曹積國(guó)

(永昌縣四壩水利管理處，甘肅 永昌 737200)

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濕陷性黃土渠道的土工膜防滲技術(shù)應(yīng)用分析

曹積國(guó)

(永昌縣四壩水利管理處，甘肅 永昌 737200)

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展更加強(qiáng)調(diào)資源的高效利用，節(jié)水意識(shí)成為農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展的核心。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使用新工藝、新技術(shù)和新材料來使農(nóng)業(yè)灌區(qū)工程的科技含量得到提升成為可能。鑒于西北地區(qū)凍融交替、干濕交換的氣候條件和多高寒及濕陷性黃土渠道的現(xiàn)狀，土工膜防滲技術(shù)將具備更大的應(yīng)用空間。文章筆者對(duì)濕陷性黃土渠道中土工膜防滲技術(shù)的物理性質(zhì)、施工工藝等進(jìn)行論述，旨在為解決當(dāng)前西北地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉的滲漏、凍脹問題提供解決方法。

渠道防滲；濕陷性黃土；土工膜防滲技術(shù)；施工工藝

0 引 言

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，節(jié)水灌溉被越來越多的人關(guān)注和重視。就我國(guó)西北地區(qū)而言，農(nóng)田灌溉的主要方式是渠道灌溉。農(nóng)業(yè)灌溉工程的好壞對(duì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生直接影響，所以對(duì)灌區(qū)渠道進(jìn)行進(jìn)一步的管理有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。位于甘肅省金昌地區(qū)的部分灌區(qū)由于土層較厚、地下水買埋藏深，多屬于濕陷性黃土地帶。灌溉期間工程事故頻發(fā)，為解決這一現(xiàn)狀，需要在濕陷性黃土渠道中使用土工膜防滲技術(shù)。

1 濕陷性黃土渠道應(yīng)用土工膜防滲技術(shù)的必要性

當(dāng)前在我國(guó)西北地區(qū)，渠道輸水是農(nóng)田灌溉的主要方式，傳統(tǒng)的土渠灌溉滲漏損耗比較大，損耗率幾乎達(dá)到了輸水量的一半。國(guó)內(nèi)外普遍采用低壓管道輸水或者防滲渠道輸水，減少輸水過程中造成的損失。

甘肅金昌地區(qū)的部分農(nóng)田灌溉區(qū)域幾乎是濕陷性黃土渠道的必經(jīng)之處。再加上季節(jié)性的氣候影響，沒有進(jìn)行具有針對(duì)性的防凍脹和防滲措施，對(duì)渠道的安全產(chǎn)生直接的威脅，所以需要對(duì)當(dāng)?shù)氐臐裣菪渣S土渠道進(jìn)行防滲處理，這樣不但可以提高輸水的利用率，而且也確保了渠道的安全性。在當(dāng)?shù)貪裣菪渣S土渠道中，土工膜、礫石墊層及混凝土板襯砌的防滲襯砌形式得到應(yīng)用，土工膜防滲技術(shù)又是整個(gè)工程中的核心，它使渠道土壤中的水分減少，減少凍脹現(xiàn)象的發(fā)生。

2 濕陷性黃土渠道土工膜防滲技術(shù)內(nèi)容概述

2.1 土工膜防滲技術(shù)的物理性質(zhì)

防滲渠道的土工膜選擇需要遵循一定的規(guī)則，在選擇的過程中需要考慮到薄膜的耐久性、防滲性能、抗變形能力等[2]。聚乙烯土工膜是當(dāng)前防滲工程中比較常用的一種，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)厚度和抗拉強(qiáng)度變化規(guī)律良好。

2)如薄膜的伸長(zhǎng)率超過500%，證明其性能較好。

3)若縱向、橫向的抗拉強(qiáng)度比較接近，這說明聚乙烯膜各向同性。

4)聚乙烯膜的滲透系數(shù)極低，具有良好的抗?jié)B性能。但塑料薄膜也存在一定的缺陷，比如穿刺強(qiáng)度低等。

土工膜如果直接暴露在空氣中，強(qiáng)度也會(huì)有所降低。因此在設(shè)計(jì)和施工的過程中不但需要減少土工膜在搬運(yùn)、鋪設(shè)時(shí)被穿刺、沖擊或者撕裂，還需要保證土壤厚度，避免接受紫外線的直接照射。

2.2 濕陷性黃土渠道土工膜鋪襯形式

根據(jù)黃土的物理性質(zhì)來看，其力學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要表現(xiàn)為濕陷性、欠壓密性和結(jié)構(gòu)性[3]。根據(jù)對(duì)黃土的顆粒進(jìn)行電鏡分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)黃土顆粒主要是由黏膠微細(xì)碎屑膠或者單個(gè)的粉粒組成。因此在選擇渠道鋪襯形式時(shí)需要考慮到濕陷性黃土的特點(diǎn)。針對(duì)渠道的防凍脹技術(shù)，國(guó)外一般采用抵抗的策略，即增設(shè)置換層，提高防滲材料的強(qiáng)度。根據(jù)濕陷性黃土的特點(diǎn)，可以采用柔性防滲，剛性防護(hù)的原則來減少濕陷性對(duì)渠道所產(chǎn)生的影響。近幾年來我國(guó)的塑膜和混凝土復(fù)合技術(shù)得到發(fā)展，防滲的材料從單一材料變?yōu)閺?fù)合材料。因此土工膜的鋪襯形式可以如下：防滲層選擇柔性膜材料，在防滲層之上使用混凝土作為保護(hù)層，避免遭受到外界破壞，使工程的壽命得以延長(zhǎng)[4-6]。

2.3 土工膜防滲渠道施工工藝

2.3.1 材料要求

土工膜在運(yùn)輸、搬運(yùn)或者施工的過程中容易受到偶然破壞，比如在渠道上的雜物或者碎石等都可能會(huì)使土工膜出現(xiàn)劃痕或者裂痕。但是這些因素都是不確定的，所以只能依靠經(jīng)驗(yàn)法來確定在具體鋪設(shè)過程中的要求。

在渠道防滲過程中使用的土工膜一般需要有很好的阻水性，具備抵抗破壞的基本能力，便于焊接工作的進(jìn)行，可以適應(yīng)由于其它因素所導(dǎo)致的變形，同時(shí)還需要考慮到偶然荷載因素等對(duì)土工膜所形成的破壞作用。

2.3.2 焊接土工膜

土工膜成品一般是卷材形式。根據(jù)土工膜具體的長(zhǎng)寬厚分成不同的規(guī)格。在土工膜具體的使用過程中按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)焊接土工膜，土工膜自身一般不會(huì)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，所以一定要注意接縫處的焊接效果，減少滲漏現(xiàn)象[7]。我國(guó)在焊接施工過程中通常使用熱鍥焊機(jī)，焊接的質(zhì)量會(huì)受到施工器械、熱鍥速度、溫度以及土工膜種類的影響，另外在選擇焊接參數(shù)時(shí)需要充分考慮到風(fēng)力和溫度的影響。在焊接結(jié)束之后要進(jìn)行打壓檢測(cè)，觀察其焊接效果。焊接處材料的防滲性能不能低于原材料的80%，在焊接過程中不但需要注意漏接、弱接等現(xiàn)象的發(fā)生，而且還要注意是否有焊接溫度過高導(dǎo)致出現(xiàn)融化現(xiàn)象的發(fā)生。

2.3.3 錨固土工膜

在整個(gè)防滲建設(shè)中，錨固土工膜是十分重要的環(huán)節(jié)，實(shí)際上對(duì)于一項(xiàng)優(yōu)秀的土工膜防滲工程而言，不但需要施工過程中工人們對(duì)設(shè)計(jì)意圖的準(zhǔn)確理解，而且還需要從施工的角度提出一些比較有創(chuàng)造性的措施。

比如在渠道的土工膜的鋪設(shè)過程中，到達(dá)坡頂時(shí)，常規(guī)的做法是在距離坡頂?shù)哪硞€(gè)位置，平行的開挖一條比較淺的錨固溝，埋入相應(yīng)的土工膜，然后再使用土壤將其夯實(shí)，最主要是為了減少土工膜在渠道內(nèi)出現(xiàn)滑移。坡頂?shù)耐凉つた梢允褂萌劳林苯舆M(jìn)行覆蓋也可以鋪設(shè)相應(yīng)的砂漿，然后使用混凝土進(jìn)行封閉，達(dá)到渠道美觀和牢固的目的[8]。

2.3.4 穩(wěn)固墊層

為了加強(qiáng)渠道抗凍漲能力，預(yù)防渠道變形破壞，減少土工膜在鋪設(shè)過程中受到的損傷，在渠道建設(shè)過程中，采取如下措施：將土渠按設(shè)計(jì)尺寸挖成型后，在土渠上面墊30-50cm厚的礫石墊層，并將其夯實(shí)，然后用砌筑砂漿將礫石固面成型。待砂漿凝固成型后，再在砂漿上面鋪設(shè)焊接好的土工膜，最后澆筑混凝土板。

2.3.5 鋪設(shè)土工膜

土工膜的鋪設(shè)并不像人們想象的那么簡(jiǎn)單，成功鋪設(shè)土工膜不僅需要施工者對(duì)設(shè)計(jì)意圖的理解，而且還需要綜合現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，最終進(jìn)行有效的融合。

在鋪設(shè)土工膜中不可避免會(huì)出現(xiàn)一些問題，待土工膜拼接成功之后需要在上層澆筑混凝土板，此時(shí)土工膜受到破壞的幾率比較大，所以此時(shí)需要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督和施工管理。另外需要控制好施工的溫度，如果溫度過好，土工膜會(huì)出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象，如果溫度過低則會(huì)出現(xiàn)材料變脆現(xiàn)象，質(zhì)量無法得到保障。另外還需要考慮到風(fēng)力對(duì)土工膜施工的影響，避免風(fēng)力使土工膜起張，進(jìn)而被破壞[9]。

3 濕陷性黃土渠道應(yīng)用土工膜防滲技術(shù)實(shí)例分析

3.1 工程項(xiàng)目區(qū)的地性氣候特點(diǎn)

金昌地勢(shì)自西南向東北傾斜。地形以山地、平原為主，戈壁、綠洲、大漠東西展開，南北更替，相間排列。西南部祁連山冷龍嶺及其支脈，是金昌重要的水源涵養(yǎng)區(qū)，中部永昌、清河、三堡等綠洲，是境內(nèi)主要農(nóng)作物種植區(qū)。東北部海拔在1500m左右，除寧遠(yuǎn)、雙灣綠洲外，其余則為戈壁、沙丘、荒漠和半荒漠草原。金昌屬大陸性溫帶干旱氣候，由東北到西南，大體劃分為5個(gè)氣候區(qū)，降水量由東北向西南隨地勢(shì)升高而增加，川區(qū)降水少，山區(qū)降水多。

3.2 工程項(xiàng)目區(qū)土工膜防滲技術(shù)的具體應(yīng)用

近幾年，在甘肅金昌的濕陷性黃土灌區(qū)渠道改造過程中，在一定范圍內(nèi)推廣使用土工膜防滲技術(shù)，以土工膜作為主要的防滲材料，并且在具體的實(shí)踐過程中得到了不少相關(guān)的實(shí)用技術(shù)和使用經(jīng)驗(yàn)。比如在2012—2015年本區(qū)域的東河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目中，就采用了土工膜防滲、礫石墊層固面和混凝土板加固技術(shù)，對(duì)直峽山干渠部分渠道進(jìn)行改造，經(jīng)過近幾年的運(yùn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)使用土工膜防滲技術(shù)，土工膜下面土壤的滲透水量只有9%左右，與此形成鮮明對(duì)比的是沒有鋪設(shè)土工膜，只進(jìn)行混凝土板加固改建的渠道，滲水率達(dá)到了30%左右，渠道滲漏現(xiàn)象十分嚴(yán)重。沒有進(jìn)行土工膜防滲，其輸水量滲透率高的原因主要是沒有使用有效的防滲技術(shù)和防滲型式。

在渠道長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中，混凝土板會(huì)受到土壤的濕陷性變形以及土壤凍融作用的影響，出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生更為嚴(yán)重的滲漏現(xiàn)象，使土壤中的水分含量較大。

經(jīng)過多次的循環(huán)，混凝土板不斷受到沉降和凍脹的作用，加速了渠道的老化。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來看，在濕陷性黃土渠道中應(yīng)用土工膜防滲技術(shù)可以提高渠道的防滲率，減少水資源浪費(fèi)[10]。

3.3 工程項(xiàng)目區(qū)土工膜防滲技術(shù)應(yīng)用效果

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展更加強(qiáng)調(diào)資源的高效利用，節(jié)水意識(shí)成為農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展的核心。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使用新工藝、新技術(shù)和新材料來使農(nóng)業(yè)灌區(qū)工程的科技含量得到提升成為可能。想要提高濕陷性黃土農(nóng)業(yè)灌區(qū)渠道的防滲率，需要應(yīng)用新的防滲技術(shù)和防滲材料，經(jīng)過幾年的應(yīng)用和發(fā)展，已經(jīng)證明在濕陷性黃土渠道使用土工膜防滲技術(shù)可以滿足抗凍、抗?jié)B的設(shè)計(jì)要求，而且具備施工工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量小，工程造價(jià)合適的優(yōu)點(diǎn)，不但節(jié)省了土地資源還減少了資源的浪費(fèi)。應(yīng)用效果主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

1)利用土工膜防滲技術(shù)使灌區(qū)內(nèi)渠道的輸水能力大大提高，灌溉的質(zhì)量得到提升。滲漏損失明顯減少，灌溉周期也得到縮短，農(nóng)作物可以得到及時(shí)的灌溉。

2)水資源的利用率進(jìn)一步提高，灌溉面積擴(kuò)大，灌溉條件得到優(yōu)化，最終為農(nóng)民增收和農(nóng)業(yè)增產(chǎn)提供保障。

3)促進(jìn)農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)域內(nèi)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，一些高附加值和高產(chǎn)的農(nóng)作物種植面積逐漸擴(kuò)大，使灌區(qū)內(nèi)的自然植被得到很好的生長(zhǎng)，農(nóng)民的生活質(zhì)量和生活水平有效提高。

4 總 結(jié)

農(nóng)業(yè)發(fā)展關(guān)乎國(guó)計(jì)民生，農(nóng)業(yè)灌溉質(zhì)量對(duì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。在我國(guó)西北地區(qū)由于氣候條件的影響，在灌區(qū)內(nèi)出現(xiàn)大量的濕陷性黃土，為灌溉帶來了不少問題。針對(duì)甘肅金昌地區(qū)濕陷性黃土渠道內(nèi)滲透率高，輸水率低的現(xiàn)狀，采用土工膜防滲技術(shù)，與砂漿和混凝土板結(jié)合運(yùn)用，發(fā)現(xiàn)其防滲效果顯著，滲漏損失明顯減少，水資源利用率不斷提高。農(nóng)田灌區(qū)內(nèi)的灌溉條件得到改善，農(nóng)作物可以更好的生長(zhǎng)，農(nóng)民的生活水平和生活質(zhì)量也得到提高。

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1007-7596(2017)02-0048-03

2017-02-14

曹積國(guó)(1969-)，男，甘肅永昌人，工程師。

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