复合土工膜在渠道衬砌施工中应用

郭振莉

宁夏固海扬水管理处

复合土工膜在渠道衬砌施工中应用

郭振莉

宁夏固海扬水管理处

固海扬水灌区是宁夏规模最大的扬水灌区，灌溉面积170多万亩，现状总灌溉面积111.2万亩，其中农田灌溉面积90.4万亩，设施农业补灌面积20.8万亩。

灌区位于清水河流域河谷平原，在中宁县泉眼山黄河南岸取水，经过十几级泵站的扬水，最后到达南部的固原市原州区，流经宁夏五个县市区，为宁夏中南部山区群众的脱贫致富发挥不可替代的作用。

固海扬水渠道所经之地，几乎都是自重湿陷性的黄土，渠道渗漏量的大小直接影响渠道的安全运行。因此，对渠道进行防渗衬砌处理是渠道运行的关键所在。原渠道的砌护全部采用底部铺设土工膜，上部衬砌6mm～8cm厚度不等的预制混凝土板；混凝土板铺设后的勾缝原来采用1cm宽的M10水泥砂浆勾缝，改造时采用5cm宽的C20细石混凝土填缝，目的都是为了防止渠道水流的渗漏。

但改造后的渠道经过几年的运行，渠道老化破坏现象严重，主要表现在渠道衬砌的混凝土板勾缝开裂、混凝土板整体或成片滑塌现象。滑塌现象的出现首先表现为渠道坡脚处混凝土板细石混凝土的填缝边出现裂缝，鼓胀，直至最后砼板全部滑塌破坏。

渠道混凝土板滑塌的原因分析

1.混凝土板滑塌的时间

对混凝土板滑塌部位进行检查发现，渠堤内侧混凝土板下的土壤含水率有些部位达到60%以上，内侧渠堤混凝土板下的含水率比渠堤其他部位的含水率要高；铺设的土工膜局部有破洞没有修补，土工膜的接缝处有些部位漏焊；板缝间的填缝混凝土开裂。混凝土板滑塌发生的时间主要在以下三个阶段：一是每年春季渠道消融后发生；二是季节性的灌溉停水后发生；三是泵站突然失电导致渠道水位迅速降低时发生。混凝土板滑塌发生的位置一般在土工膜与砂浆垫层间发生滑塌。混凝土板与土工膜一起滑塌的情况较少。

2.滑塌的原因

渠道衬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膜使用较多，这种土工膜的拉伸强度（大于13MPa）和断裂伸长率（大于200%）均能满足渠道防渗和渠道局部不均匀沉陷的要求，但缺点是土工膜在施工中容易被硬物撕裂、刺穿；在渠道混凝土板衬砌中下放混凝土板时容易受混凝土板滑落的冲击和受到偶然荷载破坏的影响较多，在加上施工过程中对破损的部位没有得到及时修补造成渗水。

渠道衬砌混凝土板滑塌的原因有以下三个方面：一是在渠道运行过程中混凝土板缝进水的情况下，受水流冲刷，土工膜与砂浆垫层间的摩擦力被破坏逐渐减小直到消失，造成混凝土板滑塌。二是在施工过程中局部混凝土板缝间的细石混凝土填缝不密实，渠道水流从混凝土填缝的裂缝进入板后，在土工膜有破洞的位置，水流渗入到土堤后土堤的含水量增加，在冬季停水期冻胀破坏的影响下，渠道填缝混凝土裂缝增大，到下一个行水期时进入混凝土板和砂浆垫层后面的水分和泥土增加，混凝土板的抗滑稳定性减小；在这样的恶性循环中最终导致渠道混凝土板的滑塌。三是在渠道季节性的停水和泵站突然失电时，由于渠道内水位下降过快，砂浆垫层与土工膜间的含水量还处在饱和状态，砂浆垫层在饱和水的浮托力作用下，砂浆垫层和土工膜之间的摩擦力减小，导致混凝土板滑塌。

渠道混凝土板滑塌图（见图1）

图1　

图2　

渠道混凝土板受冻胀破坏图（见图2）

3.改进方法

1）复合土工膜的特点及指标

渠道衬砌时铺设的土工膜改为双面粘有土工织物的复合土工膜，复合土工膜中的膜采用厚度为0.3mm 的PE膜，PE膜可以用热焊机焊接，操作方便，并能保证接缝的质量。土工布采用200g/m2的聚酯长丝土工织物和土工膜双面复合而成。复合土工膜的主要参数如表1所列。

表1　复合土工膜的主要性能控制指标

2）复合土工膜的铺设

采用双面复合土工膜作渠道铺设时，渠道基面必须夯实，整平、表面无硬物等杂质存在。铺设复合土工膜沿内坡向上延伸到渠堤顶，在距离渠道内沿边坡20cm的距离时，开挖一条窄深式的锚固沟，将复合土工膜平铺入沟内用砂浆或细石混凝土振捣密实覆盖，后放置混凝土封沿板，这样既能达到土工膜的锚固作用，又能有效防止复合土工膜的下滑，能达到渠道美观的目的。

图3　

边坡复合土工膜锚固示意图（见图3）

3）复合土工膜上砂浆的稳定性

在渠道运行中为了防止渠道混凝土板的滑塌，必须使渠道预制混凝土板与砂浆垫层以及砂浆垫层与复合土工膜之间牢固结合，这两者之间具有很强的粘接力。具体做法是在渠道混凝土板衬砌施工中，在复合土工膜的上面铺设M7.5水泥砂浆垫层后立即铺设混凝土板，铺设的砂浆垫层在混凝土板下要均匀、密实，使砂浆在水化过程中与混凝土板牢固粘结。复合土工膜与水泥砂浆粘接后，水泥砂浆中的水泥浆会与复合土工膜中的土工织物很好的粘结在一起，这样能使水泥砂浆与复合土工膜和混凝土板都能很好的结合。经试验，水泥砂浆与复合土工膜的粘结力可以达到0.1～0.15MPa。按照渠道边坡1：1.5的坡比对混凝土板下的砂浆垫层与复合土工膜之间的抗滑稳定性进行计算，它们之间只要有0.01MPa的粘接力就能达到稳定，这样砂浆垫层与复合土工膜之间的抗滑稳定的安全系数达到10.0以上，完全满足稳定要求。

4）复合土工膜与土工膜比较的优缺点

在所用膜厚度相同情况下的复合土工膜与土工膜相比较：优点，一是在相同施工条件下复合土工膜不易破损，复合土工膜的断裂强度和撕破强度都比土工膜大；二是复合土工膜与砂浆垫层间的粘结力比土工膜大，混凝土板的抗滑稳定性好，能有效防止渠道混凝土板的滑塌；三是复合土工膜的抗渗透能力比土工膜大，防渗效果好。缺点：使用复合土工膜的成本比土工膜高，按照现在的市场价格，使用复合土工膜比土工膜的造价每平米高3－4元。

4.几点体会

在渠道衬砌中使用复合土工膜，一是能有效避免或减少在施工中土工膜发生破损的的可能性；二是减少施工中粘接破洞的次数和人的因素；三是铺设复合土工膜能有效地防止渠道的渗漏，提高了渠系水利用系数。四是使用复合土工膜在渠道长期运行中能有效防止渠道混凝土板的滑塌，降低渠道的老化破坏。因此，使用复合土工膜一次性的投资成本有所增加，但后期渠道运行维护成本却大大降低，提高渠道行水的安全系数。这种渠道衬砌方法在以后的渠道混凝土板衬砌中具有一定的参考价值。