1 土工合成防渗材料的种类分析
土工膜的原材料有聚合物(热塑材料) 、沥青产品和合成橡胶等几类，而以聚合物为主。聚合材料中主要的品种是聚乙烯和聚氯乙烯。两者的产量占总产量的70%以上。按土工膜的防渗作用可分为聚合物单膜和复合土工膜、沥青制品、橡胶垫。以高分子聚合物为原料的土工膜种类很多，在水利工程中最常用的有: 聚氯乙烯(PVC) 、氯磺化聚乙烯(CSPE) 、氯化聚乙烯( CPE )、低密度聚氯乙烯(LDPE) 、高密度聚乙烯(HDPE)和弹性聚烯烃( EL-PO)等。土工膜的厚度为0.25～4 mm，最常用的是0.5～1.5mm，土工膜的幅宽一般为2～4 m，特殊需要时可加宽到10m。为了提高土工膜的力学性能，可用土工织物加筋，用作加筋的有纺织物有绵纶丝布和绵纶帆布等，厚度较大的丙纶、涤纶无纺型织物常与土工膜组成复合土工膜，常用的品种为一布一膜和二布一膜，需要时亦可做三布两膜。复合土工膜将单膜的拉伸强度、抗刺破、抗顶破强度提高了2～3 倍，具有竖向防渗、水平导水的功能，带布的一面还能增大与渠基土或过滤层、保护层之间的摩擦系数，对保护渠体稳定，以及抗冻胀均起到一定的作用。近年来，为满足实际应用场合的需求，各种高性能、功能性的原料相继出现，如: 采用断裂伸长率较小、断裂强度较高的玻璃纤维加固非织造复合土工布，制成的玻纤增强复合土工布在性能上将比由机织布或编织布加固的非织造复合土工布好得多。

土工合成材料膨润土垫(GCL)是近十年来在国外(主要是德国和美国)发展起来的一种新型的、主要用于防渗工程的土工复合材料，它是在压实性粘土衬垫(Compacted Clay Liner)的基础上发展而来的，大多数GCL 在两层土工织物之间夹一层薄薄的膨润土，因此它可以兼有土工织物和膨润土的优点。它可以在城市固体废弃物垃圾填埋场中用于防止渗滤液污染地下水和防止雨水深入废弃物填埋场中，也可以用于渠道防渗。目前，GCL 在发达国家用于渠道防渗的技术已经相当成熟。GCL 主要生产国是美国和德国，可用的产品主要有如下几种: Bentofix ，Bentomat，Claymat，Gundseal 和NaBento。GCL 的厚度一般为7～10 mm，遇水膨胀后厚度可增大到原来的4～5 倍。工厂制作的GCL 产品一般长25～60 m，宽4～6 m，成卷堆运。

2 土工合成防渗材料的特点

2.1 土工膜的特点
土工膜是一种薄型、连续、柔软的防渗材料，具有下列优点: (1)防渗性能好。只要正确设计，精心施工，就能达到最佳的防渗效果。( 2)适应变形的能力强。土工膜具有良好的柔性，延伸性和较强的抗拉能力，所以，不仅适用于各种不同形状的渠道断面，而且适用于可能发生沉陷和位移的渠道。( 3)质轻，用量少，运输量小。土工膜薄，质轻，故单位重量的膜量，衬砌面积大，因而，用它做防渗材料，用量少。同时，运输量也小，对于交通不便，当地缺乏其他建筑材料的地区，尤为适用。(4)施简便，工期短。土工膜质轻，用量少，施工主要是挖填土方、铺膜和膜料接缝处理，不需要复杂的技术，方法简便易行，大大缩短工期。(5)耐腐蚀性强。土工膜具有较好的抵抗细菌侵害和化学作用的性能，它不受酸、碱和土壤微生物的侵蚀，耐腐蚀性能很好。因此，特别适用于有侵蚀性水文地质条件及盐碱化地区的渠道或排污渠道的防渗工程。(6)造价低。据经济分析，每平方米塑料防渗的造价为混凝土防渗的造价的1/10～1/5，为浆砌卵石防渗的1/10～1/4 左右。一层塑膜的造价仅相当于1 cm 厚混凝土板造价，即使采用混凝土板作保护层的塑膜防渗，由于保护层混凝土板较单层混凝土防渗板薄，其总造价仍不会高于混凝土防渗，但克服了土保护层糙率大、允许流速小、易滑塌和滋生杂草等缺点。
2.2 土工合成材料膨润土垫(GCL)的特点
土工合成材料膨润土垫(GCL )的主要优势表现在如下几个方面: (1) GCL 柔性好，在张应变达20%的情况下，也不会增加其渗透率，而处在相同应变下的压实性粘土和土工膜，其水力渗透系数会急剧增加。(2) GCL 用作渠道衬垫时，所需开挖量要比压实性粘土小。( 3)GCL 有极强的自我愈合能力。由于膨润土的存在，它会在土工织物刺破处自我愈合，而且，上下层土工织物在针织或缝合纤维的作用下也约束了膨润土的迁移，进一步提高了其自我愈合能力。( 4)GCL 抗张应变的能力强。大多数GCL 产品有着惊人的弹性和可塑性，他们能变形到抵抗5%甚至更多的张应变而不会导致其水力渗透系数大幅度提高。如果在GCL 产品上覆盖60 cm 厚的土层，某些GCL 产品能承受更加严重的不均匀沉陷(张应变达30%) ，而不会增加其水力渗透系数值。(5) GCL 抗干湿循环的能力强。受热后的GCL 产品会出现干缩现象，但是当脱水后的GCL 产品被重新注入水后，出现的裂缝会再次闭合，其水力渗透系数又会回到原先的低值。(6) GCL 抗冻融循环的能力强。有学者曾在一个大油罐内对3种GCL 产品进行多次冻融循环的水洗渗透试验，结果发现试验中的各种GCL 产品(Bentomat，Claymat，Gundseal)至少在3 个冻融循环后，其水力渗透系数不会有明显的提高。
(7) GCL 比压实性粘土搭接方便，安装简单，施工速度快。
土工合成材料膨润土垫(GCL )用于渠道防渗效率高、成本低、抗冻性好，在欧美等国已有较为成熟的应用。
3 土工合成材料在渠道防渗工程运用中存在的主要问题
土工合成材料是以技术创新为特征，具有高技术含量和高性能的产品。生产设备、技术上的差异造成我国的土工合成材料在产品的数量、品种、质量等方面都与世界土工合成材料业存在着较大的差距。近年来，国外除在工程的加筋、价格、方式、反滤、排水广泛应用土工合成材料外，同时在环保方面的应用发展很快，而国内尚刚刚起步。
关于土工合成材料性能研究，目前国外更注重土工合成材料的耐久性能如抗紫外线辐射、温度变化的耐气候性、化学与生物侵蚀、蠕变性能等，国内在这些方面的研究较少，或刚刚起步。土工合成材料在渠道防渗工程的发展运用中还存在一些问题需待进一步研究和分析。
3.1 土工膜渗透系数的测定
土工膜一般由聚乙烯( PE)或聚氯乙烯( PVC)制成，膜的渗透系数一般在1 ×10 - 11 ～1 ×10 - 15 cm / s，例如《聚乙烯( PE) 土工膜防渗工程技术规范》SL /T231—98 中要求膜的渗透系数应小于10 - 11 cm / s，土膜的渗透系数很小，不易测准。膜的不透水性除用渗透系数表达外，还取决于膜的厚度、施工和运行的保护措施等。据美国土木工程学会论文报道，曾对总面积20 万m2 的28 处衬砌用土工膜进行检查，发现平均每1 万m2 中有26 个漏洞，其中15%是自身的孔眼，69%出现在焊缝处。用圆孔型漏洞损失估算渗透量精度较低。另一种方法是从实测渗漏损失推求土工膜防渗层的渗透系数，前苏联的一些科研机构曾推求全国3 条大型渠道的渗透系数在( 2.3～6.1) ×10- 6 cm / s 范围，远大于膜材的渗透系数。
由此看来检测土工膜防渗层的渗透系数是至关重要的，特别是垂直铺膜结构。
3.2 土工膜的等效厚度
土工膜的厚度一般在0.2～0.3 mm，在计算膜引起的水头降低时，常采用等效厚度法，等效厚度等于膜的厚度乘以土的渗透系数，再除以膜的渗透系数。其物理意义是膜的防渗效果与等效厚度的土层相同，这在计算膜下水头，绘制膜后的浸润线时是可行的，但应注意到:因膜具有自身和焊缝引起的缺陷，如前所述，实际渗透系数远大于试验测得值；等效厚度土层的防渗可靠性比薄膜大得多；扬压力对膜的危害比等效厚度粘土要严重。
3.3 土工膜防渗漏试验
对于土工膜防渗特性的另一个重要特性是其用作防渗结构时，在与界面土体(或混凝土等其他材料)共同工作时，由于接触面的不平整、土体颗粒粗糙，以及土体局部变形较大等方面的原因，在高水头作用下土工膜有可能被刺破、撕裂，从而失去或减弱其防渗性能，因而有必要进行相应的防渗漏试验。
3.4 土工膜后(即膜的背水面)的排水问题
土工膜防渗性能优良，但经某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。尤其土工膜作为防渗加固铺设在出现裂纹的粘性土均质堤坝或粘性土斜墙堤坝以及铺设在节水型的粘性土渠道迎水面上，膜后设置排水不容忽视，所以，铺设土工膜目前应该在堤坡面设置排水系统。新建工程用设置排水带，将坝面积水排至背水侧。加固工程应因地制宜设置排水。采用具有300 g /m2 以上针刺织物的复合土工膜可发挥坝面排水作用。
3.5 对土工膜垫层及保护层的认识问题
应避免采用粘性土垫层。有些工程界同行觉得采用粘性土垫层，一方面对土工膜起保护作用，另一方面，对防渗起着双重保险作用。其实，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。所以垫层料应采用透水的砂砾料，不仅起保护作用，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。
3.6 其它方面的问题
土工膜作防渗材料还有其他值得注意的问题，首先是一般的塑料类和沥青混合类的土工膜力学强度不高，易破损，在施工中如果受损或薄膜产品质量不好都会造成渗漏；其次，土工膜防渗结构，可能因薄膜下面的气体或液体压力作用而被浮托起，也可能因为薄膜铺设方式不合理等原因造成滑坡；第三，寒冷地区如使用低温下易脆裂的土工膜将会失去其防渗功能；第四，一般的土工膜抗紫外线能力较差；在运输、储藏、施工和运行中，长期暴露受阳光直射时易发生老化。此外，还易被啮齿动物咬坏及芦苇刺破。正因为上述一些原因，尽管土工膜是一种较理想的防渗材料，但要得预期的效果，关键还在于恰当的选择聚合物品种，合理设计，精心施工。
4.结束语
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，它的运用前景是广阔的。