复合土工膜在渠堤防渗中的应用

李久阳

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，乌鲁木齐835400)

某水利工程工程级别为3级，引水渠衬砌长度达8 100 m，设计灌溉面积在1.445万hm2，渠道设计流量为每秒78 m3，渠底高程在0.8 m，设计灌溉水位在5.98 m，相应的堤顶高程达6.83 m，渠道比降为1/20000。

1 复合土工膜的基本原理与特性

1.1 复合土工膜的防渗原理

复合土工膜的防渗基材为塑料薄膜，然后再复合无纺布，形成一种土工防渗材料。复合土工膜是一种高分子的化学柔性材料，其主要的作用机理就是利用塑料薄膜的不透水性将土堤漏水的通道完全隔断。由于塑料薄膜具有较大的抗拉强度以及较好的延伸率，因此可以承受水压与坝体变形的作用。无纺布属于一种高分子短纤维化学材料，主要是热黏成形，将其与塑料薄膜复合在一起，使得复合土工膜不仅具备塑料薄膜强大的抗拉强度与抗穿刺能力，而且由于无纺布表面粗糙，可以有效提高接触面的摩擦系数，从而提高复合土工膜与保护层的稳定性。

1.2 复合土工膜的特性

复合土工膜的特性表现在以下6个方面:①复合土工膜具备较高的抗拉强度以及良好的弹性，因此对于膨胀或者收缩的基面可以采用这种技术，从而改善基面不均匀沉降的问题;②复合土工膜具备较好的防渗性能，其采用高密度聚乙烯原生树脂利用共挤技术制作而成，所以可以达到很好的防渗效果;③复合土工膜质量轻，通常成品成卷状，现场铺设十分便捷，灵活性高，运输便利，施工方便;④具备优良的物理性能与化学性能，复合土工膜的抗老化能力、抗紫外线能力、抗撕裂能力、抗穿刺能力等均比较好，并且热变形小、脆性低，所以化学稳定性强;⑤造价低、效益高，复合土工膜的生产工艺更加科学、快捷，尽管其防渗效果要好于其它产品，但是其成本却相对较低，通常低于传统技术40%;⑥复合土工膜采用的材料均是无毒、环保材料，利用普通的物理变化达到防渗的目的，这个过程没有有害物质，因此更加健康、环保。

2 相关计算

2.1 流量验算与渠道断面验算灌水模数计算公式为:

灌溉设计流量的计算公式为:

水力半径的计算公式为:

谢才系数的计算公式为:

流速的计算公式为:

由于渠道会受到严重的冲刷，而渠道底又是粉细沙层，根据相关设计规范要求，非黏性土渠道可以不冲流速，粉细沙规定为0.26～0.4 m/s，渠道设计流速为0.52 m/s，渠道底产生冲刷。由上述计算可知，渠道流速大于相关规范中的要求，发生冲刷，因此无法满足渠道过水要求，必须采用防渗措施。

2.2 复合土工膜厚度计算

根据水利水电工程土工合成材料相关技术规范中规定的公式可以计算出所需的复合土工膜的厚度:式中:T为薄膜的单宽拉力;p为薄膜所承受的水压力荷载;b为膜下地基可能产生的裂缝的宽度;ε为薄膜拉应变。

通过现场试验、结合厂家试验数据，本工程最终决定采用PE复合土工膜，膜厚0.5 mm。

3 复合土工膜的施工

在本工程中，具体的施工工艺流程如下:①进行施工准备;②铺设复合土工膜;③进行拼接与锚固;④并对焊接质量进行全面的检查，再铺设垫层以及混凝土预制板;⑤最后经过质量检测后即可竣工验收。

3.1 施工前的准备工作

施工前要对复合土工膜的材料质量进行检测，检测指标包括产品的物理性能、力学性能、水力学性质以及耐久性等，并且外观上要求不得存在砂眼、杂质、厚薄不均等质量问题，膜幅宽＞要在4 m。然后进行复合土工膜的剪裁，将其剪裁成可以满足施工作业长度的尺寸，并按要求将剪裁好的材料拼接成与尺寸要求相符的块体，卷在钢管上，才由人工搬至施工现场进行铺设。在铺设前还要将边坡上的杂物清除干净，根据设计断面进行削坡处理，需要注意将所有的尖角硬物清除，以免损伤到复合土工膜;然后再对欠坡进行回填夯实处理，保证坡面的平整度、密实度、光滑度以及干容重等与规范要求相符。

3.2 复合土工膜的铺设

根据铺设位置不同，采用的铺设方法也各不相同，具体分为渠体铺设、坡面铺设、沿渠道轴线方向水平滚铺等，完成坡面铺设并通过验收后，再从顺坡面轴线方向采用滚铺的方法，与渠底的复合土工膜采用丁字形连接。铺设过程中要求气候环境温明、干燥，铺设最好采用波浪形松弛的方法，保持1.5%左右的富余度，避免应力集中、保持拼接的连续性。摊开后要求复合土工膜与坡面无突起褶皱，平整、吻和;在移动复合土工膜时不得采用尖锐的工具，如果发现材料损坏，要及地采取修补措施。

3.3 复合土工膜的拼接

复合土工膜的拼接作业主要分成两个部分，即土工布缝接以及土工膜焊接，由于焊接质量的好坏是决定复合土工膜防渗性能高低的决定性因素，因此下面主要复合土工膜的焊接进行重点讨论。通常复合土工膜的生产厂家要委派专业的技术人员对施工人员进行全面的焊接作业技术培训，并在施工现场进行实时的观察指导。所选择的焊接设备也要与工程实际情况、施工工艺要求相符。在本工作程中材料选择两布一膜，拼接工艺则采用热融焊法，膜与膜之间的焊接施工选择TH－1型双驱动自行式土工膜焊接机，焊缝搭接长度控制在10 cm左右，焊缝宽度约10 mm，共两道，且焊缝之间要预留宽约10 mm的空腔，其主要目的是检查焊缝的质量;选择手提式封包机、涤纶线、采用丁字形的方式完成布与布之间的缝接。

注意焊接施工前要求膜面保持相应的清洁度，不得存在砂子、泥土等杂质或者脏物，如果有需要用电吹风吹干净;如果雨天焊接则要选择室内作业。最好在焊接部分下垫一条长木板，以方便焊机行走于平整的基面上，保证焊接质量。正式焊接前要先进行试焊，根据施工气温来确定正式焊接时的施焊温度与行走速度，通常施焊温度范围控制在220℃～300℃，行走速度则控制在每秒1.5～2.5 m。由于复合土工膜存在一定的不均匀性，焊接电压也具有一定的不稳定性，再加之现场施工条件的差异，焊接过程中难免费出现漏焊、熔焊等问题，所以要在完成每道焊缝后严格检查焊接质量。双焊缝必须进行充气检测，双焊缝之间的充气压力至少在0.15 MPa以上，保持5 min左右;如果压力无明显下降即判定合格;单焊缝、修补点的检测需要采用T型点真空检测法，压力至少在0.005 MPa，保持0.5 min以上，以肥皂液不起泡为准。完成质量检测后马上用压出式焊检补堵充气打压穿孔部位。焊接完成后可以进行土工布缝接，要求缝合面松紧适度、自然平顺。

3.4 其它步骤

复合土工膜在锚固过程中，要把连接好的复合土工膜直接埋入锚固沟内，刨填土后夯实，要求锚固位置不得出现渗透水的现象，或者以拔不出为准;然后铺设垫层以及混凝土预制板，复合土工膜上要均匀的铺设厚约10cm的砂垫层，找平压实后再将混凝土预制板铺设其上，要求厚度在8 cm左右。预制板间的勾缝可以利用水泥砂浆填实处理。为防止复合土工膜在施工过程中受到损坏，要保证复合土工膜、砂垫层以及混凝土预制板的铺设工序紧密衔接，如果施工过程中发现损伤问题，则要即刻采取修补措施;此外混凝土护砌以及复合土工膜的养护工作也十分重要。完成上述工序后，要对复合土工膜的施工质量进行检测，通常采用抽样质量检测法，即500 m2分为一个施工段，抽取一个试件进行拉伸试验。拉伸强度试验时，要求强度不低于母材的80%，且试样断裂不得在接缝处。本工程的现场抽样检测合格率100%，施工质量完全得到了保证。

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