土工合成材料在渠道防渗中的应用

土工合成材料在渠道防渗中的应用
摘要：土工合成材料作为一种较理想的防渗材料在水利工程中得到了广泛的应用。

由于土工合成材料是一门新兴的学科, 在渠道防渗工程的运用中还存在一些问题需待进一步研究和分析, 但随着我国土工合成防渗材料的应用日益广泛, 土工合成材料的研究也日益深入, 土工合成防渗材料将会在更多的工程领域内, 更大规模地予以使用。

关键字：防渗、土工合成材料、渠道
0.引言
我国渠道防渗技术虽然不断提高, 但渠道防渗工程还存在着衬砌工程量大、资金短缺、设计不尽合理、施工机械化程度低等因素, 目前已建和在建的渠道防渗工程中还存在着一些需要进一步探讨的问题。

土工合成材料的种类多, 功能强, 耐久性好, 质量轻且施工方便, 如果能够在渠道防渗工程中合理应用, 将取得节约投资、减少渠道渗漏和降低工程运行费用的效果,所以本文着重论述了土工合成材料在渠道防渗工程中的应用。

1.土工合成材料
土工合成材料是用高分子材料生产的可用于土木工程的合成材料的总称, 由于原材料及生产工艺不同, 种类繁多, 但根据其力学和水力学性能来分,主要有土工布、土工膜、土工网垫、土工格栅及工程带、塑料管、轻型块体等类型。

土工布有无纺布和编织布, 具有隔离、加筋、反滤作用, 无纺布还具有平面导水作用, 可作为排水材料使用, 编织布做成的模袋具有模板功能, 充填混凝土后可形成多种形式的模袋混凝土防护层, 且适宜水下施工。

土工膜和复合土工膜的主要作用是阻止液体渗透, 可用作防渗、防潮隔层。

土工网垫主要用于坡面防护, 土工格栅及工程带拉伸强度高, 多用作加筋材料, 提高土体的抗剪强度。

塑料管及塑料排水带管具有通水作用, 分别用于供排水及土体固结排水, 轻型块体多为聚苯乙烯发泡塑料, 质轻且隔热性能好, 常用作填筑材料和保温材料。

2.避免渠道产生冻胀破坏的措施
渠道的冻胀破坏会使渠道防渗层的结构受到破坏, 从而消弱防渗效果。

严重时会对渠道的安全运行构成威胁。

渠道基土的冻胀量由渠道基土土质、基土中的水分和环境温度三个条件决定, 当利用导热系数较小、压缩变形性能又较好聚苯乙烯塑料泡沫板对渠道基土进行保温时, 可有效提渠道刚性衬砌层下基土的温度,
从而消减渠基土的冻胀变形。

如果铺设5 cm 厚塑料保温板, 就相当于消减了厚度为50 cm 的表层渠基土的冻胀变形。

聚苯乙烯塑料泡沫保温板应用于渠道刚性衬砌层下保温, 是应用此材料的直接目的, 但这种材料除了具有良好的保温性能外, 还同时具有吸收冻胀变形和让刚性防渗层自由伸缩的作用。

当聚苯乙烯塑料保温板的保温作用不能完全消除渠基土的冻胀变形时, 渠基土产生的剩余冻胀变形的冻胀力将直接作用于聚苯乙烯塑料保温板上,由于保温板具有可压缩性, 保温板受到压缩而变薄,基土的形变应力得到释放。

保温板发挥缓冲作用之后, 保温板上的刚性衬砌层所受到的冻胀力不但大大减小, 而且更加均匀, 从而保证渠道衬砌层不易发生错位、断裂现象。

当混凝土板的变形受到约束时, 收缩变形大于混凝土板的极限拉伸变形, 混凝土衬砌板就会开裂。

当混凝土衬砌板无保温板或其它垫层时, 渠道基土在负温下可能冻结, 特别是混凝土板为现浇时, 粗糙的混凝土衬砌板下表面和渠道基土冻结在一起, 具有一定的粘结强度, 约束着混凝土板的自由收缩, 随着环境温度逐渐降低, 当混凝土板下表面与渠道基土表面之间的粘结力大于混凝土板所能承受的极限拉力时, 混凝土板就会在温度应力的作用下开裂,而且这种开裂与混凝土板的厚度、极限抗拉强度以及伸缩缝的间距有关, 当伸缩缝间距过大时, 混凝土板内就会出现裂缝。

混凝土板下铺设聚苯乙烯塑料泡沫板后, 混凝土板的伸缩将不受约束,伸缩缝间距就可加大, 混凝土板随着温度变化可自由伸缩变形,不易开裂若用非冻胀性或弱冻胀性土料置换冻胀性渠基土, 在同样温度和水分条件下, 渠基土的冻胀变形就会减小, 从而降低冻胀对渠道刚性衬砌的破坏程度,同时又改善了衬砌层与渠基土面之间的约束条件,衬砌层可自由伸缩, 避免温度裂缝的出现。

3.土工膜的垫层保护
渠道防渗材料的种类较多, 结合衬砌渠道的具体情况和当地料源后, 应优先选择膜料。

膜料防渗和变形能力强, 施工方便, 唯一不足之处是需另设保护层。

土工膜防渗性能优良, 但经目些损伤处渗漏到，
膜后的水若不易排出,便会集聚形成反向渗透力, 在防渗水位骤降时可能使土工膜滑动失稳。

土工膜垫层应尽量避免采用粘性土垫层,令防渗与垫层的功能应严格区分开来, 防渗应由土工膜承担, 而垫层主要起维持土工膜稳定及保护膜不被顶破的作用, 同时具有排水功能, 不会因反向渗透压力导致土工膜失稳。

在有
砂砾透水料的情况下避免选择粘性土作为土工膜的保护层, 因为水位骤降在粘性土保护层中形成的反向渗透力需要更缓的保护层坡度才能维持稳定。

4.施工中应注意的问题
(1)运输、贮存中不得沾到污垢、雨淋、破损，远离火源，周围不得有酸、碱等腐蚀性介质，不得长期曝晒和直立。

(2)材料进场时，应进行抽检。

施工时应有专人随时检查清基、材料铺放方向、材料的接缝或搭接、材料与结构物的连接，每完成一道工序应按设计要求及时验收，合格后，方可进行下道工序。

(3)施工场地应平整干净，防止损坏土工膜；铺设应平顺，松紧适度。

不平地、软土上和水下铺设搭接宽度应适当增大。

(4)铺设人员不得穿硬底鞋操作。

(5)尽量采用宽幅，使膜在施工时接缝最少；每卷材料的重量不宜超过1t；膜与膜相连时，应采用同种土工膜。

高坝应垂直于坝轴线铺膜，低坝应平行于坝轴线铺膜，以减少拼接量；接缝应尽量与最大拉力方向平行。

5.结论
(1)渠道防渗工程中应用聚苯乙烯塑料泡沫板对渠道基土进行保温, 不但可提高渠基温度, 而且还具有消减冻胀变形和冻胀力、允许衬砌层自由伸缩变形的作用。

(2)混凝土衬砌板的伸缩缝间距应结合混凝土板的厚度、抗拉强度、渠基条件和环境温度等因素通过计算确定。

聚苯乙烯塑料泡沫板可浇注于混凝土衬砌板中作为伸缩缝的填缝材料使用。

(3)土工膜具有防渗效果好、施工及运输方便等优点, 渠道衬砌应优先选用膜料防渗。

(4)土工膜垫层应尽量避免采用粘性土垫层，尽量采用砂砾透水料。

6.建议
渠道防渗工程中应用聚苯乙烯塑料泡沫板对渠道基土进行保温,尽量选用土工膜作为防渗材料，尽量采用砂砾透水料作为土工膜垫层。

参考文献
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