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土工织物在白莲河电站中的应用 摘要: 设计工程师和环保部门日益喜欢更多地用土工 织物粘土垫层来代替密实的粘土层。由于它们的低导水率 和廉价的成本常常用在铺盖或废物池的底部，以阻止废物 的扩散。如今，土工织物在现代水利工程中也得到了广泛 的运用。白莲河抽水蓄能电站，、号副坝分别位于主 坝左岸和左岸分水岭的鞍部，为塑性混凝土防渗心墙土石 坝，混凝土防渗心墙厚 0.4m。在坝体土方削坡成型后，进 行土工布反滤层施工。 关 键 词: 土工织物;粘土;垫层;副坝;白莲河电站 中图分类号: TU49 文献标识码: A 1 简介 近年来，新型土工合成材料土工布在水利、水工建筑 等建筑工程中已经被广泛应用。由于土工织物的低导水率 和廉价的成本常常用在铺盖或废物池的底部，以阻止废物 的扩散。除了在环保方面用做废渣地的垫层外，土工合成 物还用作运输设施和岩土工程的环保隔离带，诸如:用做防 护层来最大限度地减少在公路交通事故中由于化学物品的 溢出和渗流所造成的地表下污染。 2 土工合成粘土垫层 土工合成粘土垫层是一薄层钠质或钙质膨润土与一层 或多层土工合成物构成的。土工合成物为土工织物或土工 膜。基本的 GCLs 通过胶、针刺或编织方法同两面都有土工 织物包裹的膨润土结合而成。针刺过程可以使上层的土工 织物纤维穿过膨润土和下层土工织物连成一个整体。穿透 底层土工织物的纤维靠自身纠缠和摩擦或通过加热的方法 使它们同底部土工织物层结合在一起。可能在两层织物和 膨润土间产生更强的结合力;同样可以用平行的几行纱线把 全部的土工合成织物膨润土、合成物缝合在一起。 对于以土工膜为骨架的 GCLs，用无污染的胶将膨润土 同土工膜粘在一起，并用敞口的螺旋纺织的土工织层粘在 膨润土外，以便在安装时起到保护作用。由于产品的适应 性和迅速的革新，不同类型的 GCLs 的特性可能各不相同， GCLs 间最重要的区别是用在 GCLs 中膨润土的形式和矿物成 分的差异。例如:粉末状和颗粒状;钠质或钙质等等方面的 区别，土工织物类型或附加土工膜及结合方法。 GCLs 最重 要的优点是其有限的厚度，适应土层或废渣层下的不均均 沉降，易安装和低造价。另外还具有以下特性:对机械性 意外事件所表现出的弱点;有限的吸附量;如果 GCLs 铺 在不能提供冲淡的矿物或分层之下，矿物会严重流失。甚 者，GCLs 与其它浸析液水合，膨润土将表现较小膨胀并降 低阻水效果。GCLs 的优点与缺点归纳如表 1。 GCLs 广泛应用的同时，也正在被深入研究，尤其是对 于它们的水力性质和扩散性、化学兼容性、机械表现性、 耐久性和透气性等方面的研究。 3 导水率、化学共存性和扩散 GCLs 的水力学特性在很大程度上取决于膨润土的导水 率。不同类型土工织物GCLs 的导水系数大约在 210-12 210-10 m/s 间变动，取决于采用的界限压力。GCLs 导 水系数的降低是由在较高压力下形成的较低空隙率而产生 的。常常用来阻隔除水之外的各种液体，在此情况下用化 学溶解性评价 GCLs 的导水系数是十分重要的。用其它液体 做为渗透液，影响 GCLs 渗透性的因素为:总厚度、蒙脱石 含量、吸着层厚度，以及水合和矿物部分的孔隙率。 4 穿孔、膨润土层变薄、内部腐蚀离子交换 GCLs 在搬运或安装过程中很容易遭受意外损伤穿孔， 在这种情况下，它的抗水性会因其遭受损坏而不同程度地 丧失。同时显示出，小的穿孔和损伤可由其中的钠质膨润 土有效修复，与完好试样相比，发现其导水系数增加很少。 此外，直径大到 30mm 的穿孔愈合时间仅需很短的时间便可 完全恢复。更重要的是发现修复区域的稳定性取决于水头 的高低。据观察发现水头 71m 时，自行修复的区域会失效。 以土工织物做的 GCLs 的水力学特性也取决于膨润土在原料 中的单位面积质量的大小。一旦水化，膨润土剪切强度就 很低，在这种情况下，应力集中和长期结构负荷可能造成 膨润土后期的挤压并导致局部厚度的减少和在这些位置液 体渗流量的增加。为避免局部膨润土的移动和随之而产生 的对 GCLs 水力特性的影响，应在遭受表层荷载和 GCLs 水 化之前，在其上覆盖适当厚度和适当粒径的土层，粗粒覆 盖的 GCLs 表面，也会导致 GCLs 应力集中，这是引起膨润 土移动的另外一个原因。然而，据发现即使在很高的界限 压力下，水力传导率的影响也是无关紧要的。另一潜在的 应力集中是上覆土工膜产生皱缩现象，这可能为下伏 GCLs 潜入减少应力作用空间，下伏地层的选择是在 GCsL 安装时 考虑的另一重要内容，水力梯度的存在可以导致内部腐料 物质夹带矿物颗粒的移动:在一水库防渗 GCLs 中发现异常 的渗漏，开挖坑道发现多处质地不均匀的膨润土，通过未 编织的土工织物进入下伏粗骨料层中，深达 1520m。 5 在白莲河抽水蓄能电站工程中的运用 5.1 工程概况 白莲河抽水蓄能电站位于湖北省黄冈市罗田县白莲河 乡境内，白莲河水库右坝头上游侧。本工程为等大型工 程，枢纽工程永久性主要建筑物包括上库主坝、 、号副坝、输水系统和地下厂房系统等建筑物。 白莲河抽水蓄能电站装有 4 台单机容量为 300MW 的可逆式 水力发电机组，电站总装机 1200MW。上库挡水建筑物由 1 座主坝、3 座副坝组成;主坝为混凝土面板堆石坝，坝顶高 程 312.5m，趾板底部高程 250.00m，最大坝高 59.7m，坝顶 长 300.18m，宽 6.0m。 、号副坝分别位于主坝左岸和左岸分水岭的鞍部， 为塑性混凝土防渗心墙土石坝，混凝土防渗心墙厚 0.4m。 坝顶高程 312.5m，宽 6.0m，最大坝高 4.0，上游坝坡 12，下游坝坡 11.75，其中上游坝坡设宽 2.0m 马道， 以下坡比 13.5;坝基地表坡积层厚度 13m，而全风化层 较厚，为 6.015.0m 不等。主要工程量详见表 2。 5.2 施工工序 施工准备坝基土方开挖基础面验收坝料开采、 运输摊铺碾压取样检测转序测量放样。 5.2.1 施工准备 土工布质量检测。进场的土工布必须有厂家提供的合 格证书，性能及特性指标和使用说明书。进场后，随机抽 取送检测单位进行复测。 土工布具有一定的抗顶破、抗刺破能力。水库在防渗 施工中，开挖清除原坝表层干砌石及砾石垫层至粘土层， 并按设计尺寸削坡挖平和欠坡回填夯实，找平并洒水夯实， 使夯填土干容重不小于 1.65t/m3 。人工开挖防滑槽，剔除 其表面的石子、树根等坚硬尖状物，并喷洒除草剂等药水， 整理后的坡面应平整、密实、光滑，以防复合土工膜被刺 破。 5.2.2 施工操作过程控制 土工织物铺设前编好施工组织设计，说明铺设方法和 技术措施，经监理批准后方使用，施工人员均应穿平底布 鞋或软胶底鞋进行铺设，严禁穿钉鞋以防踩坏土工膜，做 到随铺随压，复合土工膜铺设要与保护层铺设相协调。拼 接中复合土工膜焊缝质量是拼接关键，施工中尤其要加强 接缝检测，观察有无漏接，接缝是否烫损，有无褶皱，是 否拼接均匀等，至验收合格后，才可以进行下道工序。 5.2.3 土工布的铺设 在坝体填筑施工中，随坝体每填高 23m，由液压反铲 挖掘机对坝体上、下游边沿土体进行削坡整平，其中上游 坡比 12.0，下游坡比 11.75。在坝体土方削坡成型后， 进行土工布反滤层施工。土工布反滤层，铺筑前，应事先 作接头工艺试验，在工艺方法确定后，由人工对其进行铺 筑。铺筑过程中，要求土工布按“之”字形铺设，并与支 持层平贴紧密、松紧有度;粘接时粘结面应干净，不得有油 污、灰尘，并保证其表面干燥，涂胶时，要求胶液均匀涂 抹，不得过厚、漏涂;对在粘结中出现脱空、收缩起皱及扭 曲鼓包等现象，应将其剔除后重新进行粘结。 铺设应在干燥暖和天气进行，为了便于拼接，防止应 力集中，复合土工膜铺设采用波浪形松驰方式，富余度约 为 1.5%，摊开后及时拉平、拉开，要求复合土工膜与坡面 吻合平整，无突起褶皱，施工人员应穿平底布鞋或软胶鞋， 严禁穿钉鞋，以免踩坏土工膜，施工时如发现土工膜损坏， 应及时修补。土工布拼接质量的好坏是土工织物防渗性能 成败的关键，所以务必做好土工布的拼接，确保拼接质量， 采用手提式封包机缝接。 第 1 幅土工布铺好后，将需拼接的边翻叠，第 2 幅反 向铺在第 1 幅膜上，调整两幅