湿陷性黄土渠道的土工膜防渗技术应用分析

曹积国

(永昌县四坝水利管理处，甘肃 永昌 737200)



湿陷性黄土渠道的土工膜防渗技术应用分析

曹积国

(永昌县四坝水利管理处，甘肃 永昌 737200)

现代农业发展更加强调资源的高效利用，节水意识成为农业灌溉发展的核心。随着科学技术的发展，使用新工艺、新技术和新材料来使农业灌区工程的科技含量得到提升成为可能。鉴于西北地区冻融交替、干湿交换的气候条件和多高寒及湿陷性黄土渠道的现状，土工膜防渗技术将具备更大的应用空间。文章笔者对湿陷性黄土渠道中土工膜防渗技术的物理性质、施工工艺等进行论述，旨在为解决当前西北地区农业灌溉的渗漏、冻胀问题提供解决方法。

渠道防渗；湿陷性黄土；土工膜防渗技术；施工工艺

0 引 言

随着现代农业的发展，节水灌溉被越来越多的人关注和重视。就我国西北地区而言，农田灌溉的主要方式是渠道灌溉。农业灌溉工程的好坏对农业的发展产生直接影响，所以对灌区渠道进行进一步的管理有重要的现实意义[1]。位于甘肃省金昌地区的部分灌区由于土层较厚、地下水买埋藏深，多属于湿陷性黄土地带。灌溉期间工程事故频发，为解决这一现状，需要在湿陷性黄土渠道中使用土工膜防渗技术。

1 湿陷性黄土渠道应用土工膜防渗技术的必要性

当前在我国西北地区，渠道输水是农田灌溉的主要方式，传统的土渠灌溉渗漏损耗比较大，损耗率几乎达到了输水量的一半。国内外普遍采用低压管道输水或者防渗渠道输水，减少输水过程中造成的损失。

甘肃金昌地区的部分农田灌溉区域几乎是湿陷性黄土渠道的必经之处。再加上季节性的气候影响，没有进行具有针对性的防冻胀和防渗措施，对渠道的安全产生直接的威胁，所以需要对当地的湿陷性黄土渠道进行防渗处理，这样不但可以提高输水的利用率，而且也确保了渠道的安全性。在当地湿陷性黄土渠道中，土工膜、砾石垫层及混凝土板衬砌的防渗衬砌形式得到应用，土工膜防渗技术又是整个工程中的核心，它使渠道土壤中的水分减少，减少冻胀现象的发生。

2 湿陷性黄土渠道土工膜防渗技术内容概述

2.1 土工膜防渗技术的物理性质

防渗渠道的土工膜选择需要遵循一定的规则，在选择的过程中需要考虑到薄膜的耐久性、防渗性能、抗变形能力等[2]。聚乙烯土工膜是当前防渗工程中比较常用的一种，它具有以下优点：

1)厚度和抗拉强度变化规律良好。

2)如薄膜的伸长率超过500%，证明其性能较好。

3)若纵向、横向的抗拉强度比较接近，这说明聚乙烯膜各向同性。

4)聚乙烯膜的渗透系数极低，具有良好的抗渗性能。但塑料薄膜也存在一定的缺陷，比如穿刺强度低等。

土工膜如果直接暴露在空气中，强度也会有所降低。因此在设计和施工的过程中不但需要减少土工膜在搬运、铺设时被穿刺、冲击或者撕裂，还需要保证土壤厚度，避免接受紫外线的直接照射。

2.2 湿陷性黄土渠道土工膜铺衬形式

根据黄土的物理性质来看，其力学结构特点主要表现为湿陷性、欠压密性和结构性[3]。根据对黄土的颗粒进行电镜分析，结果发现黄土颗粒主要是由黏胶微细碎屑胶或者单个的粉粒组成。因此在选择渠道铺衬形式时需要考虑到湿陷性黄土的特点。针对渠道的防冻胀技术，国外一般采用抵抗的策略，即增设置换层，提高防渗材料的强度。根据湿陷性黄土的特点，可以采用柔性防渗，刚性防护的原则来减少湿陷性对渠道所产生的影响。近几年来我国的塑膜和混凝土复合技术得到发展，防渗的材料从单一材料变为复合材料。因此土工膜的铺衬形式可以如下：防渗层选择柔性膜材料，在防渗层之上使用混凝土作为保护层，避免遭受到外界破坏，使工程的寿命得以延长[4-6]。

2.3 土工膜防渗渠道施工工艺

2.3.1 材料要求

土工膜在运输、搬运或者施工的过程中容易受到偶然破坏，比如在渠道上的杂物或者碎石等都可能会使土工膜出现划痕或者裂痕。但是这些因素都是不确定的，所以只能依靠经验法来确定在具体铺设过程中的要求。

在渠道防渗过程中使用的土工膜一般需要有很好的阻水性，具备抵抗破坏的基本能力，便于焊接工作的进行，可以适应由于其它因素所导致的变形，同时还需要考虑到偶然荷载因素等对土工膜所形成的破坏作用。

2.3.2 焊接土工膜

土工膜成品一般是卷材形式。根据土工膜具体的长宽厚分成不同的规格。在土工膜具体的使用过程中按照预先设计好的数据焊接土工膜，土工膜自身一般不会出现渗漏现象，所以一定要注意接缝处的焊接效果，减少渗漏现象[7]。我国在焊接施工过程中通常使用热锲焊机，焊接的质量会受到施工器械、热锲速度、温度以及土工膜种类的影响，另外在选择焊接参数时需要充分考虑到风力和温度的影响。在焊接结束之后要进行打压检测，观察其焊接效果。焊接处材料的防渗性能不能低于原材料的80%，在焊接过程中不但需要注意漏接、弱接等现象的发生，而且还要注意是否有焊接温度过高导致出现融化现象的发生。

2.3.3 锚固土工膜

在整个防渗建设中，锚固土工膜是十分重要的环节，实际上对于一项优秀的土工膜防渗工程而言，不但需要施工过程中工人们对设计意图的准确理解，而且还需要从施工的角度提出一些比较有创造性的措施。

比如在渠道的土工膜的铺设过程中，到达坡顶时，常规的做法是在距离坡顶的某个位置，平行的开挖一条比较浅的锚固沟，埋入相应的土工膜，然后再使用土壤将其夯实，最主要是为了减少土工膜在渠道内出现滑移。坡顶的土工膜可以使用壤土直接进行覆盖也可以铺设相应的砂浆，然后使用混凝土进行封闭，达到渠道美观和牢固的目的[8]。

2.3.4 稳固垫层

为了加强渠道抗冻涨能力，预防渠道变形破坏，减少土工膜在铺设过程中受到的损伤，在渠道建设过程中，采取如下措施：将土渠按设计尺寸挖成型后，在土渠上面垫30-50cm厚的砾石垫层，并将其夯实，然后用砌筑砂浆将砾石固面成型。待砂浆凝固成型后，再在砂浆上面铺设焊接好的土工膜，最后浇筑混凝土板。

2.3.5 铺设土工膜

土工膜的铺设并不像人们想象的那么简单，成功铺设土工膜不仅需要施工者对设计意图的理解，而且还需要综合现场的具体情况，最终进行有效的融合。

在铺设土工膜中不可避免会出现一些问题，待土工膜拼接成功之后需要在上层浇筑混凝土板，此时土工膜受到破坏的几率比较大，所以此时需要加强现场监督和施工管理。另外需要控制好施工的温度，如果温度过好，土工膜会出现蠕变现象，如果温度过低则会出现材料变脆现象，质量无法得到保障。另外还需要考虑到风力对土工膜施工的影响，避免风力使土工膜起张，进而被破坏[9]。

3 湿陷性黄土渠道应用土工膜防渗技术实例分析

3.1 工程项目区的地性气候特点

金昌地势自西南向东北倾斜。地形以山地、平原为主，戈壁、绿洲、大漠东西展开，南北更替，相间排列。西南部祁连山冷龙岭及其支脉，是金昌重要的水源涵养区，中部永昌、清河、三堡等绿洲，是境内主要农作物种植区。东北部海拔在1500m左右，除宁远、双湾绿洲外，其余则为戈壁、沙丘、荒漠和半荒漠草原。金昌属大陆性温带干旱气候，由东北到西南，大体划分为5个气候区，降水量由东北向西南随地势升高而增加，川区降水少，山区降水多。

3.2 工程项目区土工膜防渗技术的具体应用

近几年，在甘肃金昌的湿陷性黄土灌区渠道改造过程中，在一定范围内推广使用土工膜防渗技术，以土工膜作为主要的防渗材料，并且在具体的实践过程中得到了不少相关的实用技术和使用经验。比如在2012—2015年本区域的东河灌区续建配套与节水改造项目中，就采用了土工膜防渗、砾石垫层固面和混凝土板加固技术，对直峡山干渠部分渠道进行改造，经过近几年的运行监测，发现使用土工膜防渗技术，土工膜下面土壤的渗透水量只有9%左右，与此形成鲜明对比的是没有铺设土工膜，只进行混凝土板加固改建的渠道，渗水率达到了30%左右，渠道渗漏现象十分严重。没有进行土工膜防渗，其输水量渗透率高的原因主要是没有使用有效的防渗技术和防渗型式。

在渠道长期的运行过程中，混凝土板会受到土壤的湿陷性变形以及土壤冻融作用的影响，出现开裂现象，进而产生更为严重的渗漏现象，使土壤中的水分含量较大。

经过多次的循环，混凝土板不断受到沉降和冻胀的作用，加速了渠道的老化。根据实际应用情况来看，在湿陷性黄土渠道中应用土工膜防渗技术可以提高渠道的防渗率，减少水资源浪费[10]。

3.3 工程项目区土工膜防渗技术应用效果

现代农业发展更加强调资源的高效利用，节水意识成为农业灌溉发展的核心。随着科学技术的发展，使用新工艺、新技术和新材料来使农业灌区工程的科技含量得到提升成为可能。想要提高湿陷性黄土农业灌区渠道的防渗率，需要应用新的防渗技术和防渗材料，经过几年的应用和发展，已经证明在湿陷性黄土渠道使用土工膜防渗技术可以满足抗冻、抗渗的设计要求，而且具备施工工艺简单、质量小，工程造价合适的优点，不但节省了土地资源还减少了资源的浪费。应用效果主要表现为以下几点：

1)利用土工膜防渗技术使灌区内渠道的输水能力大大提高，灌溉的质量得到提升。渗漏损失明显减少，灌溉周期也得到缩短，农作物可以得到及时的灌溉。

2)水资源的利用率进一步提高，灌溉面积扩大，灌溉条件得到优化，最终为农民增收和农业增产提供保障。

3)促进农业灌溉区域内种植结构的调整，一些高附加值和高产的农作物种植面积逐渐扩大，使灌区内的自然植被得到很好的生长，农民的生活质量和生活水平有效提高。

4 总 结

农业发展关乎国计民生，农业灌溉质量对农业的发展至关重要。在我国西北地区由于气候条件的影响，在灌区内出现大量的湿陷性黄土，为灌溉带来了不少问题。针对甘肃金昌地区湿陷性黄土渠道内渗透率高，输水率低的现状，采用土工膜防渗技术，与砂浆和混凝土板结合运用，发现其防渗效果显著，渗漏损失明显减少，水资源利用率不断提高。农田灌区内的灌溉条件得到改善，农作物可以更好的生长，农民的生活水平和生活质量也得到提高。

[1]王绪存,王红雨.土工膜防渗技术及其在湿陷性黄土渠道中的应用[J].农业科学研究,2008(02):29-32，38.

[2]郭斌.湿陷性黄土地区灰土垫层与防渗膜复合地基研究[D].兰州：兰州大学,2014.

[3]贺香.灰土垫层与防渗膜联合处理湿陷性黄土地基[D].兰州：兰州大学,2014.

[4]梅源.湿陷性黄土高填方地基处理技术及稳定性试验研究[D].西安：西安建筑科技大学,2013.

[5]俞亚南,解宏伟,林伶利.大型储液池土工膜防渗设计方法探讨[J].防渗技术，1998(03)：89-92.

[6]王青生,王丽萍.土工膜防渗技术在涌丰灌区的应用[J].内蒙古水利，1997(01)：65-68.

[7]吴景海,陈环.土工膜防渗层渗漏流量的计算[J].岩土工程学报，1995(02)：23-24.

[8]张广恕,董英超.土工膜在砂堤防渗工程中的应用[J].民营科技，2015(04)：21-22.

[9]孙丹,沈振中,崔健健.土工膜缺陷引起的土工膜防渗砂砾石坝渗漏数值模拟[J].水电能源科学，2013(04)：66-68.

[10]申淮伟,刘婷.土工膜防渗技术在东方红水库除险加固中的应用[J].中国水运：下半月，2013(04)：59-60.

1007-7596(2017)02-0048-03

2017-02-14

曹积国(1969-)，男，甘肃永昌人，工程师。

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