濕陷性黃土渠道的土工膜防滲技術應用分析

曹積國

(永昌縣四壩水利管理處，甘肅 永昌 737200)

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濕陷性黃土渠道的土工膜防滲技術應用分析

曹積國

(永昌縣四壩水利管理處，甘肅 永昌 737200)

現代農業發展更加強調資源的高效利用，節水意識成為農業灌溉發展的核心。隨著科學技術的發展，使用新工藝、新技術和新材料來使農業灌區工程的科技含量得到提升成為可能。鑒于西北地區凍融交替、干濕交換的氣候條件和多高寒及濕陷性黃土渠道的現狀，土工膜防滲技術將具備更大的應用空間。文章筆者對濕陷性黃土渠道中土工膜防滲技術的物理性質、施工工藝等進行論述，旨在為解決當前西北地區農業灌溉的滲漏、凍脹問題提供解決方法。

渠道防滲；濕陷性黃土；土工膜防滲技術；施工工藝

0 引 言

隨著現代農業的發展，節水灌溉被越來越多的人關注和重視。就我國西北地區而言，農田灌溉的主要方式是渠道灌溉。農業灌溉工程的好壞對農業的發展產生直接影響，所以對灌區渠道進行進一步的管理有重要的現實意義[1]。位于甘肅省金昌地區的部分灌區由于土層較厚、地下水買埋藏深，多屬于濕陷性黃土地帶。灌溉期間工程事故頻發，為解決這一現狀，需要在濕陷性黃土渠道中使用土工膜防滲技術。

1 濕陷性黃土渠道應用土工膜防滲技術的必要性

當前在我國西北地區，渠道輸水是農田灌溉的主要方式，傳統的土渠灌溉滲漏損耗比較大，損耗率幾乎達到了輸水量的一半。國內外普遍采用低壓管道輸水或者防滲渠道輸水，減少輸水過程中造成的損失。

甘肅金昌地區的部分農田灌溉區域幾乎是濕陷性黃土渠道的必經之處。再加上季節性的氣候影響，沒有進行具有針對性的防凍脹和防滲措施，對渠道的安全產生直接的威脅，所以需要對當地的濕陷性黃土渠道進行防滲處理，這樣不但可以提高輸水的利用率，而且也確保了渠道的安全性。在當地濕陷性黃土渠道中，土工膜、礫石墊層及混凝土板襯砌的防滲襯砌形式得到應用，土工膜防滲技術又是整個工程中的核心，它使渠道土壤中的水分減少，減少凍脹現象的發生。

2 濕陷性黃土渠道土工膜防滲技術內容概述

2.1 土工膜防滲技術的物理性質

防滲渠道的土工膜選擇需要遵循一定的規則，在選擇的過程中需要考慮到薄膜的耐久性、防滲性能、抗變形能力等[2]。聚乙烯土工膜是當前防滲工程中比較常用的一種，它具有以下優點：

1)厚度和抗拉強度變化規律良好。

2)如薄膜的伸長率超過500%，證明其性能較好。

3)若縱向、橫向的抗拉強度比較接近，這說明聚乙烯膜各向同性。

4)聚乙烯膜的滲透系數極低，具有良好的抗滲性能。但塑料薄膜也存在一定的缺陷，比如穿刺強度低等。

土工膜如果直接暴露在空氣中，強度也會有所降低。因此在設計和施工的過程中不但需要減少土工膜在搬運、鋪設時被穿刺、沖擊或者撕裂，還需要保證土壤厚度，避免接受紫外線的直接照射。

2.2 濕陷性黃土渠道土工膜鋪襯形式

根據黃土的物理性質來看，其力學結構特點主要表現為濕陷性、欠壓密性和結構性[3]。根據對黃土的顆粒進行電鏡分析，結果發現黃土顆粒主要是由黏膠微細碎屑膠或者單個的粉粒組成。因此在選擇渠道鋪襯形式時需要考慮到濕陷性黃土的特點。針對渠道的防凍脹技術，國外一般采用抵抗的策略，即增設置換層，提高防滲材料的強度。根據濕陷性黃土的特點，可以采用柔性防滲，剛性防護的原則來減少濕陷性對渠道所產生的影響。近幾年來我國的塑膜和混凝土復合技術得到發展，防滲的材料從單一材料變為復合材料。因此土工膜的鋪襯形式可以如下：防滲層選擇柔性膜材料，在防滲層之上使用混凝土作為保護層，避免遭受到外界破壞，使工程的壽命得以延長[4-6]。

2.3 土工膜防滲渠道施工工藝

2.3.1 材料要求

土工膜在運輸、搬運或者施工的過程中容易受到偶然破壞，比如在渠道上的雜物或者碎石等都可能會使土工膜出現劃痕或者裂痕。但是這些因素都是不確定的，所以只能依靠經驗法來確定在具體鋪設過程中的要求。

在渠道防滲過程中使用的土工膜一般需要有很好的阻水性，具備抵抗破壞的基本能力，便于焊接工作的進行，可以適應由于其它因素所導致的變形，同時還需要考慮到偶然荷載因素等對土工膜所形成的破壞作用。

2.3.2 焊接土工膜

土工膜成品一般是卷材形式。根據土工膜具體的長寬厚分成不同的規格。在土工膜具體的使用過程中按照預先設計好的數據焊接土工膜，土工膜自身一般不會出現滲漏現象，所以一定要注意接縫處的焊接效果，減少滲漏現象[7]。我國在焊接施工過程中通常使用熱鍥焊機，焊接的質量會受到施工器械、熱鍥速度、溫度以及土工膜種類的影響，另外在選擇焊接參數時需要充分考慮到風力和溫度的影響。在焊接結束之后要進行打壓檢測，觀察其焊接效果。焊接處材料的防滲性能不能低于原材料的80%，在焊接過程中不但需要注意漏接、弱接等現象的發生，而且還要注意是否有焊接溫度過高導致出現融化現象的發生。

2.3.3 錨固土工膜

在整個防滲建設中，錨固土工膜是十分重要的環節，實際上對于一項優秀的土工膜防滲工程而言，不但需要施工過程中工人們對設計意圖的準確理解，而且還需要從施工的角度提出一些比較有創造性的措施。

比如在渠道的土工膜的鋪設過程中，到達坡頂時，常規的做法是在距離坡頂的某個位置，平行的開挖一條比較淺的錨固溝，埋入相應的土工膜，然后再使用土壤將其夯實，最主要是為了減少土工膜在渠道內出現滑移。坡頂的土工膜可以使用壤土直接進行覆蓋也可以鋪設相應的砂漿，然后使用混凝土進行封閉，達到渠道美觀和牢固的目的[8]。

2.3.4 穩固墊層

為了加強渠道抗凍漲能力，預防渠道變形破壞，減少土工膜在鋪設過程中受到的損傷，在渠道建設過程中，采取如下措施：將土渠按設計尺寸挖成型后，在土渠上面墊30-50cm厚的礫石墊層，并將其夯實，然后用砌筑砂漿將礫石固面成型。待砂漿凝固成型后，再在砂漿上面鋪設焊接好的土工膜，最后澆筑混凝土板。

2.3.5 鋪設土工膜

土工膜的鋪設并不像人們想象的那么簡單，成功鋪設土工膜不僅需要施工者對設計意圖的理解，而且還需要綜合現場的具體情況，最終進行有效的融合。

在鋪設土工膜中不可避免會出現一些問題，待土工膜拼接成功之后需要在上層澆筑混凝土板，此時土工膜受到破壞的幾率比較大，所以此時需要加強現場監督和施工管理。另外需要控制好施工的溫度，如果溫度過好，土工膜會出現蠕變現象，如果溫度過低則會出現材料變脆現象，質量無法得到保障。另外還需要考慮到風力對土工膜施工的影響，避免風力使土工膜起張，進而被破壞[9]。

3 濕陷性黃土渠道應用土工膜防滲技術實例分析

3.1 工程項目區的地性氣候特點

金昌地勢自西南向東北傾斜。地形以山地、平原為主，戈壁、綠洲、大漠東西展開，南北更替，相間排列。西南部祁連山冷龍嶺及其支脈，是金昌重要的水源涵養區，中部永昌、清河、三堡等綠洲，是境內主要農作物種植區。東北部海拔在1500m左右，除寧遠、雙灣綠洲外，其余則為戈壁、沙丘、荒漠和半荒漠草原。金昌屬大陸性溫帶干旱氣候，由東北到西南，大體劃分為5個氣候區，降水量由東北向西南隨地勢升高而增加，川區降水少，山區降水多。

3.2 工程項目區土工膜防滲技術的具體應用

近幾年，在甘肅金昌的濕陷性黃土灌區渠道改造過程中，在一定范圍內推廣使用土工膜防滲技術，以土工膜作為主要的防滲材料，并且在具體的實踐過程中得到了不少相關的實用技術和使用經驗。比如在2012—2015年本區域的東河灌區續建配套與節水改造項目中，就采用了土工膜防滲、礫石墊層固面和混凝土板加固技術，對直峽山干渠部分渠道進行改造，經過近幾年的運行監測，發現使用土工膜防滲技術，土工膜下面土壤的滲透水量只有9%左右，與此形成鮮明對比的是沒有鋪設土工膜，只進行混凝土板加固改建的渠道，滲水率達到了30%左右，渠道滲漏現象十分嚴重。沒有進行土工膜防滲，其輸水量滲透率高的原因主要是沒有使用有效的防滲技術和防滲型式。

在渠道長期的運行過程中，混凝土板會受到土壤的濕陷性變形以及土壤凍融作用的影響，出現開裂現象，進而產生更為嚴重的滲漏現象，使土壤中的水分含量較大。

經過多次的循環，混凝土板不斷受到沉降和凍脹的作用，加速了渠道的老化。根據實際應用情況來看，在濕陷性黃土渠道中應用土工膜防滲技術可以提高渠道的防滲率，減少水資源浪費[10]。

3.3 工程項目區土工膜防滲技術應用效果

現代農業發展更加強調資源的高效利用，節水意識成為農業灌溉發展的核心。隨著科學技術的發展，使用新工藝、新技術和新材料來使農業灌區工程的科技含量得到提升成為可能。想要提高濕陷性黃土農業灌區渠道的防滲率，需要應用新的防滲技術和防滲材料，經過幾年的應用和發展，已經證明在濕陷性黃土渠道使用土工膜防滲技術可以滿足抗凍、抗滲的設計要求，而且具備施工工藝簡單、質量小，工程造價合適的優點，不但節省了土地資源還減少了資源的浪費。應用效果主要表現為以下幾點：

1)利用土工膜防滲技術使灌區內渠道的輸水能力大大提高，灌溉的質量得到提升。滲漏損失明顯減少，灌溉周期也得到縮短，農作物可以得到及時的灌溉。

2)水資源的利用率進一步提高，灌溉面積擴大，灌溉條件得到優化，最終為農民增收和農業增產提供保障。

3)促進農業灌溉區域內種植結構的調整，一些高附加值和高產的農作物種植面積逐漸擴大，使灌區內的自然植被得到很好的生長，農民的生活質量和生活水平有效提高。

4 總 結

農業發展關乎國計民生，農業灌溉質量對農業的發展至關重要。在我國西北地區由于氣候條件的影響，在灌區內出現大量的濕陷性黃土，為灌溉帶來了不少問題。針對甘肅金昌地區濕陷性黃土渠道內滲透率高，輸水率低的現狀，采用土工膜防滲技術，與砂漿和混凝土板結合運用，發現其防滲效果顯著，滲漏損失明顯減少，水資源利用率不斷提高。農田灌區內的灌溉條件得到改善，農作物可以更好的生長，農民的生活水平和生活質量也得到提高。

[1]王緒存,王紅雨.土工膜防滲技術及其在濕陷性黃土渠道中的應用[J].農業科學研究,2008(02):29-32，38.

[2]郭斌.濕陷性黃土地區灰土墊層與防滲膜復合地基研究[D].蘭州：蘭州大學,2014.

[3]賀香.灰土墊層與防滲膜聯合處理濕陷性黃土地基[D].蘭州：蘭州大學,2014.

[4]梅源.濕陷性黃土高填方地基處理技術及穩定性試驗研究[D].西安：西安建筑科技大學,2013.

[5]俞亞南,解宏偉,林伶利.大型儲液池土工膜防滲設計方法探討[J].防滲技術，1998(03)：89-92.

[6]王青生,王麗萍.土工膜防滲技術在涌豐灌區的應用[J].內蒙古水利，1997(01)：65-68.

[7]吳景海,陳環.土工膜防滲層滲漏流量的計算[J].巖土工程學報，1995(02)：23-24.

[8]張廣恕,董英超.土工膜在砂堤防滲工程中的應用[J].民營科技，2015(04)：21-22.

[9]孫丹,沈振中,崔健健.土工膜缺陷引起的土工膜防滲砂礫石壩滲漏數值模擬[J].水電能源科學，2013(04)：66-68.

[10]申淮偉,劉婷.土工膜防滲技術在東方紅水庫除險加固中的應用[J].中國水運：下半月，2013(04)：59-60.

1007-7596(2017)02-0048-03

2017-02-14

曹積國(1969-)，男，甘肅永昌人，工程師。

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