，坝前坡冲刷严重，坝后坡多次出现“牛皮涨”等问题。
经过分析比较，诊断为坝体渗漏严重，对顿头坑水库尽快对坝体进行防渗处理，减少坝体渗流量。保证水库安全运行，充分发挥效益，为区域经济发展发挥更大作用。
二、防渗处理技术方案的确定
总结土坝坝体的除险加固方案，一般是进行防渗补强，采用方法有加高培厚土坝、铺设土工膜、填充灌浆等，但常用方案有：高压喷射灌浆、劈裂灌浆、混凝土防渗墙、M7.5浆砌石表面层批挡等。
我们对四种方案的运用情况、防渗效果、施工速度及工程造价进行比较、分述如下。
高压喷射灌浆
高压喷射技术是20世纪80年代从日本引进的，在二十多年的运用中，施工工艺不断完善，施工技术不断提高。高压喷灌成孔率高施工速度快，工程造价也比较适中，但施工产生废物较多，环境污染较大。
劈裂灌浆
劈裂灌浆是20世纪70年代发展起来的土坝灌浆技术，在土坝坝体防渗加固中收到了较好的效果。劈裂灌浆可就地取材，工程造价低，施工设备简便，但施工质量难以保证，防渗效果也难以得到保证。
M7.5浆砌石面层加批挡
用M7.5浆砌石表面加批挡防渗，虽然是对坝坡的稳定有利，但土坝特性不稳定，还会产生局部沉陷，比较容易出现裂缝，从而降低防渗效果。因此，用M7.5浆砌石表面加批挡防渗通常还需要加上灌浆防渗技术。
土工膜防渗
土工膜是一种新的防渗技术，土工膜防渗因膜为柔性，能较好地适应坝体沉陷、变形且膜的不透水性能好，用于坝体防渗较为理想。由于水库坝坡的坡比均在1:2以上，因此，边坡自身稳定不成问题。
经以上四种方安比较后，根据顿头坑水库的位于比较边远的山区，不利于材料运输的实际情况，同时，水库要保证耕地灌溉和人畜用水，不宜长时间的放空库容，应尽快恢复水库的作用。决定采用土工膜进行防渗处理。
三、工程施工
坝前坡整治和复合土工膜的防渗施工
1、复合土工膜的裁剪
复合土工膜幅宽4米，长度视现场需要，由生产厂家在厂内剪裁好适宜的长度卷成卷。除锚固端外，其余三边预留10cm宽拼接缝带，以便施工时膜与膜的拼接。
2、清基和削坡
将堤坡上的草皮、树根和石尖等全部清除干净，以免被石尖和树根等捅破土工膜，然后按设计断面进行削坡，对局部较松软的坡面和亏坡断面进行处理，做到坡面平整。
3、设粗砂下垫层
坡面平整后，垫一层粗砂。
4、复合土工膜的敷设
坝坡土工膜从坝顶至坡脚沿垂直于坝轴线方向缓慢滚放铺设；坡脚平台，水平平行坝坝轴线方向滚放铺设。铺开后，人工抻平找正。坡面复合土工膜与坡脚平台复合土工膜在护坡齿墙以上。铺设时松紧适度，宽裕度约为1.5%，避免应力集中，也有利于拼接。铺设要求复合土工膜与粗砂垫层吻合平整，无凸起褶；坡面转变处，在现场实际放样剪裁。
复合土工膜时铺盖上层铺设碎石屑保护层，以防风吹，且能保护复合土工膜不被损伤。
为了防止人为损伤复合土工膜，禁止方式人员穿硬底鞋或带钉鞋，禁止往复合土工膜上扔杂物。
5、复合土工膜的拼接
土工膜的拼接由厂家派技术人员在现场完成。拼接设备为厂家自带TH—1型双驱动自行式土工膜焊接机。正式拼接前，根据施工气温进行试焊，确定行走速度和施焊温度。一般掌握行走速度1.5~2m/s，施焊温度18~22摄氏度。拼接焊缝10cm，焊缝两道，每道宽10mm，两道焊缝间有12mm宽的空腔。用此空腔来检查其焊接质量。
焊接前必须清除膜面上的砂子、泥土等脏物，保证膜面干净。
施焊前，在拼缝部位的底下垫一条长木板，以便焊机在平整的基面上行走，保证焊接质量。
土工膜拼接检验格后，即进行面层土工膜的缝接。缝接也由厂家派出技术人员完成。布与布的缝接采用手提式封包机、涤纶线丁字形缝接。缝合面要求松紧适度，缝接平顺。
6、复合土工膜的锚固
复合土工膜的上端锚固。复合土工膜上端锚固长度17cm，道德在混凝土齿墙墙基的锚固部位锚定5mm×50mm的氯丁橡胶条带垫片，然后用5mm×4mm的氯丁橡胶条带和0.75mm厚的钢带做压片，将复合土工膜用射钉锚固在混凝土齿墙墙基上，钉距15cm，最后用混凝土回填封堵。混凝土厚20cm。
复合土工膜的下端锚固。复合土工膜下端锚固于堤基垂直防渗的混凝土截水墙顶外侧上。待铺设复合土工膜时，再将复合土工膜下端阳锚固在该垂直平面上。其锚固方法同上端的锚固。
7、保护层的铺设在复合土工膜的上面均匀铺设20cm厚砂砾上垫层，平拍实后铺设12cm厚的混凝土预制板。
四、结语
顿头坑水库从除险加固后经过一年运行的情况来看，坝后坝再没有出现“牛皮涨”，后坡也没有出现发现湿润的现象，从而证明了土工膜技术的可行性