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土工膜在水利工程防渗中的应用—以韩墩灌区为例

来源: http://www.huiguo.net.cn/    发表日期:2015-09-14    浏览:1798

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韩墩灌区全程土渠时代水渗漏严重,过水能力低造成渠道淤积,清嫩任务繁重;灌区土地盐碱化严重。自节水改造以来,过水流速大幅提高,土地盐碱程度降低。因总干渠底未做抗冲防护,流量加大时渠底冲刷明显,渠道中线及弯道凸岸冲刷尤为严重,常导致设计渠底下0.5m深处的防渗塑膜被冲烂泛起。因长期小流量低水位引水使得渠底两侧淤土逐渐增厚密实,遇大流量时中线刷深,防渗膜被冲出后丧失防渗能力。如何依据实际条件调整设计思路,将是灌区续建工程亟需解决的重要环节。

一、土工合成材料应用的影响分析

1.对节水防渗的积极影响

灌区地处黄河下游冲积平原,地势平坦,为人工开挖所成,为地上或半地上型渠道,引水方式为自流输水,筑堤土质偏松、透水性强。土工合成材料作为天然材料及传统材料的代替材料大量应用于渠道衬砌工程有多年历史,如替代茹土的防渗土工膜、替代砂砾反滤料的针刺无纺布。土工合成材料与其他材料相比具有抗腐蚀、施工简便快捷及工程造价低等诸多优势,解决了以往不易解决的工程难题。由于渠道引水具有季节性、阶段性,停水后渠内不存留静水,对于野生动物的迁徙、水生生物的生存不产生负面影响;衬砌后对于沿渠树木生长未见影响;对于周边农耕地的无碱化改良有积极作用。

2.运行中的经验教训分析

防渗工程使用塑膜、编织袋、土工织物、无纺布、聚苯板等大多属不可降解物,因采用握手搭接,整体性差,经水流冲烂泛起后至下游或田间对环境造成污染,既成污染难以弥补。改扩建工程时对既有工程使用的合成材料拆除且未作回收处理,使之成为废弃料造成污染。

总干谷家节制闸至季姜渡槽段20.65km渠段边坡采用塑膜防渗,因塑膜存在易被刺破,与土的摩擦系数小等缺点,加之边坡设计坡度较大、未采取保温措施,运行后出现边坡鼓胀,砼板塌落泛起,板间杂草丛生的现象。各引水口在引水时,受挑流影响,引水口下游边坡及底部齿墙受水流冲击明显,加上冬季冻融循环作用,衬砌及防渗结构遭受损坏。

3.对渠系建筑物的安全隐患

在节制闸、橡胶坝下游排水处使用针刺无纺布替代沙石反滤料,经运行数年后,部分下游底板、海漫塌陷。经查验,发现所有排水管全失效,渗水另由下游海漫溢出,带走细颗粒造成结构损坏。经分析,怀疑无纺布透水性,对无纺布做透水性试验。将河水倒在无纺布上,反复数次后,无纺布丧失透水性。究其原因,是无纺布本身缺陷导致过水细颗粒堵塞布间孔洞,使其失效。

二、改良措施

1.完善规划设计,延长工程使用年限,减轻污染

工程规划须具有前瞻性,若客观条件不成熟,决不仓促上马工程,避免急功近利。最大程度延长工程使用年限,降低环境污染。边坡采用塑膜防渗渠段在改建时可考虑缩窄渠道断面,加大坡比,改用热熔粘接的复合土工布,整体性好、防冲能力强,抗拉强度和抗穿刺能力优于塑膜;无纺布表面粗糙,增大了接触面摩擦系数,利于轮板及自身的稳定,并兼具水平导水的性能。维修翻建时宜成片替代塑膜,做好衔接。

工程翻建时尽量回收利用原防渗材料,能不拆除就不拆。如聚苯板作为保温材料用于护坡防冻,效果远不如采用砂砾料理想,而砂砾料造价高,改建时可考虑不拆除原衬砌;新衬砌可覆盖原结构,原结构经处理后充当新结构的保温层。不同防渗材料宜根据不 同部位的水力特点结合使用。

2.条件容许则尽量与天然建筑材料组合使用

实践证明,天然建材经得起时间考验,对生态环境基本无害, 可就地取材,重复利用性强。即便天然建材比合成材料造价稍高, 也优先考虑使用天然建材。在防渗材料选用调查时应广开思路,以适宜的原则开发利用造价低廉、用量节约的防渗方案,减少自然资源的无谓浪费。

3.注重衬砌结构对防渗设施的保护

衬砌结构在防止渠道冲刷、淤积及坍塌的同时应做到保证自身及防渗、保温结构的安全,节约投资,减轻工程迁占,降低维护费用。提高设计及机械化施工水平,防止衬砌结构因外力、伸缩变形、冻胀等原因遭受损坏后松动脱落,进而导致保温、防渗设施失去防护。

三、发展趋势

1.可降解的土工防渗材料

水利工程关系国计民生、百年大计,应杜绝使用淘汰技术及劣质、非环保产品。在当前土地、水资源空前紧张的现实,土工防渗 膜仍将是采用最多的水工防渗材料。着重研究开发可降解、无污染 的土工防渗材料,达到既可防渗、又不污染生态的目的。如设计时预留一定的嫩积量,使用可降解土工防渗膜,经降解后,又经一段时间运行,渠底淤积物将形成一定厚度的防渗层。嫩积物作防渗体不破坏生态,同倶功效。

2.结合实际应用防渗新材料

(1)防渗复合土工合成材料黏土垫。利用膨润土的膨胀性防渗,以土工织物承载和护面。具有土工膜所有优点,具自愈合功能,抗张应变、抗干湿循环和抗冻融循环能力强,搭接方便、铺设简单、施工速度快。

(2)改性沥青砼。沥青砼具有高抗渗性、变形能力好、低温柔性和裂缝自愈合功能等优点。可以适应冻胀变形,具保温性、价格低廉。随着技术的发展变化,解决了低温抗裂性差的难题,有推广价值。

3.探索采用新型防冻胀技术

刚性材料衬砌渠道在寒冷地区易冻胀损坏。经过长期试验实践,“允许一定冻胀位移量”的工程设计标准和“适应、削减或消除冻胀”的技术措施因实施效果较好得到推广,且造价降低。随着设计标准的提高,还将进一步降低运营成本。高分子防渗保温卷材(SDM),吸水率小,保温效果较稳定,耐久性好,运输、施工方便,还可与无纺布复合,兼具防渗、保温、平面导水等综合功能。

4.积极推广机械化施工技术

新材料与新技术的推广与施工技术和施工机械的研制及应用密不可分。防渗施工当前正迈向半机械化及机械化,新型机械设备的研制应用,对提高衬砌防渗质量、加快度、降低造价和提高效益具有基础性作用。

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