汾河灌區(qū)渠道防滲工程應(yīng)用復(fù)合土工膜效果分析

劉宏武

（山西省汾河灌溉管理局 山西祁縣 030900）

1 工程基本情況

汾河灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積9.97萬hm2，有效灌溉面積8.79萬hm2，屬大Ⅱ型灌區(qū)，是山西省最大的自流灌區(qū)，現(xiàn)有干、支、斗、農(nóng)四級固定渠道（局部地區(qū)為五級固定渠道）3006條，總長3607.5km，渠系建筑物10535座，平均年供水量17887萬m3，其中農(nóng)業(yè)灌溉用水量14094萬m3，公益和工業(yè)用水量3793萬 m3。

汾河灌區(qū)渠道工程和建筑物大部分興建于上世紀(jì)五六十年代，雖然經(jīng)過歷年增改建，但是普遍存在工程老化、年久失修等問題，渠道工程均為土質(zhì)渠道，沖刷滲漏嚴(yán)重，渠系水利用系數(shù)僅為0.549，灌溉水利用系數(shù)僅為0.358，不僅造成水資源的極大浪費(fèi)，一些高填方危險(xiǎn)渠道還存在安全隱患，直接影響了灌區(qū)效益的正常發(fā)揮。

自1999年汾河灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造工程實(shí)施以來，截至2012年底共完成渠道防滲工程118.64km，干支渠建筑物改造271處（見表1）。渠道防滲工程剛開始主要采用預(yù)制混凝土板、漿砌石等防滲材料，但存在填方渠道的防滲效果不理想、挖方渠道的凍脹破壞難以解決等問題。從2005年項(xiàng)目開始，渠道防滲工程中普遍采用混凝土、漿砌石加復(fù)合土工膜的防滲形式，鋪設(shè)復(fù)合土工膜的防滲渠道總長70.7km，占全部防滲渠道的58.3%，取得了很好的防滲和抗凍脹效果。

表1 歷年渠道防滲工程統(tǒng)計(jì)表（單位：km）

續(xù)表1

2 不同襯砌材料加復(fù)合土工膜防滲形式的比較分析

2.1 漿砌石斜坡式梯形斷面加復(fù)合土工膜的防滲形式

該防滲形式的優(yōu)點(diǎn)是施工簡易，斷面尺寸較小，僅是重力式矩形斷面工程量的65%左右，減少了回填土方，能夠節(jié)省大量資金，主要應(yīng)用在渠堤梯形斷面形狀穩(wěn)定的渠段；缺點(diǎn)是土質(zhì)邊坡的壓實(shí)度不易保證，漿砌石護(hù)坡厚度只有40 cm，抗凍脹能力不高，工程竣工運(yùn)行后，部分渠段由于農(nóng)田冬灌和退水渠內(nèi)積水影響，左右兩側(cè)護(hù)坡均在水位線附近出現(xiàn)凍脹裂縫，增加了工程維修成本（見圖1）。

圖1 漿砌石斜坡式梯形斷面加復(fù)合土工膜形式

為解決該防滲形式的凍脹裂縫問題，在后續(xù)的工程施工中保持?jǐn)嗝婀こ塘炕静蛔?，變更了斷面設(shè)計(jì)，將平行四邊形護(hù)坡變?yōu)樯喜?00 mm、下部500 mm的梯形形狀，加大基礎(chǔ)寬度，增強(qiáng)了護(hù)坡底部的抗凍脹能力，工程竣工運(yùn)行后只在背陰護(hù)坡上出現(xiàn)局部的凍脹裂縫，取得了一定的抗凍脹效果（見圖2）。

2.2 混凝土斜坡式梯形斷面加復(fù)合土工膜的防滲形式

該防滲形式的優(yōu)點(diǎn)是斷面尺寸小，防滲效果好，降低了渠道糙率，提高了渠道的輸水能力，渠底為鋼筋混凝土底板，不生雜草，減少淤積，便于管理和養(yǎng)護(hù)，適用于防滲要求較高的填方渠道；缺點(diǎn)是斜坡上混凝土施工難度較大，混凝土表面裂紋不易控制，抗凍脹能力低，易遭受凍脹破壞，經(jīng)常冬灌的渠道不宜采用，在地下水位較高的挖方渠段要考慮設(shè)置反濾排水措施，增加了工程投資（見圖3）。

圖2 漿砌石斜坡式優(yōu)化梯形斷面加復(fù)合土工膜形式

圖3 混凝土斜坡式梯形斷面加復(fù)合土工膜形式

2.3 漿砌石重力式矩形斷面、混凝土底板加復(fù)合土工膜防滲形式

該防滲形式的優(yōu)點(diǎn)是渠堤有很好的整體穩(wěn)定性，抗凍、抗沖性能好，并具有少占地方、節(jié)約土地資源的優(yōu)勢，尤其適用于城區(qū)段和臨近村莊的渠道防滲，防滲效果明顯，抗凍脹性能得到提高，工程竣工運(yùn)行至今沒有出現(xiàn)任何問題，運(yùn)行情況良好，混凝土底板平整美觀，消除了漿砌石底板容易局部淤積并滋生雜草的缺陷，把漿砌石、混凝土和復(fù)合土工膜很好地結(jié)合起來，是一種標(biāo)準(zhǔn)較高、成功有效的防滲形式。缺點(diǎn)是漿砌石矩形斷面尺寸大，工程投資較大（見圖4）。

3 復(fù)合土工膜在防滲工程中的質(zhì)量控制及實(shí)踐應(yīng)用

3.1 復(fù)合土工膜的規(guī)格和尺寸的定制

工程采用PE兩布一膜復(fù)合土工膜，規(guī)格為SN2/PE-7.5-300-0.2。性能指標(biāo)經(jīng)檢測均滿足GB-T17638-1998《土工合成材料短纖針刺非織造土工布》的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和設(shè)計(jì)要求。

汾河灌區(qū)的干、支渠道底寬一般為4～10 m，渠堤高一般為1.5～2m，根據(jù)歷年先砌邊坡后砌底板的施工經(jīng)驗(yàn)，考慮到施工方便、進(jìn)料方便、保護(hù)土工膜等各種因素，復(fù)合土工膜的尺寸定制一般為寬4～10 m，長30～50 m，即縱斷面土工膜分為3塊（雙側(cè)邊坡和底板各一塊），沿渠道縱向設(shè)置2條連接縫，橫斷面上根據(jù)土工膜的長度每隔30～50 m設(shè)置橫向連接縫。

3.2 復(fù)合土工膜的拼接

復(fù)合土工膜的拼接有兩種：膠粘法和熱熔焊接法。膠粘法由于接縫強(qiáng)度不高，受施工環(huán)境、粘合劑質(zhì)量及人為因素影響較大，現(xiàn)已基本不用，主要用于土工膜局部的修補(bǔ)?，F(xiàn)在主要應(yīng)用雙軌熱熔焊接法焊接土工膜，上下層土工布采用手提式封包機(jī)縫接。熱融焊接機(jī)溫度設(shè)定建議為160～300℃（依防滲膜厚度做調(diào)整），可先做焊接測試以得到理想的焊接速度和均一的焊接質(zhì)量。復(fù)合土工膜焊接流程：鋪膜→縫底層布→清潔膜面→焊膜→檢測焊縫→縫上層布。

3.3 復(fù)合土工膜墊層和保護(hù)層的選擇

汾河灌區(qū)的干、支渠道均為土質(zhì)渠道，一般以原狀夯實(shí)土做為墊層，土工膜鋪設(shè)前要對膜下土質(zhì)基面進(jìn)行夯實(shí)整平處理，清除尖凸硬物，保證土工膜與平整基面吻合。對地下水位較高的挖方渠段，邊坡基礎(chǔ)和底板的土工膜下要鋪設(shè)10 cm厚的粗砂墊層，以排除透過防滲膜的水和地基內(nèi)部的滲流水，避免膜下水壓力頂托防滲膜并產(chǎn)生凍脹破壞。

復(fù)合土工膜上部保護(hù)層：基礎(chǔ)和邊坡采用4cm厚水泥砂漿；渠底鋪設(shè)10 cm厚的粗砂墊層；重力式漿砌石直墻采用2cm水泥砂漿抹面。避免石塊和混凝土接觸土工膜導(dǎo)致應(yīng)力集中，造成土工膜的損傷。

4 渠道防滲工程應(yīng)用復(fù)合土工膜的效果分析

汾河灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造工程實(shí)施以來，渠道防滲工程主要采用預(yù)制混凝土板、漿砌石等防滲材料，并進(jìn)行過固化土、薄膜等防滲材料的試驗(yàn)，效果均不理想。表2給出了土質(zhì)渠道以及不同防滲材料在不同水深下的防滲效果[1]，可以看出復(fù)合土工膜的防滲效果最好，分別比不防滲的土渠、漿砌石防滲、預(yù)制混凝土板防滲、現(xiàn)澆混凝土防滲減少94.4%～95.7%、87%～93.1%、85%～87%、78.6%～80%的滲漏損失。

表2 防滲材料在不同水深下防滲效果統(tǒng)計(jì)表

PE兩布一膜復(fù)合土工膜每平方米單價7元左右，應(yīng)用于渠道防滲每延長米僅增加投資126元左右，卻可以減少80%以上的滲漏量，同時，膜料防滲層延伸性能好，具有保溫效果，可以減輕凍脹破壞，與漿砌石、混凝土等不同襯砌保護(hù)材料復(fù)合使用后，復(fù)合土工膜的使用壽命可以達(dá)到30年以上，極大延長了工程使用壽命。使用復(fù)合土工膜后，可以相應(yīng)減少襯砌保護(hù)材料的厚度，減少工程投資。

汾河灌區(qū)渠道防滲工程采用復(fù)合土工膜以后，鋪設(shè)復(fù)合土工膜的防滲渠道總長70.7km，占全部防滲渠道的58.3%，取得了很好的防滲和抗凍脹效果，明顯延長了渠道防滲工程的壽命，減少了滲漏損失，降低了農(nóng)田漬害，渠系水利用系數(shù)由0.549提高到0.61，灌溉水利用系數(shù)由0.358提高到0.4，每年可節(jié)約用水854萬m3，改善灌溉面積3萬hm2，恢復(fù)灌溉面積0.23萬hm2，年新增糧食生產(chǎn)能力2369kg，顯示出較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

5 結(jié)語

隨著復(fù)合土工膜防滲技術(shù)在渠道防滲工程中的廣泛使用，汾河灌區(qū)渠道防滲工程主要采用漿砌石、混凝土加復(fù)合土工膜的復(fù)合防滲形式，并根據(jù)渠道不同渠段的具體地理位置和地質(zhì)條件采用不同的斷面形式，多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，不同襯砌材料加復(fù)合土工膜的復(fù)合防滲形式是汾河灌區(qū)比較成功有效的渠道防滲形式。

（注:部分?jǐn)?shù)據(jù)源自汾河灌區(qū)節(jié)水改造項(xiàng)目部，在此表示感謝。）

［1］何章森，馬利嘉.渠道防滲維護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢［J］.水利天地，2011（8）：39-40.