近年来,随着灌区续建配套与节水改造项目的持续推进,陕西石头河灌区在渠道衬砌工程中广泛应用土工膜等防渗材料,效果显著。现结合施工实践,浅谈土工膜在灌区节水改造工程中的应用。

 一、 防渗材料的选择
石头河灌区原设计采用单一的砼或砌石等防渗材料,虽然有一定的防渗性能,又能适应大比降、高流速的渠道设计状况。但通过多年的运行实践表明,其很难达到预期的防渗效果和耐久性。后来,又采用了砼板下铺设聚氯乙烯膜料,虽然起到了一定的防渗作用,但由于这种防渗形式必须在塑料膜上面铺设2-3cm厚的灰土或低标号水泥砂浆过渡层作为介质保护薄膜不被破坏。而在实际施工中,渠道内坡比一般在1:1-1:1.25之间,2-3cm厚的过渡层不易操作,且渠道行水时,在砌缝较多的渠道上,过渡层往往会被水流冲走或掏空,导致上部砼板整体破坏或表面凹凸不平。因此,其施工难度较大,施工质量难以保证,工效较低。

近年来,随着防渗膜料的发展,石头河灌区不断总结经验,采用了复合土工膜防渗。即一布一膜土工布。由于其抗拉强度较高,抗穿透能力和抗老化性能好,可不设过渡层,另外,土工布表面摩擦力大,防滑效果好,便于安砌或浇筑砼板。与塑料膜防渗相比,具有施工简单,质量可靠,提高工效等优点。目前,灌区除部分斗、分渠之外,干、支渠防渗工程大都采用这种板膜复合结构形式,即采用一布一膜土工布柔性材料做防渗层,其上再用C15砼刚性材料做为保护层,厚度一般7-10cm,此层主要起保护膜料不被外力破坏和防止其老化以延长工程寿命的作用。两种材料互相扬长避短,显示了明显的经济技术性能。目前,在灌区中得到了广泛应用。主要有四大优点:

1.防渗效果好。其渗漏量是单纯的砼防渗材料的1/6,是砌石材料的1/13,是不防渗土渠的1/21。
2.延长了渠道的工程寿命。明铺式膜料防渗,因老化严重而寿命较短。但铺在保护层以下,经试验研究其寿命在30年以上。同时,膜料防渗层可以保温,从而减轻冻胀破坏,使砼保护层裂缝减少,延长了工程寿命。
3.与单纯的砼防渗材料相比,投资大体相当。采用砼作膜料防渗层的保护层时,其厚度可以由砼防渗时的10-14cm减薄至7-10cm。购买土工布的投资虽较减薄砼节约的投资稍高,但其减轻了冻胀破坏,尚可减少维修费和管理费。
4.符合灌区实际情况。石头河灌区防渗渠道多为旧渠道改建工程,普遍存在施工与行水时间的矛盾。采用了板膜复合结构,渠底现浇,坡板可在灌溉行水期提前预制,在非灌溉期施工,既避免了施工与行水的矛盾,又可缩短工期,降低投资。

二、 土工膜的加工
该工序包括剪裁、接缝、铺设等项工作。经理论计算,考虑到实际应用的安全系数,石头河灌区采用的复合土工膜规格为一布一膜,其中上面一层为100-150g/m2的土工布(根据渠道流量、断面、水深等具体确定),其表面摩擦力大,防滑效果好,便于安砌或浇筑砼板。下面一层为不小于0.25mm厚的聚氯乙烯膜,是主要的防渗材料。

1、剪裁:成卷的土工膜料应根据铺膜基槽断面尺寸的大小及每段长度剪裁。纵向铺设时,首先按基槽的断面尺寸计算所需膜料的幅数。横向铺设时,以铺设基槽断面的长度为一幅。剪裁的长度应以其大块膜料便于搬运和铺设为宜。小型渠道一般为50m-60m,大中型渠道可选用20m-40m。
2、接缝:膜料连接处理的方法有搭接法、焊接法和粘接法等。石头河灌区近年来多改简单的搭接及粘接剂粘接为机器焊接。焊接时的搭接宽度一般不小于10cm,采用双焊缝焊接。
3、铺设:基槽检验合格后,在基槽表面洒水湿润,以保证膜料能紧密地贴在基床上。纵向铺设时,将按设计尺寸加工的大幅膜料叠成“琴箱”式,先横向放在下游槽内,再将一端与先铺好的膜料或原建筑物在现场焊接,再向上游拉展铺开。横向铺设时,由渠道一岸经渠底向另一岸铺设。总之,铺膜的速度应和砼铺砌或浇筑的速度相配合,当天铺膜,当天浇筑好砼板,以免膜料裸露时间过长。

三、土工膜施工方法
施工中,首先要用料径较小的砂土或粘土找平基面,然后再铺设土工膜。土工膜不要绷得太紧,两端埋入土体部分呈波纹状,最后在所铺的土工膜上用细砂或粘土铺一层10cm左右过度层。砌上20-30cm块石(或砼预制块)作防冲保护层。施工时,应尽力避免石块直接砸在土工膜上,最好是边铺膜边进行保护层的施工。复合土工膜与周边结构物连接应采用膨胀螺栓和钢板压条锚固,连接部位要涂刷乳化沥青(厚2mm)粘接,以防该处发生渗漏。

土工膜的接缝处理是一个关键工序,直接影响防渗效果。一般接缝方式有:①搭接:搭接宽度宜大于15cm;②缝纫后加防水涂料处理;③热焊:宜于稍厚的无纺布基材,焊缝搭接宽度不小于10cm;④粘接:用与土工膜配套供应的粘合剂在连接面上加压即可。接缝时应做到无尘土、油脂和水份,接缝长度要大于10cm。
根据多年实践证明,防渗膜厚度不小于0.25mm,太薄可能产生气孔,且易在施工中受损而降低防渗效果。土工膜施工中,特别要注意做到铺设不宜过紧,不得打皱,拼接要牢固。要严格按技术规范施工,把好准备、铺设、拼接、检验和回填等五道质量关。由于土工布良好的防渗效果,目前在灌区节水改造项目建设中大量采用,受到广泛好评。

土工膜在灌区节水改造中的应用