土工膜防渗结构设计初探

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工 程科技
土工膜 防渗 结构设 计初探
谷秀 坤
（ 黑龙 江省新奥博工程设计有 限公 司， 黑龙 江 哈 尔滨 １０ ９ ） ５ ０ ０ 摘 要： 土工膜是一种优质 、 经济的土工合成防渗材料 ， 近年 来在我 国水利 工程上得到 广泛的应 用。结合 工程 设计 实际情况 ， 对土 工 膜的性 能、 防渗结构形式以及复合土工膜特性等方面进行 了探讨 ， 并进行 经济分析。 关键词 ： 土工膜 ； 防渗结构 ； 保护层 ； 过渡层 ； 经济分析 我国是—个发展中的农业大国，农田水利是农村发展乃至整个社 用厚度为 ０１～ ． ｒｍ的膜料即可满足防渗需要 ， ．８ ０ ２ ２ａ 而且经济适用。 以渠 会经济发展的基础 。我 国水资源相对丰富， 但人均水资源十分紧缺 ， 道设计流量 ≤３ ｒ 的情况为例 ，配套渠道防渗土工膜选用膜厚为 水 ． ％ Ｏ ｅ 资源的利用率 比较低 ， 国用水量 中， 在全 农业灌溉用水 占 ８ ％， ８ 但农业 ０ ０ ｍ的复合土工膜 ， ．ｍ ２ 两布一膜 ， 重量为 ４ ０ ｍ ， ５ ＃ 幅宽 ４ ６ ｍ。同时为 灌溉水利用率全国平均不足 ０ ， ． 较发达国家低 ０ — ． ５ ． ０。 ２ ３ 保证复合土工膜 的稳定性， 堤顶设置宽度为 ０ ｍ的混凝土板压盖复合 ． ５ 实施渠道防渗节水灌溉措施， 有利于提高水资源利用率 ， 增加灌溉 土工膜 。 面积， 对于农业的可持续发展和保障粮食安全 ， 发展农村经济和改善农 为保护土工膜不受 阳光直接照射老化变质和水流冲刷逐渐破坏土 在土工膜上面设保护层。土工膜保护层有土料 ， 水 村作物种植环境发挥着巨大的作用。根据不同的防渗材料渠道防渗类 工膜的土工织物层， 型可分为土料防渗 、 水泥土防渗、 膜料防渗、 混凝土防渗 以及沥青混凝 泥土 ， 砂砾， 石料（ 石料保护层需设过滤层 ） 和混凝土等。 土防渗等。主要针对膜料防渗进行简要分析。 土料和水泥土保护层防冲刷效果较差 ， 适应流速 比较小 ， 输水能力 而且保护层厚度随着水流的冲刷逐年减小 ， 维修量大 ， 因此一般不 膜料防渗应采用埋铺式膜料防渗形式，根据结构形式膜料防渗可 差， 分为有过渡层和无过渡层两种防渗结构。有过渡层的膜料防渗宜用于 采用土料和水泥土保护层。 岩石、 砂砾石 、 土渠基和用石料 、 砂砾石 、 现浇碎石混凝土或预制混凝土 砂砾石和砌石保护层虽然经久耐用 ， 的流速较大， 适用 耐冲刷 ， 但 减弱渠道输水能力 ， 增大渠道断面， 致使工程量大， 直 做保护层的防渗结构。 无过渡层的膜料防渗宜用于土渠基和用粘性土 、 渠槽糙率系数大 ， 水泥土做保护层的防渗结构。 接影响工程造价。 根 据 《 道 防 渗工 程 技 术规 范 》 渠 ，中 小 型渠 道 宜用 厚 度 为 混凝土保护层具有使用寿命长 、 防渗效果好 、 强度高 、 糙率系数小 、 ０１ ． ｍｍ的深色塑膜 ，或厚度为 ０ ０ ０ ５ ｍ的用无碱或 中碱玻 输水能力强 ， ． ０２ ８ ２ ． —． ｒ ６ ６ａ 美观不易破坏等优点 ， 用于中小型渠道 ， 经济效果显著。 混 璃纤维布机制的油毡。大型渠道宜用厚度 ０ — ． ｍ的深色塑膜。 ．０ｒ ３ ６ ａ 凝土保护层可分为现浇和预制两种， 因现浇混凝土厚度要大些 ， 工程量 膜料防渗可以有效的防止渠道渗漏 ， 具有重量轻 、 运输方便 、 施工 加大 ， 且在施工过程 中强度不易保证 ， 施工难度较大 ； 而预制混凝土板 简单 、 造价低、 耐腐蚀 、 防渗效果好等优点。据国外实验资料统计 ， 膜料 保护层混凝土强度易保证 ， 稳定性能好 ， 适应冻胀变形条件较好 ， 冻胀 防渗有效期可达 ｌ～ ５ ５ ２ 年。 破坏便于维修 ， 施工简便 ， 经济效益更显著。 因此 ， 比较常用的是预制混 １土工膜防渗结构设计 凝土板干砌保护层。 土工膜防渗结构采用埋铺式 ，土工膜防渗结构设计应根据工程 陛 勤得利灌区内骨干渠道 已建成， 我们土地整理项 目配套建设的支 、 质、 、 隆租使用条件等确定 。土渠基膜料防渗层铺膜基槽断面 斗渠均是流量 ＜ ． ｓ 类别 重要． ３ ／的中小型渠道， Ｏ 混凝土保护层厚度不需太大。另 形式 ， 应根据土基稳定 、 、 防渗 防冻要求与施工条件合理选定 ， 可采用 外， 勤得利灌 区属于严寒地 区， 混凝土保护层需满足抗冻抗裂要求。经 梯形 、 弧底梯形 、 弧形坡脚梯形等断面形式 。 实验数据证明 ， 混凝土即将开裂时 ， 钢筋的拉应力只达 到 ２ ＭＰ ， 以 ０ ａ所 工程特性以及过渡层设置情况可 如果要提高混凝土保护层抗冻抗裂能力 ，采用钢筋混凝土的方法是不 分为有过渡层防渗结构和无过渡层防渗结构两种。 经济 、 不合理的。因此只需采用素混凝土保护层即可 ， 同时可通过增大 防渗膜种类很多 ， 按材料性质分为是塑型料类 、 橡胶类 、 沥青类和 混凝土保护层厚度和提高混凝土标号两种方式使混凝土保护层满足抗 环氧树脂类等； 按结构可分为不加强土工膜 、 加强土工膜 、 复合型土工 冻抗裂能力 。 膜。 勤得利灌区配套建设支 、 斗渠流量 ＜ ． ％， ３ ｒ 流速小于 ３ ｍ ｓ根据 Ｏ ｅ ． ／。 ０ 土工膜是以塑料薄膜作为防渗基材的防渗材料。 目前， 国内外防渗 《 渠道防渗工程技术规范》 预制混凝土保护层厚度为 ４ ８ｍ； － ｃ 根据《 小型 应用的塑料薄膜 ， 主要有聚氯 乙烯（ Ｖ ） 乙烯（Ｅ） Ｖ （ Ｐ Ｃ 和聚 Ｐ 、 Ａ 乙烯 ／ Ｅ 醋 混凝土衬砌渠道建设管理建明手册》寒冷地区小型渠道流速小于 ３ ／ ｍｓ 酸乙烯共聚物 ）它们是一种高分子化学柔性材料 ， ， 比重较小， 延伸性较 时， 梯形渠道混凝土等厚板最小厚度为 ６ｍ； ｅ 同时参考相 同纬度 已实施 强， 适应变形能力高 ， 耐腐蚀 ， 耐低温 ， 抗冻性能好。其主要机理是以塑 项目采用 ６ ｍ混凝土保护层的施工情况及项 目后期运行 睛况 ，并综合 ｃ 料薄膜的不透水性隔断土坝漏水通道 ，以其较大的抗拉强度和延伸率 考虑渠道防冻要求 、 渠道流量 、 流速及勤得利灌 区土壤和地下水 隋况和 承受水压和适应坝体变形； 项 目经济效益等确定混凝土保护层厚度。 复合土工膜是在薄膜的— ０ 或两侧贴上土工布 ， 形成复合土工膜。 设计支渠采用的预制混凝土板厚度为 ８ｒ，斗渠采用的预制混凝 ｅ ａ 其形式有一布一膜 、 二布一膜 、 两膜一布等。土工布作为土工膜的保护 土板厚度为 ６ ｍ， ｃ 完全满足施工及运行要求。考虑施工方便 ， 混凝土板 层， 使其不受损坏。与土工布复合而成的土工防渗材料 ， 它的防渗陛能 规格采用 ４ × ０ｍ和 ５ ７ ｃ ０ ６ｃ ０Ｘ ０ ｍ两种 。按规范要求，严寒地区 （ Ｔ＜ 主要取决于塑料薄膜的防渗 胜能。而无纺布亦是一种高分子短纤维化 １ ℃）流量在 ２ —２ ｍ 时混凝土强度标号 Ｃ ５抗冻标号 Ｆ Ｏ ， ０ ， ． ０％ ０ １， Ｉ０抗 学材料， 通过针刺或热粘成形 ， 具有较高的抗拉强度和延伸性 ， 它与塑 渗标号 Ｗ６考虑项 目 。 区位于严寒地区东北部 ， 气温相对更低 ， 为提高混 料薄膜结合后 ， 不仅增大了塑料薄膜的抗拉强度和抗穿刺能力 ， 而且由 凝土保护层抗冻抗裂能力 ， 因此设计时将混凝土强度 、 抗冻等级提高一 于无纺布表面粗糙 ， 增大了接触面的摩擦系数 ， 有利于复合土工膜及保 级 ， 即预制板保护层混凝土强度为 Ｃ ０抗冻标号 Ｆ ０ ， ２， ２ ０抗渗标号 Ｗ６ 。 护层的稳定。同时， 它们对细菌和化学作用有较好的耐侵蚀性 ， 不怕酸、 过渡层可采用灰土， 塑性水泥土、 砂浆以及土和砂等 ， 目设计采 项 碱、 盐类的侵蚀。 用砂作为过渡层。由于渠基土壤条件较好， 设计考虑不设膜下过渡层 ； 目前 ， 渠道防渗工程采用的多为复合土工膜。 复合土工膜又分为淋 同时根据《 土工合成材料应用技术规范》在选用复合土工膜作为防渗 ， 膜复合土工膜和腹膜复合土工膜。淋膜复合土工膜是膜和布一次压制 材料时可不设膜 Ｅ 过渡层 ，因此设计考虑采用无过渡层的防渗结构形 成型 ， 觇 是膜薄厚不均， 但造价低 ， 渠道防渗一般不宜采用。 腹膜复合 式。 土工膜是膜和布两次压制成型 ， 因膜是单做的， 膜厚均匀 ， 质量好 ， 但造 但根据具体施工情况来看 ， 由于预制混凝土板质地坚硬 ， 为保护复 价 略高 于淋膜 。 合土工膜和找平混凝土板铺筑平整度 ， 在混凝土板下铺设膜上过渡层 ， 防渗膜料太薄在施工中容易被外力破坏 ， 且易老化 ， 使用寿命短。 过渡层选用砂过渡层 ， 造价低廉。 根据规范砂垫层��