高水頭下的水庫安全保障:HDPE土工膜不同厚度的精妙布局
土工膜是一種聚合物,在水利水電工程防滲結構中常用的主要為熱塑性塑料類土工膜,如聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、氯磺化聚乙烯(CSPE)及聚氯乙烯(PVC)等。自20世紀60年代國外開始使用土工膜進行填筑壩防滲以來,土工膜已被廣泛應用于水利水電工程防滲,其中較多使用的是HDPE與PVC材料土工膜。目前,國內堤壩上使用土工膜防滲已有20余年歷史,主要采用的土工膜材料也為HDPE與PVC。
經分析對比,相比PVC土工膜,HDPE土工膜具有優異的低溫柔性、可焊接性、耐化學腐蝕能力、較好的耐磨性,以及較少的焊縫和較低的造價等優勢,故土工膜材料選擇HDPE。
土工膜的厚度直接影響工程質量的可靠性,為減少水庫滲漏,避免施工破損、水壓擊穿、地基變形等外力撕裂土工膜,應保證土工膜有一定厚度。土工膜理論厚度是根據作用水頭、下支持層最大粒徑、膜的應力和變形幾何特征,并按照NB/T3502—2014《水電工程土工膜防滲技術規范》附錄A的計算方法計算得出的。
綜合計算數值與統計數據,理論公式計算數值的土工膜厚度均小于1.00mm,考慮該工程位于高海拔地區,需要兼顧老化影響,同時結合已應用的工程案例,土工膜承受水頭在40.00m以上時,選擇的土工膜厚度為1.50mm,該工程土工膜承受的最大水頭值超過了60.00m,為了保證水庫安全蓄水并減少后期運行時的滲漏量,根據理論計算結果及類似工程經驗,水庫2807.00m高程以下承受高水頭區域采用厚度為2.00mm的土工膜,2807.00m高程以上區域則采用厚度為1.50mm的土工膜。