摘要：小浪底水利枢纽配套工程—西霞院反调节水库工程由土石坝、河床式电站厂房、排沙洞、泄洪闸等建筑物组成。土石坝布置于混凝土建筑物坝段的两侧，采用混凝土防渗墙与坝坡复合土工膜防渗相结合的防渗体系。复合土工膜斜墙土石坝的坝顶宽8.0m，坝顶总长2609m。
本文通过对复合土工膜垫层、复合土工膜铺设、土工布缝合、焊接、检测等施工程序、施工工艺、施工方法、施工过程以及质量控制的详细阐述，为今后类似工程提供了借鉴，对复合土工膜在今后水利工程上的应用具有很高的推广价值。
关键词：小浪底；西霞院；大坝；复合土工膜；防渗；施工 ；质量控制

    1概述

    小浪底水利枢纽配套工程—西霞院反调节水库位于河南省境内的黄河干流上，坝址上距小浪底水利枢纽16km，控制流域面积69.46万k m2。西霞院工程是一座以反调节为主，结合发电，兼顾供水、灌溉等综合利用的大型水利工程。水库总库容1.62亿m3，土石坝段最大坝高20.2m，电站混凝土坝段最大坝高51.5m，电站装机容量140MW，灌溉农田面积113.8万亩。工程规模为大（2）型，属II等工程。

    枢纽建筑物由左岸土石坝、河床式电站厂房、排沙洞、泄洪闸、王庄引水闸、右岸土石坝、坝后灌溉引水闸、右坝肩上游沟道整治工程、下游右岸防护工程等建筑物组成。其中复合土工膜斜墙砂砾石坝，坝顶宽8.0m，坝顶总长2609m，其中左侧土石坝长1725.5m，右侧土石坝长883.5m。大坝上游坝坡1:2.75，下游坝坡1:2.25和1:2.5。两岸滩地基础为砂壤土、砂层，采用强夯方法处理；河槽段坝体和截流围堰结合。
土石坝布置于混凝土建筑物坝段的两侧，作为永久性水工建筑物的挡水工程，其防渗处理经多种方案比较，确定坝基采用混凝土防渗墙与坝坡复合土工膜防渗相结合，即下部与现浇防渗墙相接，上部与坝顶防浪墙相连的防渗体系，在坡的迎水面采用预制联锁板。

    坝体防渗使用的复合土工膜由防渗膜和土工布复合而成，防渗膜采用易于热焊接的聚乙烯(即PE)膜，膜厚0.8与0.6mm。土工布采用涤纶针刺无纺布，每平方米重量不小于400克，即左岸土石坝段与河床土石坝段采用长丝400/0.8/400的两布一膜，右岸土石坝段与王庄渠土石坝段采用短丝400/0.6/400的两布一膜。

    复合土工膜幅宽均为4.3米，四边预留约10厘米的不复合层(即布、膜分开，称为留边)以便土工膜纵横向连接。

    工程所使用的复合土工膜为湖南中核无纺布有限公司生产（PE膜为雪花集团北京塑料制品厂生产）。主要设计性能指标详见表1，主要设计应力安全系数、应变安全系数详见表2。

                 

    2复合土工膜防渗施工程序

    复合土工膜总体施工程序为：基础面处理验收→垫层料施工→垫层料验收→复合土工膜铺设→底层土工布缝合→土工膜焊接→土工膜焊缝检测→上层土工布缝合→覆盖保护层料→伸缩节施工→土工膜锚固→防渗墙二期砼施工→基座砼施工→预制砼联锁板安装→砼现浇带施工→下一循环。

    3复合土工膜铺设施工方法

    3.1 基础面处理验收

    大坝上游边坡在测量工程师控制下进行削坡，之后用13.5t振动碾碾压2遍取样试验并对坡面进行测量，最后进行验收，经验收合格后方可进行下道工序。

    3.2 垫层料施工

    （1）垫层料制备

    根据试验确定，采用装载机将小石（5～20mm）和35％的人工砂进行拌和数遍即可满足设计要求。

    （2）垫层料施工

    基础面经验收合格后，由测量工程师进行放线，每10～15m钉出界桩，并垂直坡面定出16 cm铺设厚度点位，拉铁丝控制铺设厚度（压实后厚度为15cm）；之后采用装载机装车，自卸汽车运输垫层料，人工铺设整平；5t振动碾碾压2遍，最后由试验人员进行相对密度检测（设计要求相对密度不小于0.7）。水平段防渗墙部位铺设完成后，再在防渗墙下游0.9m范围按照设计要求铺设顶宽0.5m、底宽0.9m、高0.2m、两侧坡比均为1：1的梯形断面，之后进行碾压处理。

    （3）垫层料验收

    垫层料相对密度验收合格后，由测量人员进行坡面测量，经验收合格后，方可进行复合土工膜施工。

    3.3复合土工膜材质的检验

    按照施工技术规范要求对进入施工现场的复合土工膜每10000 m2进行一次力学指标抽样检验，确保复合土工膜材质符合技术规范要求，杜绝不合格复合土工膜上坝。

    3.4复合土工膜铺设

    复合土工膜的铺设采用垂直于坝轴线的方法。左右岸土石坝段填筑到坝顶后，从坝顶自上而下垂直于坝轴线铺设（河床坝段采用自下而上反向水平铺设）。铺设时采用人工将复合土工膜从坝顶坡面徐徐反滚至坡底防渗墙部位。铺设时复合土工膜两侧放置人行木板，并注意张驰适度，要求复合土工膜与垫层结合面务必吻合平整，避免人为和施工机械的损伤。

    复合土工膜铺设，先铺第一幅复合土工膜，再铺第二幅复合土工膜，并使之搭接10 cm；之后调整两幅土工膜，保证其搭接对齐、平整。

    3.5复合土工膜铺设技术要求

    （1）复合土工膜铺设应在干燥、暖和天气进行；

    （2）复合土工膜铺铺放时不应过紧，应留足够余幅（大约1.5%），以便拼接和适应气温变化；

    （3）复合土工膜铺铺设时应对正、搭齐，同时做到压膜、定型，防止风吹；采用保护层料装入编制袋进行压制土工膜；

    （4）复合土工膜接缝应与最大受力方向平行；

    （5）坡面弯曲处特别注意复合土工膜剪裁尺寸，务使妥贴；

    （6）施工时发现复合土工膜损伤，应立即修补；

    （7）操作人员应穿软底鞋或胶底鞋，不得穿钉鞋等硬底鞋在复合土工膜上踩踏以免造成破坏；

    （8）应密切注意防火，不得将火种带入施工现场。

    （9）复合土工膜焊接处若褶皱较多，需进行修剪，以免影响焊接质量。

    3.6复合土工膜底层土工布缝合

    将需要焊接的复合土工膜向两侧翻叠（宽度约20 cm），之后将底层土工布铺平、搭接、对齐，最后进行缝合。土工布缝合采用手提封包机，用高强维涤纶丝线。缝合时针距控制在6mm左右，连接面要求松紧适度，自然平顺，确保土工膜与土工布联合受力。

    3.7土工膜焊接

    （1）土工膜焊接采用2PH-213型热合爬行机进行焊接，该机由两块电烙铁供热，胶带轮通过耐热胶带施工，滚压土工膜，焊成两条粗为10mm的焊线，两线净距约12 mm。

    （2）根据土工膜焊接工艺试验，焊接温度原则上以不超过350℃为宜，焊接速度一般控制在1.5m/min。每天焊接前先进行试焊，以便确定当天的焊接温度和焊机爬行速度。

    3.8土工膜焊接检测

    土工膜焊接完成后，立即对焊缝进行检查验收，方法采用目测法、充气法和压力水法。同时对焊缝抗拉强度每2000 m2进行一次抽样检验，其抗拉强度不小于母材强度的85％为合格，否则，则应重新进行工艺试验，直至满足设计要求为准。

    （1）目测法

    土工膜焊接完成后，随即进行外观检查，观察有无漏接，接缝是否无烫损、无褶皱，是否拼接均匀，两条焊缝是否清晰、透明，无夹渣、气泡、熔点或焊缝跑边等现象。如有漏焊、熔点等现象，立即采用热风枪进行补焊。

    （2）充气法

    将待测段焊缝两端采用热风枪封死，两端均插入压力表，充气至0.20Mpa，静观5min，观察压力表，如气压无明显下降，表明不漏气，接缝合格，否则应采用热风枪及时修补。

    （3）压力水法

    采用冲气法发现接缝漏气时，用水针在双焊缝间注入彩色水（红色或兰色水）进行检查，并用彩笔标注漏气部位。之后采用热风枪进行补焊。

    3.9土工膜焊接复检

    土工膜修补完成后，要重新按照上述土工膜检测方法进行复检。

    3.10上层土工布缝合

    土工膜焊接检测合格后，即可进行上层土工布缝合。上层土工布缝合方法与下层土工布缝合相似。

    3.11保护层料覆盖

    （1）第一层保护层料覆盖

    上层土工布缝合完成并经验收后，立即进行第一层（10cm厚）保护层料覆盖，该保护层料级配与垫层料相同。采用自卸汽车运输，人工摊铺并整平。

    第一层保护层料覆盖一般应在复合土工膜铺设后24小时内完成，但最长不超过48小时。边角处暂时不能覆盖的，采用砂袋进行覆盖保护，以保证土工膜表面温度不超过60℃，达到防止土工膜老化的目的。

    （2）第二层保护层料覆盖

    第一层保护层料覆盖经验收后，即可进行第二层保护层料（10cm厚）覆盖，第二层保护层料为小石掺加10％的人工砂，拌制后运至施工现场，人工摊铺并整平。

    3.12伸缩节施工

    上部伸缩节施工时，先在坡顶下85cm处铺设木板，并使之成一直线，之后将复合土工膜翻叠过来，然后将φ30mm氯丁橡胶棒固定（采用针线每0.5m间距缝合在上层土工布上）在木板下0.5m部位，完成后再用木板支撑氯丁橡胶棒使之成一直线，之后将复合土工膜反向折叠并抽去木板，并在氯丁橡胶棒下50cm处用同样方法再固定一根φ30mm氯丁橡胶棒，再反向将两层复合土工膜折回，之后抽去木板，覆盖伸缩节部位的保护层料。

    3.13土工膜锚固

    复合土工膜的锚固分为：上部与坝顶防浪墙底部的锚固，下部与大坝混凝土防渗墙顶部的锚固，与左右岸土石坝坝肩锚固和左右导墙的锚固。本文仅给出复合土工膜的上部和下部的锚固方法。

    （1）下部锚固

    复合土工膜下部锚固在混凝土防渗墙顶。锚固前要先对防渗墙伸缩缝进行处理，按照设计图纸将伸缩缝两侧凿成“V”型槽，并将防渗墙轴线部位按图纸要求凿成梯形槽，之后回填聚硫密封胶。锚固时先按照0.5m间距进行水泥浆锚栓孔钻孔（孔深0.6m，螺栓长0.72m），锚栓孔孔距在伸缩缝位置为0.5m，其余距离可适当调整。之后将联接处防渗墙墙顶清理干净，安装10mm厚氯丁橡胶下垫片、铺设土工膜（一布一膜）、再安装氯丁橡胶上垫片，用10号槽钢压平，将槽钢用锚栓紧固，并对槽钢和氯丁橡胶上垫片之间的空隙进行回填灌浆，最后浇筑二期混凝土盖帽封闭。

    （2）上部锚固

    复合土工膜上部锚固在混凝土防浪墙内侧低部。为避免在防浪墙混凝土施工时对复合土工膜造成不必要的损伤，确保复合土工膜施工质量，先对坝顶部的复合土工膜浇筑12cm厚的细石混凝土进行覆盖保护；之后待坡面混凝土联锁板安装完成一段后进行防浪墙钢筋安装、模板安装和混凝土浇筑；待防浪墙混凝土施工完成后，进行膨胀螺栓孔钻孔，并将防浪墙伸缩缝凿成“V”型槽，之后回填聚硫密封胶；最后安装3mm厚氯丁橡胶垫片、土工膜、再安装氯丁橡胶垫片，并用钢板压平，用膨胀螺栓把钢板固定在防浪墙内侧低部的混凝土上。

    4认识与体会

    4.1复合土工膜的渗透系数较混凝土相当，而复合土工膜施工焊膜、缝布由熟练工人操作，每个工作面只需要4人，施工方便，质量也有保证，又可以起到很好的防渗作用。为工程投资起到了节约的作用。

    4.2从试验结果看，复合土工膜焊接焊缝拉伸时总是母材先遭到破坏，这说明复合土工膜焊缝不会因为变形引起的拉伸等原因遭到破坏，引起渗漏。

    4.3根据工程情况，以优先选用天然砂砾石进行垫层料保护料制备，以预防因碎石棱角而造成土工膜的刺破。

    4.4复合土工膜铺设时要注意膜与其下垫层料的吻合，防止其下的水或气对膜的作用。

    4.5复合土工膜斜墙坝防渗性能好，重量轻，对不均匀沉陷适应力强，施工简便，造价低廉。本工程投资比壤土心墙坝节约465万元人民币

    4.6壤土斜墙坝需要开采粘土筑坝，往往破坏耕地，引起纠纷。土工膜防渗，可以不用粘土，不占或少占耕地，有利于环境保护。在我国人均耕地面积较少的情况下，不占或少占耕地是应该提倡的

    4.7目前国内外长期使用土工膜防渗工程已有不少。我国采用这项技术开始于二十世纪六十年代中期，土工膜使用在渠道上；从八十年代开始，应用于中小病险土石坝工程的除险加固；八十年代末九十年代初，一些新建的中小型土石坝工程开始使用土工膜防渗。但复合土工膜斜墙坝大型工程中应用较少，特别是大江大河上应用更少，本工程对这一技术的应用，是一个有益的尝试

参考文献：

[1] 水利部、电力工业部上海勘测设计研究院.《土工合成材料的选样及质量控制》水利建设与管理，1999.（4）北京。
[2] 中国计划出版社 《土工合成材料应用技术规范》1998.12.北京
[3] 中国水利水电出版社 SL/T235-1999.《土工合成材料测试规程》 1999.2.北京
[4] 中国标准出版社 GB/T17643-1998.《土工合成材料 聚乙烯土工膜》 1999.2.北京

作者简介及联系方式：
王登科：男，汉族，河南灵宝人。生于1963年10月，大学本科，高级工程师， 小浪底工程咨询有限公司 。联系电话：86-0379-64953813，64953812，13603881065。 E-mail:wangdengke@xiaolangdi.com.cn
窦宝卿：男，汉族，河南临颖人。生于1969年9月，大学本科， 工程师， 小浪底工程咨询有限公司。联系电话：86-0379-64953813，64953812。 E-mail:doubaoqing@xiaolangdi.com.cn.
吕铭捷：男，汉族，河南开封人。生于1966年2月，大学本科，高级经济师， 小浪底工程咨询有限公司 。联系电话：86-0379-64953931，13653895395。 E-mail:lvmingjie@xiaolangdi.com.cn.
马伟：男，回族，河南堰师人。生于1966年10月，大学本科，高级工程师， 小浪底工程咨询有限公司 。联系电话：86-0371-65362299，13937197718。