铺塑技术在堤防防渗中的应用

　　一、工程概况

　　沭河现行河道两岸堤防是20世纪50年代修筑成的，后来虽然在60、70年代进行过维修加固，但堤身系冬季施工，冻土上堤，碾压不实，标准低，质量差，基础条件复杂，因此堤身空隙大，渗水严重。该段堤防堤身为粉质黏土，防渗性能较好，堤基为1～8m厚的中粗砂层，渗透系数为2.4×10^-3cm/s，渗透性强。且堤身外脚多处有坑塘，大大缩短了堤基的渗径。1995年8月发生的洪水水位高于河道滩地，在施工区域的2+460～2+940段出现了不同程度的管涌、渗水险情，对防洪安全构成严重威胁。

　　二、工程设计

　　为了确保安全度汛，防止堤外良田沼泽化，沭河左岸月庄段截渗工程采用垂直铺塑截渗治理方案。该工程级别为三级，设计标准采用50年一遇，相应设计水位56.99～57.99m。

　　本段堤防铺塑截渗设计长度4050m，相应堤防桩号为1+200～5+250，铺塑深度为8～10m。

　　该工程设计在堤顶靠近迎水坡位置采用链斗式开槽设备，沿堤走向开挖出宽25cm、深10m的深槽，然后在开出的深槽内靠近迎水面一侧滚铺0.3mm厚的PE塑膜。垂直铺塑搭接采用自然搭接，搭接长度不小于2m，最后深槽内回填壤土或粉质黏土，使堤防形成截渗帷幕，达到防渗目的。

　　三、铺塑施工

　　1．铺塑材料及性能

　　垂直铺塑的塑料薄膜常用的有两种，即聚氯乙烯和聚乙烯。由于聚乙烯薄膜抗拉强度比聚氯乙烯高，耐老化、使用寿命比聚氯乙烯长，故近年来多采用聚乙烯薄膜。美国、前苏朕的试验表明，埋人地下的聚乙烯塑料薄膜使用年限为60～180年。聚乙烯薄膜具有良好的隔水、粘接和适应变形的性能，渗透系数为5×l0^-11cm/s，是理想的水工防渗材料。

　　2．施工方法

　　(1)开槽
　　本次铺塑截渗工程选择的开槽机为链条循环刮刀式铺塑机，链斗式开槽机具有振动小、产生的沉淀物少、施工时不易塌壁、成槽效果好等优点。

　　沿着施工放线的位置进行开槽作业，采用泥浆泵造浆进行泥浆护壁。在开槽作业时随时检测槽深是否达到设计要求的深度。

　　在开槽成槽施工中，泥浆护壁很重要。泥浆能在成槽的壁上形成一层泥皮，减少渗漏和土体颗粒析出，延长槽壁成槽时间。一般泥浆比重保持在1.1～1.3g/cm³之间。

　　(2)塑膜铺设
　　卷膜：卷膜时，先在空地上铺设防雨布，然后在防雨布上展开按照设计要求购置的塑膜，由专人负责检查塑膜有无破损，如有立即进行处理，然后将塑膜卷在特制的带有轴的钢杆上。卷膜时力求卷得紧，少打折，方便下膜人员铺设塑膜。

　　塑膜铺设：将卷好的塑膜捆直立吊放在成槽中，然后一边牵引塑膜捆钢杆两头的钢丝绳，一边上下活动塑膜捆同时转动塑膜捆将塑膜展开铺设在靠近迎水坡一侧的槽壁上。为防止塑膜滑落槽中，铺设塑膜时，在沟槽顶部预留lm左右的塑膜铺设在地面上，然后用黏土压住。

　　塑膜搭接：塑膜搭接采用自然搭接，就是把前一卷膜紧靠迎水坡一侧的槽壁铺设完后，将下一卷塑膜紧靠前一卷塑膜铺设，两卷塑膜重合搭接部分不小于2m，然后转动第二卷塑膜进行铺设。

　　(3)沟槽回填
　　当一段沟槽铺塑完毕并距离开槽机一定距离后，为防止槽壁塌方将塑膜滑入槽内，应及时回填干的壤土或粉质黏土。为了使槽底与塑膜接触部位接合紧密，沟槽实行二期回填，槽底lm左右深度回填壤土或粉质黏土，上部回填开挖出的土方。所有回填土都不得含有棱角的土块和石块及其他杂物，以免损伤塑膜。为了使沟槽回填土均匀密实，沟槽回填土距离沟槽顶部留出30cm左右的浅槽，并在浅槽内灌水，使得回填土在水的作用下崩解并固结。

　　(4)余膜处理
　　沟槽顶部预留的塑膜在靠近迎水坡一侧开挖深度为30cm、宽度为lm左右的槽，然后将预留塑膜埋设进去并回填土即可。

　　(5)施工中遇到的问题及处理
　　在4+500～4+930长度为430m的堤段内，堤顶表层以下几乎都是粗细砂层，松散且无黏合力，在机械开槽时，在机械振动力的作用下，成槽出现大面积的塌方，不但塑膜无法铺设，而且还危及开槽机的安全。针对这种情况，我们采取了换土措施。将表层2m内的粗细砂换成黏土，并分层碾压密实以提高土体的承载力，另外把泥浆的比重提高到1.4g/cm³。经换土处理，施工正常进行。

　　另外，在此次工程施工中，地层砂层很厚，且变化较大，因此开槽时砂的沉积现象比较严重，一般在30cm左右。为使铺塑底高程达到设计要求，我们采用超挖的办法，超挖深度在30～40cm之间，预留泥沙沉积量，使淤积后的槽深也能满足设计要求。

　　四、垂直铺塑的施工质量控制

　　垂直铺塑的施工质量控制主要是成槽质量控制、铺塑质量控制和槽孔回填料质量控制三个环节。

　　1．成槽质量控制

　　①孔槽纵向平面轴线偏差不超过l0cm，槽孔宽度控制在20～30cm。

　　②实际开挖槽深应超出设计深度l0cm左右，一是靠测绳探测，另一方法是通过测量开槽机杆臂的倾角来计算槽深。但对于特殊情况要根据实际情况控制槽深。

　　③槽孔的固壁。为了防止槽壁塌方，应控制槽内泥浆比重，一般为1.1～1.5g/cm³，比重过大，无法铺塑。

　　2．塑膜铺设控制

　　①塑膜质量的控制。主要检查塑膜的厚度、宽度和抗冲破强度是否达到设计要求。

　　②塑膜插入深度控制。每隔50m探测一次。

　　③塑膜搭接控制。塑膜的长度或幅宽不够时，其搭接一般采用热焊接，焊接宽lOcm。

　　④塑膜上端超出槽口平面，至少40～60cm，以便固定或与复合膜搭接。

　　3．槽孔回填料控制

　　①回填的土料选用干净的粉质类土质。

　　②回填要及时，当塑膜铺设后及时回填lm左右，以固定塑膜下端，防止塑膜上浮。

　　③应逐步用干净的粉质类土自然落槽，不得振捣。

　　五、防渗效果分析

　　按2000年淮委确定的设防标准(设防水位为56.99～57.99m)均质土堤稳定渗流，采用土石坝二向渗流有限单元法进行堤坡堤基渗流稳定计算。计算结果：采用铺塑防渗与无防渗措施比较，出逸点高度由0.87m降至零米，堤坡水力坡降由0.456降至0，堤基水力坡降由0.337降至0.018，效果非常明显。

　　施工后一个月，我们在铺塑截渗段做了注水试验(共12组)，计算出其平均渗透系数为2.36×l0-7cm/s，和施工前比较，堤防的渗透系数大大降低，铺塑防渗效果十分明显。　■

(作者单位：淮委沂沭泗水利管理局)
责任编辑 韦凤年