土工膜在渠道及蓄水池防滲中的應用

王 貴

( 紅衛農場水務局，黑龍江 建三江156322)

1 概 述

按人均標準考慮，我國是一個水資源嚴重匱乏的國家，是全球13個貧水國家之一。按聯合國統計劃分標準，我國有16個省、區屬缺水區，有6個省、區為水危機地區。因此，除了開源之外，節水是緩解我國水資源短缺的根本出路之一。目前，我國農業用水占總用水量的70% ～80%，全國平均灌溉水利用系數只有0. 3 ～0. 4，渠系水利用系數平均為0. 4 左右。顯然，如果采用土工膜渠道防滲措施，把渠系水利用系數提高到0. 7 ～0. 8，全國即可增加利用水量1 000 億m3以上，節水潛力很大。由于渠道土工膜具有造價低、滲漏少、施工方便等優點，徹底改變了傳統的漿砌石和混凝土防滲，襯砌防滲效果較差、工程量大、造價高、不可能短期實現的困難局面，所以，在灌溉渠道和蓄水池建設中廣泛推廣使用土工膜防滲，對于落實國家節水政策，緩解當前水資源緊缺狀況，具有重大的戰略意義。

2 土工膜防滲渠道的斷面型式

土工膜防滲渠道基槽和鋪膜斷面常有梯形、階梯形、鋸齒形和矩形等4 種，常用的斷面以梯形居多，其優點是斷面小，省工省料，操作方便，缺點是邊坡穩定性較低。階梯型和鋸齒形斷面的邊坡系數m1=m2，優點是抗滑穩定性好; 缺點是土方量大，用工多，薄膜材料消耗多。矩形斷面的優點是防止蘆葦穿透效果好，穩定性好;缺點是土方量大，用料多，這種型式較適用于蘆葦穿透問題和較小的渠道。

土工膜防滲渠道應采用埋藏式鋪膜，其結構可分為有過渡層和無過渡層兩種。在巖石、礫石渠道上鋪膜時應設過渡層，見圖1。在土渠上鋪膜時一般不設過渡層，見圖2，但當堤內地下水位高而且有內水壓力作用時，應設置排水層，降低地下水位，以免頂起薄膜，破壞渠坡。

渠道斷面尺寸應通過水力計算確定。設計中考慮的因素有:設計流量、渠道縱坡、渠堤高度、邊坡系數、允許流速、渠床土質及基本斷面型式等。

圖1 有過渡層的防滲體結構圖

薄膜防滲渠道保護層的破壞原因之一是渠道沖刷。保護層破壞后，薄膜暴露，易于受到損壞和失去應有的防滲能力。為避免出這種情況，渠道流速應限制在允許范圍之內。

3 蓄水池土工膜防滲

蓄水池土工膜主要是結構造型、土工膜材料選擇、膜上保護層、膜下支持層和錨固、排水、排氣等細部構造，以及滲漏計算、邊坡穩定計算和施工技術等問題。

3.1 襯砌型式

蓄水池土工膜防滲襯砌根據使用要求可以有單層襯砌、雙層襯砌和3 層( 多層) 襯砌等3 種類型。單層襯砌是最常見的襯砌形式，一般由土工膜、膜下支持層和膜上保護層3 部分組成，也包括將土工膜貼在已經開裂的混凝土或瀝青混凝土襯砌上作為防漏處理的情況。雙層襯砌的防滲層是兩層土工膜之間夾著一層中間排水層，如果上層膜發生滲漏，滲水可以通過自流或水泵排走。3 層襯砌多用于防滲要求很高的污水處理池、工業廢液池、垃圾處理場和固體廢物處理設施等工程。此外，有時也用一些特別珍惜水量的工程，如抽水蓄能庫盆、缺水地區的人工湖等。至于蓄水池的邊岸形狀，則應在滿足蓄水池的功能要求前提下，擇優選型。

3.2 土工膜材料選擇

在蓄水池防滲中，塑料( 熱塑聚合物) 、橡膠( 熱凝聚合物) 類和復合土工膜均有應用，但目前國內應用較廣的仍然是聚乙烯和聚氯乙烯材料。對這些材料的基本要求與前面所述相同。厚度亦可按前述方法計算，實際應用中一般取0.12 ～0.2 mm。對于污水池等含化學侵蝕物質的工程，選擇材料應考慮其化學穩定性。

圖2 無過渡層的防滲體結構圖

3.3 蓄水池膜下支持層

蓄水池一般為地下或半地下工程，也有地上蓄水池。要根據天然地基或填筑土質和地下水條件來設計支持層。對于級配較好的透水地基，只要做好排水措施，整平壓實天然基面，即可鋪設土工膜防滲層( 即不另設支持層) 。土基一般需設支持層，支持層的材料宜是透水料，以排除透過土工膜的水和地基內部的滲流水，避免膜下水壓力過大而使土工膜浮起。地下水影響不大的，土工膜可直接鋪設在天然土基上，但要清除樹根、蘆葦等雜物，以免刺破土工膜。土工織物是很好的透水層，所以采用復合土工膜或在膜下鋪土工織物不僅可保護土工膜免受下層具有尖角物體的刺破，還可使膜下水順暢排除。

3.4 保護層

為了防止日光直射加速土工膜材料老化和被地下水頂托浮起，水面較大的蓄水池還可能產生小的風浪，因此，土工膜上應設置保護層，當存有頂托力時，保護層的厚度要通過計算確定。但就構造要求而論，壤土及砂礫土保護層的厚度一般≥0.3 m。如果采用漿砌石和混凝土等剛性護面，護面與膜之間要設置細土砂礫或土工織物過渡層( 或墊層) ，如果采用復合土工膜，過渡層就不再需要。對于地質情況復雜，邊墻( 岸) 高度較大的蓄水池，亦需對蓄水池的滲漏和邊坡( 邊墻) 進行計算分析，方法與土石壩相同。嚴寒地區的蓄水池，應考慮襯砌的凍脹破壞問題。

4 土工膜的錨固與周邊聯接構造

渠坡和蓄水池邊坡鋪薄膜時，坡頂處要挖溝槽將薄膜端頭錨固在溝槽內，用黏土分層夯實或用混凝土澆筑錨固。薄膜與周邊建筑物聯接時，用膠或瀝青砂膠將薄膜黏接在混凝土或金屬構件表面上，然后在薄膜與建筑物聯接處抹一層混凝土砂漿，將聯接處薄膜覆蓋。

土工膜在土坡上的錨固可挖錨固溝槽，將土工膜埋在溝內，見圖3。當蓄水池為鋼筋混凝土擋水結構時，可將土工膜黏貼在墻面上，抹混凝土或水泥砂漿棱體，將土工膜埋在混凝土內，也可用圖4 的錨固方式。

圖3 土工膜和土工織物與土坡錨固示意圖

圖4 土工膜和土工織物與建筑物錨固示意圖

5 滲漏、膜下排水及排氣

當薄膜下面出現靜水壓力或氣體壓力時，薄膜有可能被抬起，乃至被鼓破。靜水壓力可能是由于池( 庫) 滲漏和供水期地下水位抬高而產生的; 氣體壓力是由于薄膜下有機物的分解和地下水位升高使土中氣體向上擠壓造成的。因此，水氣排輸，特別是對大面積的水池( 庫) 對于保護防滲薄膜層不受損壞是很有必要的。為使水氣排出，薄膜下必須有透水透氣層，而且要有足夠的排水和排氣能力。當膜下產氣量不大時，在滿足前述排水計算的條件下即可滿足排氣要求。但當地下水位抬高或產氣量很大時，單純依靠土工織物或粒料墊層排除水氣是困難的，此時應有專門的排滲溝或其它設施。

6 防滲襯砌的抗凍問題

凍脹對襯砌的破壞是嚴寒地區水工建設中的一個重要問題，它直接影響防滲效果和工程的正常運行。防止襯砌凍害破壞，要從規劃布置、渠床處理、防滲排水和隔熱保溫、斷面的結構形式、襯砌材料以及管理維護等方面綜合考慮，采取綜合措施。研究表明，凍脹破壞的基本因素是土的性質、土中水分( 含水率和地下水位) 及負溫，這3 者缺一不可，只要消除其中一種因素，凍脹就不會產生。在土工膜防滲渠道中采取凍害防治措施時，首先要確定凍脹的可能性及其等級。在土的凍脹深度＞30 cm的地區，當土的含水率超過起始凍脹含水率，地下水位在臨界深度時，應考慮凍脹問題。

渠堤含水率和地下水位往往因渠道滲漏的影響而提高，特別是較干地區更是如此。因此，嚴格保證薄膜質量，防止被損壞，以及接縫嚴密，可以起到防凍、防滲的效果。對于地下水位較高的地段，還可以采取降低地下水位，換填非凍脹性土以及使用允許護面一定變形的柔性結構及其它措施。

對于嚴寒地區長期與水接觸的土工膜防滲結構，還可以采用保溫襯砌，即在土工膜與護面之間設置隔熱保溫夾層。適用作保溫夾層的材料有聚苯乙烯硬質泡沫板、浮石、陶粒珍珠巖和硅質頁巖等。我省用聚苯乙烯泡沫板作為水庫土石壩保溫防凍護坡和大型渠道的保溫襯砌，都取得了良好效果。

［1］孫國俊. 蓄水池土工膜防滲設計［J］. 中國水土保持，1993(12) :

［2］杜暉. 平原水庫土工膜防滲技術研究與應用［D］. 南京:河海大學，2006.

［3］花加鳳. 土石壩膜防滲結構問題探討［D］. 南京:河海大學，2006.

［4］王宇，劉森，韓雷. 生態型護岸結構凍脹適應性的實驗研究［J］. 黑龍江大學工程學報，2012，03(01) :33 －36.