土工膜防渗斜墙在水利工程碾压土石坝防渗中的应用分析

摘要：碾压土石坝因其技术简单、取材方便等特点，常作为矿山开采水利工程设施的流行坝型，为避免因有色金属渗漏而导致水源污染和生态破坏的潜在风险，采取有效的防渗措施对水坝的设计与施工至关重要。旨在探讨土工膜防渗斜墙解决方案，通过多层次结构的组合，形成可靠的防渗屏障，通过与土体的紧密结合，成功构建有效的防渗系统，以期为类似矿山建设水利工程设施的设计与施工提供有益的经验借鉴。

关键词：土工膜；防渗斜墙；碾压土石坝；渗漏分析；质量控制

1土工膜防渗斜墙的应用

第一，细粒土过渡层设置在坝体坡面上，旨在隔离坝体坡面，使其成为稳定界面，保护上层土工膜结构不受坝体石料划伤、刺穿导致损坏。

第二，长丝无纺土工布，作为土工膜的最下层，铺设在过渡层上，将坡面荷载分散到不同部位，降低应力集中，以减少过渡层不均匀沉降，并与其结合在一起进行加固，以提高过渡层结构的整体性和稳定性。土工布位于细粒土层和土工膜中间，可形成排水通道，收集间隙水沿坡面排出，避免膜下积水造成土工膜的局部拱起和变形。土工膜下铺设土工布还用以增强土工膜的机械强度，提高其抗拉伸能力，有效减缓土工膜表面的损耗，提高其在复杂地质条件下的稳定性。

第三，土工膜的核心层，采用了双糙面HDPE土工膜，具有卓越的抗渗性能，其被嵌入水坝坝坡结构的多层填筑材料之中形成高效的防渗屏障，有效隔离水体与坝体，形成一道坚固的防水墙。这一层结构不仅有效地防止水分的渗透，还通过高度柔韧性适应坝体的变形，确保整体的结构稳定性。该层所具有的双糙面特性，极大地增加了其与上层钠基膨润土毯和下层长丝无纺土工布的摩擦力，确保了土工膜的整体性。

第四，钠基膨润土毯，作为土工膜的最上层，铺设在土工膜上方，在水压状态下形成高密度横膈膜，其黏性高、滤失量低、不易老化和腐蚀，有助于减缓水分渗透速度，保障土工膜的长期防渗效果。其位于砂砾料反滤层下方，起到隔离保护作用，避免因砂砾料在水流作用下的运动而造成土工膜表面的损耗。

第五，砂砾料反滤层，作为集中应力的扩散层，其优异的透水性可使水流通过并减小流速，有效减缓水流对土工膜的冲刷作用，同时保留水流中的泥沙，避免水流中运动的泥沙对土工膜的冲击和损耗。

第六，防渗斜墙最外层的干砌块石护坡，主要用于抵御水流的冲刷，减少水流对坝体的侵蚀，有效扩散、传递或分解集中应力，防止整个水坝受外力破坏。其位于砂砾石反滤层上方，还可避免砂砾料在水流作用下运动造成的损耗。

土工膜在上述层次中扮演着关键角色，不仅确保了整个斜墙结构具备优异的防渗性能，还协同细粒土、砂砾料、干砌块石共同形成了一个具备稳定性和可持续性的水坝体系。

2土工膜防渗斜墙的质量控制

2.1坝基与岸坡处理

坝基与岸坡处理，作为大坝施工的第一步，发挥着至关重要的作用，若处理不善，或将造成大坝因不均匀沉降、横向位移和整体失稳，土工膜防渗斜墙因不均匀形变导致撕裂、漏水，而影响整个坝体安全。坝基与岸坡处理须严格按照设计要求，并结合工勘报告，将坝基清理至强风化花岗岩、玄武岩或辉长岩上，清理完的坝基不得出现陡坡，岸坡不得呈阶梯形。若遇涌水、暗河、淤泥等不良地质情况，须采取降水、导流、换填等措施处理达到设计标准后，进行验收。

2.2坝体填筑

坝体作为整个水坝的承重结构，填筑质量是保障坝体抗倾覆、抗滑移的关键因素，对土工膜防渗斜墙的整体稳定性起着决定性作用，其质量控制主要包括填料特性、碾压标准、过程检测等技术措施。对于矿山建设，坝体填筑材料常来源于矿坑基建剥离开采出的新鲜或微风化非产酸废石。在坝体填筑过程中，须和基建剥离爆破作业协同作业；每次爆破的石料须进行特性检测，不合格填料严禁上坝；坝体填筑要求填料粒径均匀。在坝体施工前，须根据坝体填筑要求进行场外试填，以掌握碾压设备配置与填料的匹配度和准确的碾压参数。在填筑过程中，须从填料装运、摊铺碾压等方面进行质量控制。填料装车前须进行洒水，在运输、卸料过程中注意填料级配的均匀分布，以确保填筑后的坝体具有均匀的物理性质。采用进占法摊铺可避免整平过程中扰乱填料级配特性，摊铺时须严格控制填筑厚度，碾压时须根据试填阶段的碾压设备配置和碾压参数，严格控制碾压遍数，避免漏压、少压。过程检测主要包括填料级配特性、含水率控制、碾压孔隙率检测和沉降、位移观测等。

2.3细粒土过渡层

细粒土过渡层作为土工膜的下承层，其粒度、压实度、平整度等质量因素严重制约土工膜的抗拉伸、抗刺穿性能。受其沿坡面施工、压实要求高、厚度小等特点难点限制，施工质量控制尤为重要，在施工前，第一，要对材料进行检测，须对超粒径的石子、尖锐杂物等进行过筛处理，以免损坏土工膜；第二，要进行细粒土补水均匀拌合，注意含水率控制；第三，要在坝体坡面沿垂直坝轴线方向进行条格划分，拉线控制厚度和平整度，并对坡面洒水湿润；第四，要采用人工摊铺，自上而下分条格进行，摊铺完成后须对表面进行少量补水，利用履带设备沿坡面进行碾压直至压实度达到设计标准，在碾压过程中须进行含水率观测和环刀法检测压实密度。

2.4长丝无纺土工布铺设

长丝无纺土工布在土工膜中起着膜下排水、耐磨、增加机械强度等功能作用，其原材料特性和缝接质量是关键性控制点。长丝无纺土工布的材料特性和物理性能符合设计要求，是保证土工膜质量的首要条件。在施工过程中，土工布铺设应避免张拉力、折叠或褶皱，有破损、扯裂、穿洞、腐蚀的土工布不得使用。

2.5双糙面HDPE土工膜

土工膜作为核心防渗层，其材料性能和焊接质量是决定防渗工程成败的关键环节。此外，双糙面HDPE土工膜要求禁止使用再生产品，耐低温性能良好，抗氧化与紫外线能力强。土工膜的焊接形式采用双焊缝搭焊，焊接达到强度和防渗漏要求，焊接处须进行检测，丁字缝须采用圆形补丁进行焊接密封，施工过程损坏部分须进行修补。土工膜铺设时，将若干个土工膜铺成一个整体，为了避免土工膜之间出现较大的拼接缝，须保证土工膜铺设的方向处于一致的状态，或呈现错缝搭接的状态，这样可以有效保证土工膜的施工质量。

2.6截渗齿槽

截渗齿槽的施工是防渗工程中的关键步骤，而齿槽的设计和准确定位是确保施工成功的基础。整个过程需要细致地考虑水坝的地理特征、土体性质以及防渗要求。一方面，施工团队须根据设计图纸和防渗工程的要求，仔细分析水坝的地理特征，确定齿槽的设计参数，包括齿槽的深度、宽度以及间距。这些参数的设定需要充分考虑水坝的坡度、土体的渗透性质以及工程的防渗目标，以确保截渗齿槽能够达到预期的效果。之后对齿槽的具体定位进行规划，这一步骤要根据防渗要求，以及水坝的迎水面坡度等因素，将齿槽的起点和终点明确定位，以兼顾防渗效果和整体工程的可行性。通常，齿槽的位置需要考虑水流的方向，确保在水流过程中能够最大程度地截取渗透的水分。在齿槽的定位过程中，施工团队还须考虑周围环境，确保齿槽的设置不会对水坝的整体稳定性产生负面影响。另一方面，截渗齿槽的挖掘和填充须经过精准操作确保齿槽的形状准确、尺寸符合设计要求，以及控制填充材料的均匀性和紧密度。齿槽的挖掘深度和宽度应根据设计要求和地质情况进行合理确定，确保挖掘过程中齿槽底部和侧壁的平整度和垂直度，以保证后续土工膜与齿槽的贴合效果，还要特别注意土体的稳定性，避免发生塌方或滑坡。一旦齿槽的挖掘完成，须尽快完成土工膜的锚固和齿槽的回填，填充材料的选择可采用细粒土等适应形变、不渗透的材料，填充时应逐层均匀倒入齿槽中，人工摊铺压实，保证土工膜不被损伤和保持完整性。截渗齿槽的开挖、铺膜、回填过程须保持高度谨慎，以确保齿槽的几何形状、土工膜的贴合程度和填充材料的压实质量符合设计要求，保证土工膜防渗斜墙的整体性、系统性。

3结语

碾压土石坝工程中土工膜防渗斜墙的应用展现出了卓越的防渗性能和工程适用性，通过多层次的结构组合，成功构建了一道坚实的防渗屏障，有效保障了水坝的稳定运行。这一创新性的防渗设计不仅为水资源管理提供了可靠的技术支持，同时也为类似工程的设计与实施提供了有益的经验借鉴。在未来的水利工程中，土工膜防渗斜墙作为一种可靠、经济的防渗方案，将继续发挥重要作用。