復合土工膜在渠道襯砌施工中應用

郭振莉

寧夏固海揚水管理處

復合土工膜在渠道襯砌施工中應用

郭振莉

寧夏固海揚水管理處

固海揚水灌區是寧夏規模最大的揚水灌區，灌溉面積170多萬畝，現狀總灌溉面積111.2萬畝，其中農田灌溉面積90.4萬畝，設施農業補灌面積20.8萬畝。

灌區位于清水河流域河谷平原，在中寧縣泉眼山黃河南岸取水，經過十幾級泵站的揚水，最后到達南部的固原市原州區，流經寧夏五個縣市區，為寧夏中南部山區群眾的脫貧致富發揮不可替代的作用。

固海揚水渠道所經之地，幾乎都是自重濕陷性的黃土，渠道滲漏量的大小直接影響渠道的安全運行。因此，對渠道進行防滲襯砌處理是渠道運行的關鍵所在。原渠道的砌護全部采用底部鋪設土工膜，上部襯砌6mm～8cm厚度不等的預制混凝土板；混凝土板鋪設后的勾縫原來采用1cm寬的M10水泥砂漿勾縫，改造時采用5cm寬的C20細石混凝土填縫，目的都是為了防止渠道水流的滲漏。

但改造后的渠道經過幾年的運行，渠道老化破壞現象嚴重，主要表現在渠道襯砌的混凝土板勾縫開裂、混凝土板整體或成片滑塌現象。滑塌現象的出現首先表現為渠道坡腳處混凝土板細石混凝土的填縫邊出現裂縫，鼓脹，直至最后砼板全部滑塌破壞。

渠道混凝土板滑塌的原因分析

1.混凝土板滑塌的時間

對混凝土板滑塌部位進行檢查發現，渠堤內側混凝土板下的土壤含水率有些部位達到60%以上，內側渠堤混凝土板下的含水率比渠堤其他部位的含水率要高；鋪設的土工膜局部有破洞沒有修補，土工膜的接縫處有些部位漏焊；板縫間的填縫混凝土開裂。混凝土板滑塌發生的時間主要在以下三個階段：一是每年春季渠道消融后發生；二是季節性的灌溉停水后發生；三是泵站突然失電導致渠道水位迅速降低時發生。混凝土板滑塌發生的位置一般在土工膜與砂漿墊層間發生滑塌。混凝土板與土工膜一起滑塌的情況較少。

2.滑塌的原因

渠道襯砌中使用的土工膜主要有聚乙烯（PE）膜、聚氯乙烯（PVC）膜，其中以0.3mm的PE膜使用較多，這種土工膜的拉伸強度（大于13MPa）和斷裂伸長率（大于200%）均能滿足渠道防滲和渠道局部不均勻沉陷的要求，但缺點是土工膜在施工中容易被硬物撕裂、刺穿；在渠道混凝土板襯砌中下放混凝土板時容易受混凝土板滑落的沖擊和受到偶然荷載破壞的影響較多，在加上施工過程中對破損的部位沒有得到及時修補造成滲水。

渠道襯砌混凝土板滑塌的原因有以下三個方面：一是在渠道運行過程中混凝土板縫進水的情況下，受水流沖刷，土工膜與砂漿墊層間的摩擦力被破壞逐漸減小直到消失，造成混凝土板滑塌。二是在施工過程中局部混凝土板縫間的細石混凝土填縫不密實，渠道水流從混凝土填縫的裂縫進入板后，在土工膜有破洞的位置，水流滲入到土堤后土堤的含水量增加，在冬季停水期凍脹破壞的影響下，渠道填縫混凝土裂縫增大，到下一個行水期時進入混凝土板和砂漿墊層后面的水分和泥土增加，混凝土板的抗滑穩定性減小；在這樣的惡性循環中最終導致渠道混凝土板的滑塌。三是在渠道季節性的停水和泵站突然失電時，由于渠道內水位下降過快，砂漿墊層與土工膜間的含水量還處在飽和狀態，砂漿墊層在飽和水的浮托力作用下，砂漿墊層和土工膜之間的摩擦力減小，導致混凝土板滑塌。

渠道混凝土板滑塌圖（見圖1）

圖1　

圖2　

渠道混凝土板受凍脹破壞圖（見圖2）

3.改進方法

1）復合土工膜的特點及指標

渠道襯砌時鋪設的土工膜改為雙面粘有土工織物的復合土工膜，復合土工膜中的膜采用厚度為0.3mm 的PE膜，PE膜可以用熱焊機焊接，操作方便，并能保證接縫的質量。土工布采用200g/m2的聚酯長絲土工織物和土工膜雙面復合而成。復合土工膜的主要參數如表1所列。

表1　復合土工膜的主要性能控制指標

2）復合土工膜的鋪設

采用雙面復合土工膜作渠道鋪設時，渠道基面必須夯實，整平、表面無硬物等雜質存在。鋪設復合土工膜沿內坡向上延伸到渠堤頂，在距離渠道內沿邊坡20cm的距離時，開挖一條窄深式的錨固溝，將復合土工膜平鋪入溝內用砂漿或細石混凝土振搗密實覆蓋，后放置混凝土封沿板，這樣既能達到土工膜的錨固作用，又能有效防止復合土工膜的下滑，能達到渠道美觀的目的。

圖3　

邊坡復合土工膜錨固示意圖（見圖3）

3）復合土工膜上砂漿的穩定性

在渠道運行中為了防止渠道混凝土板的滑塌，必須使渠道預制混凝土板與砂漿墊層以及砂漿墊層與復合土工膜之間牢固結合，這兩者之間具有很強的粘接力。具體做法是在渠道混凝土板襯砌施工中，在復合土工膜的上面鋪設M7.5水泥砂漿墊層后立即鋪設混凝土板，鋪設的砂漿墊層在混凝土板下要均勻、密實，使砂漿在水化過程中與混凝土板牢固粘結。復合土工膜與水泥砂漿粘接后，水泥砂漿中的水泥漿會與復合土工膜中的土工織物很好的粘結在一起，這樣能使水泥砂漿與復合土工膜和混凝土板都能很好的結合。經試驗，水泥砂漿與復合土工膜的粘結力可以達到0.1～0.15MPa。按照渠道邊坡1：1.5的坡比對混凝土板下的砂漿墊層與復合土工膜之間的抗滑穩定性進行計算，它們之間只要有0.01MPa的粘接力就能達到穩定，這樣砂漿墊層與復合土工膜之間的抗滑穩定的安全系數達到10.0以上，完全滿足穩定要求。

4）復合土工膜與土工膜比較的優缺點

在所用膜厚度相同情況下的復合土工膜與土工膜相比較：優點，一是在相同施工條件下復合土工膜不易破損，復合土工膜的斷裂強度和撕破強度都比土工膜大；二是復合土工膜與砂漿墊層間的粘結力比土工膜大，混凝土板的抗滑穩定性好，能有效防止渠道混凝土板的滑塌；三是復合土工膜的抗滲透能力比土工膜大，防滲效果好。缺點：使用復合土工膜的成本比土工膜高，按照現在的市場價格，使用復合土工膜比土工膜的造價每平米高3－4元。

4.幾點體會

在渠道襯砌中使用復合土工膜，一是能有效避免或減少在施工中土工膜發生破損的的可能性；二是減少施工中粘接破洞的次數和人的因素；三是鋪設復合土工膜能有效地防止渠道的滲漏，提高了渠系水利用系數。四是使用復合土工膜在渠道長期運行中能有效防止渠道混凝土板的滑塌，降低渠道的老化破壞。因此，使用復合土工膜一次性的投資成本有所增加，但后期渠道運行維護成本卻大大降低，提高渠道行水的安全系數。這種渠道襯砌方法在以后的渠道混凝土板襯砌中具有一定的參考價值。