復(fù)合土工膜防滲材料在渠道節(jié)水工程中的應(yīng)用研究

摘 要：復(fù)合土工膜是水利工程中一種新穎的防滲加固材料，具有非常良好的防滲節(jié)水加固修復(fù)效果。結(jié)合某渠道運(yùn)營現(xiàn)狀，從渠道復(fù)合土工膜防滲加固方案、防滲節(jié)水效益等方面，詳細(xì)介紹了復(fù)合土工膜在渠道節(jié)水工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：渠道；復(fù)合土工膜；防滲；節(jié)水工程

復(fù)合土工膜是一種新穎的工程防滲材料，主要以聚氯乙烯（PVC）或聚乙烯（PE）塑料薄膜作為防滲基材，并結(jié)合無紡布復(fù)合而形成土工防滲材料，具有抗拉、抗撕裂、耐磨、抗凍、延伸性強(qiáng)、耐腐蝕等應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)，在水利工程中（如：水庫、大壩、渠道、河堤等）作為一種新的防滲節(jié)水加固新材料，得到廣泛推廣應(yīng)用。從農(nóng)村灌區(qū)渠道防滲工程的應(yīng)用實(shí)踐來看，采用黏土、水泥土、漿砌石、混凝土等常規(guī)防滲材料進(jìn)行防滲加固時(shí)，時(shí)常伴隨施工難度較大、防滲效果不佳、綜合造價(jià)較高等問題，而采用新型的復(fù)合土工膜防滲材料，其具有質(zhì)輕、施工便捷、性價(jià)比較較高等特點(diǎn)，實(shí)踐應(yīng)用中可以收到簡單、可靠、高效的防滲節(jié)水加固修復(fù)效果。

1 農(nóng)村渠道滲漏的主要原因

渠道作為農(nóng)村生產(chǎn)、生活用水，以及人畜飲水的主要載體，其運(yùn)行的安全可靠性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性，就顯得尤為重要。我國早期修建的大量灌區(qū)渠道工程，由于當(dāng)時(shí)建設(shè)環(huán)境、投資資金、設(shè)計(jì)理念等因素的綜合制約，農(nóng)村渠道大多直接采用明渠進(jìn)行水資源輸送分配。據(jù)一些統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)資料表明，我國農(nóng)村渠道其實(shí)際輸配水效率較低，約90%左右的渠道其渠系水利用系數(shù)均低于50%，有的甚至只有10%左右。工程損毀、無序管理、亂挖亂引等原因，渠道在水資源輸配過程中造成大量水資源損毀浪費(fèi)，直接影響到渠道運(yùn)營的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)發(fā)展性。因此，結(jié)合工程實(shí)際情況，采取有效的防滲加固方案，增強(qiáng)渠道防滲性能和運(yùn)營經(jīng)濟(jì)效益，確保有限水資源得到合理開發(fā)利用，是農(nóng)村“惠民工程”的重要體現(xiàn)。

2 渠道工程概況

某灌區(qū)由1條總干渠和多條支干渠及配套工程共同組成，修建于20世紀(jì)80年代中期，渠道總長172.89km，其中混凝土預(yù)制板渠道總長93.15km，占渠道總長的53.88%，建成竣工投運(yùn)后，渠系水利用系數(shù)較高，達(dá)到0.65左右。經(jīng)過近30年的運(yùn)營，加上灌區(qū)線長面廣、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低、施工建設(shè)水平偏差、以及日常管理維護(hù)措施不到位，導(dǎo)致渠道防滲材料老化退化，出現(xiàn)接縫錯(cuò)位、多段坍塌、機(jī)電設(shè)備老化失修等問題，其中干渠、支渠的破壞率分別達(dá)到21.68%和33.72%，閘門損毀率高達(dá)71.39%，93%以上的機(jī)電設(shè)備性能不能正常發(fā)揮。渠道滲漏非常嚴(yán)重、水損非常大，渠系水有效利用系數(shù)η僅有0.38左右，這在很大程度上影響了渠道輸配水的高效穩(wěn)定性。渠道建筑物、防滲材料、機(jī)電設(shè)備等老損破壞較為嚴(yán)重，直接影響到渠道輸配水的可持續(xù)穩(wěn)定性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性，灌溉效率不斷下降、灌溉面積也進(jìn)一步縮小，進(jìn)而引起農(nóng)戶在灌溉期出現(xiàn)搶水、亂挖亂引、不服從調(diào)配等問題，帶來較大的社會(huì)影響。結(jié)合灌區(qū)渠道滲漏現(xiàn)狀及引起渠系水利用系數(shù)下降的主要原因，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、施工、后期運(yùn)行維護(hù)等多方面進(jìn)行綜合對(duì)比分析，決定采用復(fù)土工膜防滲材料來進(jìn)行渠道防滲節(jié)水加固修復(fù)處理。

3 渠道復(fù)合土工膜節(jié)水加固方案

復(fù)合土工膜中是由土工膜和土工布共同復(fù)合而成，其中土工膜起到防滲作用，而土工布則起到保護(hù)防滲土工膜免受建筑結(jié)構(gòu)和材料的頂裂、撕破損壞，提高復(fù)合土工膜的力學(xué)性能，同時(shí)達(dá)到防滑、導(dǎo)滲、過濾等加固修復(fù)功能。在采用復(fù)合土工膜防滲材料來進(jìn)行渠道防滲節(jié)水加固修復(fù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)渠道工程規(guī)模大小、工程總造價(jià)高低、工程區(qū)地質(zhì)條件、地下水位等諸多參數(shù)，來合理選擇滿足《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB50290-98）國標(biāo)中的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求。根據(jù)灌區(qū)灌溉面積大小、渠道滲透系數(shù)等合理計(jì)算確定渠道過流能力、過流斷面等參數(shù)后，最終選擇了0.3mm厚的HDPE復(fù)合土工膜（高密度聚乙烯膜）作為該渠道的防滲材料。為了提高渠道綜合防滲加固性能，過水?dāng)嗝娌捎矛F(xiàn)澆混凝土進(jìn)行襯砌加固，一般土渠段的加固混凝土襯砌厚度按照邊坡10cm、底板8cm進(jìn)行，特殊部位按照邊坡12cm、底板10cm進(jìn)行。采用復(fù)合土工膜為防滲材料的渠道過水?dāng)嗝娣罎B加固方案如圖1所示。

從圖1可知，該渠道渠底和1：2.5內(nèi)坡防滲加固修復(fù)方案從下到上分別采用土工布、30～40cm砂礫料、0.3mm復(fù)合土工膜和15cm混凝土，而1：2.5外坡防滲加固修復(fù)方案從下到上分別采用20cm砂礫料、0.3mm復(fù)合土工膜和10cm混凝土。渠堤及渠底進(jìn)行開挖后，認(rèn)真清除草根、樹根、瓦礫、石子、以及混凝土顆粒等尖棱雜物，以免穿破、刺破土工膜防滲層，雜物清除后進(jìn)行夯實(shí)處理，待渠道土方壓實(shí)系數(shù)達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)要求并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后，進(jìn)行復(fù)合土工膜鋪設(shè)施工。復(fù)合土工膜在鋪設(shè)、焊接、縫合等過程中，嚴(yán)禁在雨天進(jìn)行。同時(shí)在焊接過程中應(yīng)確保基底表面具有干燥性能，含水率宜控制在15%以內(nèi)，膜面應(yīng)采用干紗布擦拭干凈后方能進(jìn)行焊接。施工全過程中，不允許將火種帶入到施工現(xiàn)場(chǎng)，不允許穿釘鞋、高跟鞋、以及硬底鞋直接在復(fù)合土工膜上踩踏；施工車輛、施工機(jī)械等設(shè)備不允許碾壓土工膜及其保護(hù)層。焊接操控人員應(yīng)隨時(shí)觀察土工膜焊接質(zhì)量，應(yīng)充分結(jié)合施工區(qū)氣象、溫度、濕度等條件，合理調(diào)整焊接溫度及行走速度。由于復(fù)合土工膜的鋪設(shè)、焊接、縫合等屬于隱蔽性工程，在施工過程中須由自檢后并報(bào)監(jiān)理工程師現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收，待質(zhì)量合格后方能進(jìn)入到下一道工序中進(jìn)行施工。

4 渠道復(fù)合土工膜防滲修復(fù)后節(jié)水效益分析

為了驗(yàn)證復(fù)合土工膜在該渠道節(jié)水防滲加固修復(fù)工程中的應(yīng)用效果，在干渠和支渠上選擇兩處進(jìn)行防滲性能比對(duì)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該渠道在經(jīng)HDPE復(fù)合土工膜防滲加固修復(fù)后，其糙率系數(shù)n由修復(fù)前的0.038有效降低到0.012；干渠和支渠過流能力得到大大提高，流速由修復(fù)前的0.69m·s-1和1.25m·s-1分別提高到1.42m·s-1和1.83m·s-1，相應(yīng)干渠和支渠內(nèi)的水最大流量由修復(fù)前的3.11m3·s-1和3.36m3·s-1上升到5.68m3·s-1和6.01m3·s-1；水深也由修復(fù)前的1.3m下降到0.89m和0.78m，基本達(dá)到渠道原設(shè)計(jì)水深要求。渠道中水損失量也得到明顯減少，干渠、支渠每km流量損失率由修復(fù)前的0.81%、1.22%有效降低到0.091%、0.097%，防滲節(jié)水效果相當(dāng)明顯，在很大程度上驗(yàn)證了復(fù)合土工膜防滲新材料在渠道節(jié)水工程中的應(yīng)用。

5 結(jié)束語

渠道通過復(fù)合土工膜的防滲節(jié)水加固修復(fù)處理后，渠道渠系水利用系數(shù)由原來的0.38左右提高到0.72左右，防滲節(jié)水效果相當(dāng)明顯。同時(shí)灌區(qū)灌溉周期有在修復(fù)前的基礎(chǔ)上有效縮短了1.5d，這在很大程度上降低了灌區(qū)灌溉運(yùn)維成本，獲得了較為良好的預(yù)期社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡介：韓雪冬（1980-），女，蒙，赤峰，碩士，主要從事水利設(shè)計(jì)工作。