復(fù)合土工膜在渠道襯砌施工中應(yīng)用

郭振莉

寧夏固海揚(yáng)水管理處

復(fù)合土工膜在渠道襯砌施工中應(yīng)用

郭振莉

寧夏固海揚(yáng)水管理處

固海揚(yáng)水灌區(qū)是寧夏規(guī)模最大的揚(yáng)水灌區(qū)，灌溉面積170多萬(wàn)畝，現(xiàn)狀總灌溉面積111.2萬(wàn)畝，其中農(nóng)田灌溉面積90.4萬(wàn)畝，設(shè)施農(nóng)業(yè)補(bǔ)灌面積20.8萬(wàn)畝。

灌區(qū)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(jīng)過(guò)十幾級(jí)泵站的揚(yáng)水，最后到達(dá)南部的固原市原州區(qū)，流經(jīng)寧夏五個(gè)縣市區(qū)，為寧夏中南部山區(qū)群眾的脫貧致富發(fā)揮不可替代的作用。

固海揚(yáng)水渠道所經(jīng)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(yùn)行。因此，對(duì)渠道進(jìn)行防滲襯砌處理是渠道運(yùn)行的關(guān)鍵所在。原渠道的砌護(hù)全部采用底部鋪設(shè)土工膜，上部襯砌6mm～8cm厚度不等的預(yù)制混凝土板；混凝土板鋪設(shè)后的勾縫原來(lái)采用1cm寬的M10水泥砂漿勾縫，改造時(shí)采用5cm寬的C20細(xì)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(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)行，渠道老化破壞現(xiàn)象嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在渠道襯砌的混凝土板勾縫開(kāi)裂、混凝土板整體或成片滑塌現(xiàn)象。滑塌現(xiàn)象的出現(xiàn)首先表現(xiàn)為渠道坡腳處混凝土板細(xì)石混凝土的填縫邊出現(xiàn)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(shí)間

對(duì)混凝土板滑塌部位進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，渠堤內(nèi)側(cè)混凝土板下的土壤含水率有些部位達(dá)到60%以上，內(nèi)側(cè)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(shè)的土工膜局部有破洞沒(méi)有修補(bǔ)，土工膜的接縫處有些部位漏焊；板縫間的填縫混凝土開(kāi)裂?；炷涟寤l(fā)生的時(shí)間主要在以下三個(gè)階段：一是每年春季渠道消融后發(fā)生；二是季節(jié)性的灌溉停水后發(fā)生；三是泵站突然失電導(dǎo)致渠道水位迅速降低時(shí)發(fā)生。混凝土板滑塌發(fā)生的位置一般在土工膜與砂漿墊層間發(fā)生滑塌?；炷涟迮c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(qiáng)度（大于13MPa）和斷裂伸長(zhǎng)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(diǎn)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(shí)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(guò)程中對(duì)破損的部位沒(méi)有得到及時(shí)修補(bǔ)造成滲水。

渠道襯砌混凝土板滑塌的原因有以下三個(gè)方面：一是在渠道運(yùn)行過(guò)程中混凝土板縫進(jìn)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(guò)程中局部混凝土板縫間的細(xì)石混凝土填縫不密實(shí)，渠道水流從混凝土填縫的裂縫進(jìn)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(gè)行水期時(shí)進(jìn)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(wěn)定性減??；在這樣的惡性循環(huán)中最終導(dǎo)致渠道混凝土板的滑塌。三是在渠道季節(jié)性的停水和泵站突然失電時(shí)，由于渠道內(nèi)水位下降過(guò)快，砂漿墊層與土工膜間的含水量還處在飽和狀態(tài)，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(dǎo)致混凝土板滑塌。

渠道混凝土板滑塌圖（見(jiàn)圖1）

圖1　

圖2　

渠道混凝土板受凍脹破壞圖（見(jiàn)圖2）

3.改進(jìn)方法

1）復(fù)合土工膜的特點(diǎn)及指標(biāo)

渠道襯砌時(shí)鋪設(shè)的土工膜改為雙面粘有土工織物的復(fù)合土工膜，復(fù)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(jī)焊接，操作方便，并能保證接縫的質(zhì)量。土工布采用200g/m2的聚酯長(zhǎng)絲土工織物和土工膜雙面復(fù)合而成。復(fù)合土工膜的主要參數(shù)如表1所列。

表1　復(fù)合土工膜的主要性能控制指標(biāo)

2）復(fù)合土工膜的鋪設(shè)

采用雙面復(fù)合土工膜作渠道鋪設(shè)時(shí)，渠道基面必須夯實(shí)，整平、表面無(wú)硬物等雜質(zhì)存在。鋪設(shè)復(fù)合土工膜沿內(nèi)坡向上延伸到渠堤頂，在距離渠道內(nèi)沿邊坡20cm的距離時(shí)，開(kāi)挖一條窄深式的錨固溝，將復(fù)合土工膜平鋪入溝內(nèi)用砂漿或細(xì)石混凝土振搗密實(shí)覆蓋，后放置混凝土封沿板，這樣既能達(dá)到土工膜的錨固作用，又能有效防止復(fù)合土工膜的下滑，能達(dá)到渠道美觀的目的。

圖3　

邊坡復(fù)合土工膜錨固示意圖（見(jiàn)圖3）

3）復(fù)合土工膜上砂漿的穩(wěn)定性

在渠道運(yùn)行中為了防止渠道混凝土板的滑塌，必須使渠道預(yù)制混凝土板與砂漿墊層以及砂漿墊層與復(fù)合土工膜之間牢固結(jié)合，這兩者之間具有很強(qiáng)的粘接力。具體做法是在渠道混凝土板襯砌施工中，在復(fù)合土工膜的上面鋪設(shè)M7.5水泥砂漿墊層后立即鋪設(shè)混凝土板，鋪設(shè)的砂漿墊層在混凝土板下要均勻、密實(shí)，使砂漿在水化過(guò)程中與混凝土板牢固粘結(jié)。復(fù)合土工膜與水泥砂漿粘接后，水泥砂漿中的水泥漿會(huì)與復(fù)合土工膜中的土工織物很好的粘結(jié)在一起，這樣能使水泥砂漿與復(fù)合土工膜和混凝土板都能很好的結(jié)合。經(jīng)試驗(yàn)，水泥砂漿與復(fù)合土工膜的粘結(jié)力可以達(dá)到0.1～0.15MPa。按照渠道邊坡1：1.5的坡比對(duì)混凝土板下的砂漿墊層與復(fù)合土工膜之間的抗滑穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，它們之間只要有0.01MPa的粘接力就能達(dá)到穩(wěn)定，這樣砂漿墊層與復(fù)合土工膜之間的抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)達(dá)到10.0以上，完全滿足穩(wěn)定要求。

4）復(fù)合土工膜與土工膜比較的優(yōu)缺點(diǎn)

在所用膜厚度相同情況下的復(fù)合土工膜與土工膜相比較：優(yōu)點(diǎn)，一是在相同施工條件下復(fù)合土工膜不易破損，復(fù)合土工膜的斷裂強(qiáng)度和撕破強(qiáng)度都比土工膜大；二是復(fù)合土工膜與砂漿墊層間的粘結(jié)力比土工膜大，混凝土板的抗滑穩(wěn)定性好，能有效防止渠道混凝土板的滑塌；三是復(fù)合土工膜的抗?jié)B透能力比土工膜大，防滲效果好。缺點(diǎn)：使用復(fù)合土工膜的成本比土工膜高，按照現(xiàn)在的市場(chǎng)價(jià)格，使用復(fù)合土工膜比土工膜的造價(jià)每平米高3－4元。

4.幾點(diǎn)體會(huì)

在渠道襯砌中使用復(fù)合土工膜，一是能有效避免或減少在施工中土工膜發(fā)生破損的的可能性；二是減少施工中粘接破洞的次數(shù)和人的因素；三是鋪設(shè)復(fù)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(shù)。四是使用復(fù)合土工膜在渠道長(zhǎng)期運(yùn)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(fù)合土工膜一次性的投資成本有所增加，但后期渠道運(yùn)行維護(hù)成本卻大大降低，提高渠道行水的安全系數(shù)。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(jià)值。