[分享]垂直铺塑截渗新技术及应用

“垂直铺塑”截渗技术在我国是一项刚刚兴起的新工艺、新技术。在土质地层的平原水库、湖泊、江河堤防截渗中得到了广泛应用。人们通过目测及观测设备提供数据分析，都证实其防渗效果很好。胜利油田最早在1990年从山东省水利科学研究院引进垂直铺塑技术。应用于孤河水库300m坝段，处理“土沸”、“泉涌”等渗透变形隐患，铺塑完成后，水库蓄水深达到3.5m（设计水深为4m）进行观测分析，漏渗量减少77.4%，水头削减64%；3个月后，下游坡脚附近的蘑菇状泉眼等现象全部干涸，地表积水消失。从此胜利油田先后在弧东水库、孤河水库、河口五号库、纯化水库、全部实施“垂直铺塑”技术。

一、垂直铺塑工艺技术

1、工艺特点

利用装备水力冲割和刀具破碎土体的专用机械，在坝基、坝体中顺坝轴线方向形成一条连续的宽18~30 mm厚的塑膜铺置，最后回填松散干净的粉质壤土而完成作业，这样作用塑膜极低的渗透性（渗透系数为K=1×10-11~1×10-15cm/s）形成防渗体系，阻止坝基、坝体的渗流以确保渗透稳定，防止库区周边次生碱渍化。

2、造槽机械

在工程实践中，根据土质地质条件及施工条件的不同，目前创造发明两种造槽机。两种机械的共同特点都是泥浆固槽壁、都是开槽与铺塑同步作业；不同的是切割地层的机具不同，一种叫往复式水冲锯割铺塑机，另一种是链条式循环刮刀铺塑机。

（1）往复锯刀铺塑机：靠开槽机杆臂的往复运动、利用水力冲割和刀具切割破坏土体成槽，通过联动装置卷帘铺塑，这种机械使用于粉土、粉质壤土，效率高、施工快。遇粘性土困难，铺塑深度一般在10m以下，造槽宽18~30cm，机械动力90~120KW左右。

（2）链条循环刮刀式铺塑机：靠链条循环运动带动几排刮刀切割土体成槽，专制泥浆液护壁，槽宽为30cm，通过联动装置卷帘铺塑。目前最大铺塑深度在15m以内，适用于不含较大石块及树根的任何土层，但槽口外移土方量大，人工劳动强度大、机械动力120~160KW左右。

3、“垂直铺塑”设计

（1）塑膜材质选择：总的原则：选择对水质无污染、抗老化、满足防水性、抗变形能力强及耐久性强的土工膜，一般用PVC（聚氯乙烯），其力学性能见表1

表1 塑膜力学性能

薄膜厚度(mm)
抗拉强度(kN/m)
极限延伸率（%）
撕裂强度（N）
渗透系数(m/s)

0．18
1．70
125
53
1×10-11

0．3
4．50
412
18~30
7×10-15


（2）塑膜厚度：目前国家无规范公式，设计人员可参照前苏联国家水工科学研究院推荐的计算公式。



式中σ——薄膜允许拉应力，kg/cm2；

E——薄膜特性模量，kg/cm2；

P——水压力，t/ m2；

D——支撑土体最大粒径,mm；

T——薄膜厚度mm。

据此公式计算的膜厚很薄，一般小于0.1mm，考虑到施工的人为不利因素，确保安全可靠，一般采用0.2~0.3mm，如江苏省骆马湖大堤，大小陆湖新沂河大堤使用的膜厚度为0.2mm，河北沧州市大浪淀水库（设计水深6m）使用的膜厚为0.3mm，胜利油田建设的纯化水库（设计水深8.5m）使用的膜厚为0.3mm。

（3）铺塑深度及防渗型式：目前尚未有可依据的计算公式。一般根据坝基地层构造、各土层的渗透系数，结合铺塑机械的开槽深度能力，以满足渗透稳定、防止土壤盐碱化为基准，可设计成悬挂式和封闭式两种防渗体系。南京水利科学研究院对平原水库的防涌措施研究表明，采用合理的防渗措施对提高水库的抗渗透性、减少水库渗漏量是十分必要的。

1）当坝基相对不透水层埋深较大，受铺塑机造槽深度的限制，可设计成悬挂式塑膜防渗帷幕，但必须慎重地做渗流试验稳定分析。如江苏省境内的新沂河大小陆湖大堤，经南京水科院专家做渗流试验及稳定分析后，采用的悬挂式塑膜防渗措施如图1。

2）当不透水层埋深浅时，采用封闭式防渗体系。如胜利油田正在建设的纯化水库（设计水深：地上8.5m，地下1.5m），见图2。河北省沧州大浪淀水库，设计水深为6m，因不透水层埋深浅，也采用封闭式防渗体系。

塑膜插入不透水层的深度以0.5~0.8m为宜。

（4）铺塑的位置

1）在同一垂直平面上，对坝体与坝基全部实施垂直铺塑时，如图3。

应该在坝顶中心线上游、距离坝顶中心线向上游1/3~2/5处为宜。

2）当坝基为垂直铺塑，坝体上游坡面复合土工膜两者连结成防渗体系时，垂直铺塑距坝内脚

必须有一定的安全距离L。图2所示纯化水库的L=6m。槽子的内侧按坝体坝基的临面考虑，以保证坝体连同坝基的抗滑稳定。如图4

二、“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、槽孔回填料质量控制三个环节。

1、在成槽质量控制方面，主要做好

1）孔槽纵向平面轴线偏差不超过10cm，槽孔宽度控制在20~40cm。

2）槽也实际挖深