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用于渠道防渗的两种新型土工复合材料
自从联合国在*+!( 年“人类环境”会议和*+!! 年“水”会议上,向全世界发出“水不久将成为一种严重的社会危机,继石油危机之后,下一个危机便是水。”的警告以来,人类对水资源的管理便愈来愈重视,对渠道渗漏损失,也给予了相当的注意力。例如美国以往对渠道防渗工作认识不够,曾规定对渠道一般不作防渗处理,否则应进行技术经济论证,后来的实践证明,渠道不作防渗处理不仅因渗漏而损失了大量的水,加剧了水资源供需的矛盾,而且提高了地下水位,造成土壤盐碱化、农业减产等问题,因而美国将原来的规定改为:渠道一般均要作防渗处理,否则应进行技术经济论证。日本也十分重视渠道防渗,他们现有的干、支渠道已全部作了防渗处理,田间渠道也基本上采取了一些防渗措施。
在我国,据有关部门统计,全国已防渗的渠道总长为CC & ** 万PQ,仅占渠道总长的*=S,=)S以上的渠道还没有作防渗处理[*]。
由此可见,我国在渠道防渗方面还有很多工作要做。

值得注意的是,我国在渠道防渗工程技术方面已取得了可喜的进步,但与国外相比,在采用防渗新材料等方面还有差距。本文介绍国外的两种用于渠道防渗的复合土工合成材料,供交流、研究与应用推广。

! 我国渠道防渗技术回顾
! " ! 土料防渗
土料防渗一般是指以粘性土、粘砂混合土、灰土、三合土和四合土等为材料的防渗措施,它是我国沿用已久的、实践经验丰富的防
渗措施。
土料防渗有如下优点:(!)能就地取材,料源丰富;(#)可以充分利用现有的碾压机械设备;($)技术比较简单;(%)造价低廉,
投资少。
由于它的突出优点,我国在早期采用较多,特别是在一些中小型渠道工程中应用更多。但是土料防渗也有一些缺点:(!)允许流速较低(壤土的允许流速仅为& " ’() * 左右);(#)土料防渗层的抗冻性能较差。因此,不宜用于流速较高或气候寒冷的地区。
随着我国国民经济的发展,工程建设的规模和投入逐年增大,加之各种防渗新材料的不断问世,传统的土料防渗措施正在逐年减少。
水泥土防渗
水泥土为土料、水泥和水拌合而成的材料。因其主要靠水泥与土料的胶结与硬化,故水泥土硬化后的强度类似混凝土。水泥土防渗的主要优点如下:(!)料源丰富,可以就地取材,水泥土中的土料占+&, - .&,,而土料的来源异常丰富,可以就地取材进行水泥土防渗工程建设;(#)防渗效果较好。水泥土防渗较土料防渗效果好,一般可减少渗漏量+&, - .&,;($)技术比较简单;(%)投资少,造价较低;(/)可以利用现有的拌和机、碾压机等施工设备施工,能充分发挥现有设备的作用。水泥土的这些突出优点使得它在国内外得以广泛的应用。然而,水泥土有早期强度低、抗冻性差的缺点,阻碍了它的大面积推广。
! " $ 砌石防渗
砌石防渗按结构形式分有:护面式、挡土墙式两种。按材料及砌筑方法分有:干砌卵石、干砌块石、浆砌块石、浆砌料石、浆砌石板
等多种。砌石防渗有如下优点:(!)在沿山渠道和石料丰富地区能就地取材;(#)抗冲击流速大,耐磨能力强;($)抗冻能力强;(%)具有一定的防渗效果;(/)具有较强的稳定渠道的作用。由于砌石渠道具有明显的优点,加之我国经济水平较低,资金有限,同时我国劳动人民具有丰富的砌石技术和经验,故砌石防渗是我国采用最早、应用较广泛的一种渠道防渗措施。但渠道防渗有如下缺点:(!)砌石防渗不宜采用机械化施工,施工质量较难控制;(#)砌石防渗不一定造价低,应视情况而定。
混凝土防渗
混凝土防渗就是用混凝土衬砌渠道,减小或防止渗漏损失。它是目前广泛采用的一种渠道防渗技术措施,其优点是:(!)防渗效果好,一般能减少渗漏损失.&, - ./, 以上;(#)耐久性好。在正常情况下,混凝土防渗渠道可运行/& 年以上;($)糙率小,可减少沿程水头损失;允许流速大(一般为$() * - /() *);(%)强度高,易管理。混凝土防渗的缺点是:适应变形的能力差;在缺乏砂石料的地区,造价较高。
! " / 沥青混凝土防渗
沥青混凝土防渗是以沥青为胶结剂,与矿粉、矿物骨料(碎石或砾石和砂)经过加热、拌和、压实而成的防渗材料。它有如下优点:
(!)防渗效果好(一般可以减少渗漏.&, -./,);(#)具有适当的柔性和粘附性,有一定的自我愈合能力;($)能适应较大的变形,抗冻能力强;(%)易修补。由于沥青混凝土具有上述优点,国外在本世纪$& 年代即用它作大坝防渗斜墙,/& - ’& 年代各国已广泛将其应用于渠道、水库大坝和蓄水池等防渗工程上。令人遗憾的是,沥青混凝土的下述缺点,使其推广应用较慢:(!)沥青料源不足;(#)施工工艺要求严格;($)存在织物穿透的问题。
! " 0 膜料防渗
膜料防渗是用不透水的土工膜作渠道防渗工程来减少或防止渗漏损失的技术措施。
土工膜是一种薄型、连续、柔软的防渗材料,具有如下优点:(!)防渗性能好(可减少渗漏损失达.&, - ./,以上);(#)适应变形的
能力强;($)质量轻、用量少、运输量小;(%)耐腐蚀性能强;(/)施工方便,工期短;(0)工程造价低(相当于混凝土防渗的! ) !& ! " #;或为浆砌块石的! " !$ % ! " & 左右);但是,土工膜较薄,在施工、运行管理期易被刺破,使得它的防渗能力大大的降低。
’ 两种新型的用于渠道防渗的土工复合材料’(! 土工合成材料粘土垫()*+,-. /0*/12 345- 61.*7)’ ( ! ( ! 产品简介土工合成材料粘土垫()*+,-./0*/12 345-61.*7,简称)36,见图!),是一种新型的复合土工合成材料,它是在压实性粘土衬垫(3+8952/*: 345- 61.*7,简称336)的基础上发展而来的。)36 最早用于工程是在!;<= 年美国的一座垃圾填埋场衬垫系统中,它用美国3>?3@ 公司生产的一种)36 产品
345-85A,当345-85A 放在双衬里垃圾填埋场衬垫系统一级衬里中的土工薄膜下后,在渗漏监测系统中监测到的渗漏量大大的减少了。345-85A 可能是)36 最早的产品型式。大约在同一时期,德国出现了另一种)36 产品———B*./+C1A,它将膨润土粒置于两块针刺土工织物之间,然后将整个复合物用针刺纤维连接在一起。这种针刺)36 产品在’$ 世纪<$ 年代末就有一些成功的应用实例,其应用范围包括渠道、运河衬垫系统、垃圾填埋场衬垫、密封系统、飞机场和高速公路的污染防护和地下储油罐油罐防漏等等。

新型土工复合材料

)36 的结构组成是通过两层土工合成材料(土工织物或土工膜)之间夹封膨润土粉末(或膨润土粒),通过针刺、缝合或粘合而成,也有的)36 产品只有一层土工膜,其上有用粘合剂粘合的一层薄薄的膨润土(参见图!)[’]。覆盖层土工织物可以是有纺土工织物,也可以是无纺布土工织物。当)36 用有纺布土工织物作覆盖层时,它与土工膜间的表面抗剪强度比用无纺织物作覆盖层时的要高,而且,用有纺织物作覆盖层的)36 的硬度也要高一些,因此,施工适用面也要广一些;所夹封的膨润土一般为钠膨润土(阳离子以钠离子为主)。
’ ( ! ( ’ )36 用于渠道防渗的特殊优势与前述我国的几种防渗材料相比,)36与土工膜同属土工合成材料。土工膜所具有的优点,)36 几乎全有,除此以外它还有土工膜所不具备的如下特殊优势。
(!))36 的柔性极好,在张应变达’$D的情况下,其渗透率不增大;(’)用)36 作渠道防渗,比用336 土方开挖量小。这是因为用与)36 的水力渗透系数等效的336 要厚的多;(E))36 有极强的自我愈合功能。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刺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;
(&))36 的抗张应变的能力强。大多数)36 产品都有着惊人的弹性和可塑性,它们能变形到抵抗#D甚至更多的张应变下,而不会导致其水力渗透系数大幅度提高。如果在)36 产品上覆盖=$28 厚的土层,某些)36产品能承受更加严重的不均匀沉陷(张应变达E$D),而不会增加其水力渗透系数值[E];(#))36 的抗干湿循环的能力强。受热后