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淤地坝坝面过水试验研究 崔亦昊 谢定松 杨凯虹 中国水利水电科学研究院，北京，100044 摘要：在大量调查研究的基础上，提出了应用土工膜衬护、直接在淤地坝坝面开设溢洪道的坝面过水技术方案，并以宋家沟试验淤地坝为依托工程，进行了现场大型试验。试验研究了平底式与阶梯式两种过水方案。试验结果表明：同样条件下，平底式末端最高流速达10.7m/s，而阶梯式则为3.1m/s，说明阶梯式具有明显的能作用；在上述流速下，两种方案的结构整体稳定，说明土工膜的铺设结构形式与固定方法是合适的；从耐磨抗冲刷性能看，1mm厚的HDPE土工膜具有较高的抗泥沙的耐磨性，而0.6mm厚土工膜抗碎石的耐磨性较差，表明土工膜的厚度太薄；从施工难度、土工膜用量和成等来比较，平底方案具有较大的优越性。，，，USBR (Bureau of Reclamation)利用Cottonwood Dam 5＃坝完成了一项柔性衬砌（土工膜）非常溢洪道试验，比较成功。受该试验研究成果启发，拟在淤地坝工程中借鉴该成果，研究在淤地坝坝面开设溢洪道、利用土工膜进行衬护的坝面过水技术。为此，利用中国水利水电科学研究院投资兴建的宋家沟淤地坝试验示范工程现场条件，开展了本项试验。 2 试验方案与准备 2.1试验基本条件 现场试验利用宋家沟淤地坝库内土坡修建土工膜衬护的试验溢洪道。试验溢洪道断面为梯形，底宽0.5m，深0.5m，边坡坡比为1∶1.5；首末端垂直高差13.9m，49.2m长，底坡为1∶3.4。基土的性质见表1。 表1 土料指标 比重 黏粒含量（%） 粉粒含量（%） 砂粒含量（%） 液限（%） 2.71~2.73 20~22 30~60 19~50 26.0~27.8 塑限(%) 塑性指数（%） 崩解速度/min 渗透系数/cm/s 土的分类[1] 14.0~15.0 11.5~12.8 21 10-5 CLY，低液限黏土（黄土） 试验水源为根据现场地形条件修建的一个尽可能大的蓄水池，长和宽均为10m左右，深1.7m。蓄水池与试验溢洪道连接侧设闸门以控制泄水。蓄水池由两台水泵（50m3/hr、50m扬程）持续供水。由于供水能力有限，试验前先向蓄水池充满水，试验中两台水泵继续供水，水池内水面降至闸门底部时，关闭闸门，暂停试验；待水池内充水至预定水深时，再次开启闸门，继续试验。 试验方案共两种，方案1为纵向平底式，试验方案2采用为阶梯式底部，以下分别简称为平底方案和阶梯方案。衬护土工膜也为两种，平底方案采用1.0mm的HDPE聚乙烯土工膜，阶梯方案采用0.6mm的HDPE聚乙烯土工膜，其物理指标见表2。 表2 HDPE土工膜性能指标表 指标 方向 1.0mm土工膜 0.6mm土工膜 拉伸强度（MPa） 纵向 22.0 20.8 横向 19.0 21.2 伸长度（％） 纵向 792 786.5 横向 805 800.2 直角撕裂强度（KN/m） 纵向 116 101.2 横向 122 100.7 2.2衬护土工膜铺设方式 平底方案土工膜顺水流方向不设接缝；为防止土工膜下渗透压力引起上浮，横向接缝不焊接，采用搭接方式以便排水减压。考虑到溢洪道中水流速度沿程逐渐增大，故设计了3种搭接长度，闸门出口与溢洪道斜坡段起点处第1块土工膜搭接长度为50cm（接头1），第1、2块土工膜之间搭接长度为100cm（接头2），第2、3块土工膜之间搭接长度为170cm（接头3）。搭接处细部构造参见图1。溢洪道岸边处土工膜原拟采用沟埋式固定，鉴于现场条件，改为用装满土的编织袋压重固定。平底方案共使用幅宽为4.2m的土工膜60m长。 图1 平底方案土工膜接头细部纵剖面图 图2 阶梯平底方案土工膜铺设细部纵剖面图 与平底方案类似，阶梯方案土工膜沿水流方向也不设接缝，两侧边同样用装满土的编织袋压重固定。试验溢洪道共有71个阶梯，阶梯尺寸为L60cm×H20cm，上下两阶土工膜水平重叠长度90cm。参见图2。阶梯方案使用了幅宽为3.8m的土工膜250m。由于施工中不慎，试验前有2个台阶土工膜各有1处被划破，口子大约3cm左右。 由于阶梯方案试验溢洪道是在平底方案试验溢洪道基础上修建的，为减少开挖工作量，直接开挖呈阶梯状，因而实际断面尺寸与初始方案有所不同。实际断面尺寸为：底宽120cm，深30cm，两岸边坡大部分试验段为1∶1.5，局部稍陡于该边坡。 2.3试验方法 开启水闸，测试下泄水流的流速、水深，观察流态、水的浑浊变化、防护材料是否有破损，搭接部位是否破坏、结构形式是否稳定等各种现象。试验过程中主要测试项目包括：试验起始与终了时间、水槽内不同部位水深、2个断面流速（下游测点断面距试验溢洪道末端水平距离为11.5m，末端测点断面距试验溢洪道末端水平距离为1.9m）、观