工程技术水利规划设计2000年第4期复合土工膜土石坝的设计和计算顾淦臣(河海大学南京120024)【摘要l本文对较缓坝坡和较陡坝坡铺设复合土工膜防渗的结构布置型式建议了不同的方案。对复合土工膜水平铺盖的结构布置型式以及设置排气排水的逆止阀作了建议。指出了几种不正确的结构布置型式。提出了确定复合土工膜厚度的解析法和数值计算法。对铺设在坝坡上的复合土工膜及胶粘在坝坡上的复合土工膜的抗滑稳定计算方法作了论述。【关链词】复合土工膜水平铺盖逆止阀薄膜理论有限元法曲线交会法粘结力抗滑稳定工程结构布置砂卵石坝、堆石坝、砌石坝都可以用复合土工膜防渗。这些坝的边坡,可以按坝的土石料特性作稳定计算确定,不取决于复合土工膜与土石料之间摩擦系数的大小。有的人认为复合土工膜铺在坝的上游面,因复合土工膜与土石料之间摩擦系数较小,必需平缓的坝坡才能稳定,从而增大了坝的工程量。这种概念是不正确的。应该采用工程措施,解决复合土工膜的稳定问题,例如上游堆石面浇筑薄层混凝土,用沥青或胶粘剂将复合土工膜粘贴在混凝土面上。则边坡很陡的干砌石坝或堆石坝都可以用复合土工膜防渗。下面描述三种主要的结构布置型式。1.1上游坡复合土工膜防渗有两种不同情况,采用两种不同的结构布置:一是坝坡较平缓,复合土工膜靠摩擦力就能稳定,结构布置相当简单。只要整平坝坡面,铺复合土工膜,其表面用块石护坡或顶制混凝土板护坡,见图1。这类坝多是砂卵石或砂质坝体。只要用推土机把坡面推平,然后用斜坡振动碾或平碾压实坡面形成为整平层,上面就可以铺复合土工膜。其趾部开挖地基砂卵石至基岩,浇筑混凝土趾板。把复合土工膜端部的土工织物剥掉(订货时可要求10一1c5m光膜边)光膜浇在混凝土趾板内。顶部也将光膜浇在混凝土防浪墙的底板内。另一种是坝坡较陡,复合土工膜在斜坡上靠摩擦力不能维持稳定,要增加粘结力才行。这就需要用胶粘剂把复合上工膜胶粘在坝坡的固坡层上。对于不同的坝坡,可以选择不同的固坡层和胶粘剂。例如堆石坝的坡面可用碎石找平,再用斜坡振动碾压实。然后浇筑c6m厚无砂混凝土。在铺设复合土工膜之前,刷乳化沥青或热沥青,立即将复合土工膜铺上,并在其上压载砂袋,使之牢固粘合。砌石钡的坝面可用混凝土找平,然后用强力胶粘剂将复合土工膜胶粘在混凝土面上。更陡的坝坡,可用锚杆图1平缓坝坡铺复合土工膜防渗的结构布呈l一整平层;2一复合土工膜;3一垫层;4一块石护坡或预制混凝土板护坡5一混凝土趾板;6一防浪墙;7一砂质坝或砂卵石坝;8一砂卵石地基;9一岩基工程技术水利规划设计2000年第4期将复合土工膜锚入坝体。锚杆穿过复合土工膜处,可用胶粘剂填补密实。复合土工膜上面的护坡,如果采用预制混凝土板,可用乳化沥青或热沥青将预制混凝土板粘结在复合土工膜上。如采用现浇混凝土板护坡,其水泥砂浆会渗入复合土工膜的土工织物中,能牢固粘结,粘结力可达20OkN/mZ一250kN/mZ。在复合土工膜上喷混凝土也是一种可取的护坡方案。喷混凝土的厚度,对于高坝,宜达到2c0m,对于低坝可采用IOem。图2是堆石坝上游坡用复合土工膜防渗的坝断面和细部图示例。图2较陡坝坡胶粘复合土工膜防渗的结构布置一例1一堆石找平碾压后浇c6m厚无砂混凝土;2一胶粘剂;3一复合土工膜;生一胶粘剂;5一预制混凝土板;6一混凝土趾板;7一防浪墙;8一堆石坝体;9一砂卵石地基;l(J一基岩1.2复合土工膜铺盖和上游坡面防渗当透水地层很厚,开挖到岩基建造混凝土趾板工程量太大时,可采用复合土工膜水平铺盖与坝坡复合土工膜连接形成连续的防渗系统。砂卵石层的容许渗透比降为0.10一。.15,则需要渗径长度为10H一6.67H。其中H为坝前水深。如果坝体是用地基相同的砂卵石填筑的,则渗径长度是从铺盖前端到坝下游趾排水棱体。如果坝体是堆石,则渗径长度是从铺盖前端到铺盖末端。铺盖前端埋置在固定槽中,槽内填筑砂卵石。使前端不漂浮移动。铺盖面上填压砂卵石的厚度,需用下述方法计算确定:在水库水位降落时,复合土工膜下面的渗透水向前端和末端排出,需要相当时间才能逐渐排出,所以膜下的水压力消散很慢。而水库水位降落较快。以致膜下的水压力大于膜上的水压力,会使复合土工膜被顶托漂起,尤其是铺盖中部,上托水压力远远大于膜...
