從灌區(qū)渠道的布置方式來看，在我國農(nóng)業(yè)、工業(yè)以及城市供用水等渠道工程中，由于受當(dāng)時建設(shè)技術(shù)水平和綜合投資資金等因素的制約，普遍采用明渠進行水資源輸送分配。據(jù)統(tǒng)計文獻資料，我國灌區(qū)渠道總長已達到300 x10 km，絕大部分渠道渠系水利用系數(shù)非常低，其中渠系水利用系數(shù)在0．42～0．48范圍內(nèi)的渠道約占全國渠道總長的80％ ，也就是說，我國渠道在水資源輸送分配過程中其所造成的損失量十分巨大。渠道防滲襯砌加固可以不僅減少渠道內(nèi)部水資源的滲漏損失量，提高渠道渠系水利用系數(shù)和輸水能力，同時還可以對渠道起到加固作用，提高渠道防沖、減淤、防坍塌等性能，保證灌區(qū)渠道整體輸配水安全和提高灌區(qū)現(xiàn)代化水資源高效利用的功能。
目前，我國渠道防滲襯砌材料主要分為剛性、柔性以及剛?cè)釓?fù)合三大類。渠道防滲加固剛性襯砌材料主要采用現(xiàn)澆或預(yù)制混凝土板、漿砌石等剛性材料進行防滲處理；柔性材料主要利用塑料薄膜、復(fù)合土工膜以及瀝青油氈等防滲材料。從大量文獻資料和工程實踐可知，剛性防滲材料對非寒區(qū)渠道進行防滲加固非常有效，所取得的經(jīng)濟效益也非常好，但由于剛性材料自身物理因素決定其防凍脹性能較差，凍脹破壞危害較大，因此其很難滿足寒區(qū)灌區(qū)渠道的防滲修復(fù)加固、防沖、防凍脹破壞等性能需求 。
復(fù)合土工膜是一種典型的柔性材料，可以有效解決寒區(qū)灌區(qū)渠道安全輸水時過水能力較低等問題，利用土工織物或其它防滲材料與土工膜相互結(jié)合起來形成一種不透水的防滲材料，并根據(jù)渠道防滲加固需求，通過加筋等技術(shù)措施，將灌區(qū)渠道加固工程中剛性和柔性防滲材料各自優(yōu)點結(jié)合起來，使其具備防滲和防凍脹破壞等功能。因此，在寒區(qū)灌區(qū)渠道防滲加固工程中，對土工膜加固方案設(shè)計和施工技術(shù)要點進行分析研究，驗證其防滲抗凍脹能力能否達到相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求非常具有工程實踐意義。
某灌區(qū)屬于水庫引水自流明渠灌溉灌區(qū)，其設(shè)計控灌面積為45 000 hm ，而從多年實際運營資料發(fā)現(xiàn)其實際灌溉面積211 000 hm ，其渠系水利用系數(shù)只有0．468。灌區(qū)渠道運營現(xiàn)狀見表1。
從表l可知，灌區(qū)渠道按照輸水和配水分為總干渠(46．10 km)、分干渠(84．92 km)、以及支渠(79．81 km)三級渠道，其總長為210．83 km。由于渠道在日常運行過程中缺乏有效的檢修維護制度，在多年的運營過程中，造成渠道及相應(yīng)水工建筑物遭受到嚴(yán)重破壞，其中干渠、分干渠以及支渠的破壞率分別為14．98％ 、16．3％ 、37．79％ ，閘門損毀率高達75．2％ ，灌區(qū)中85％ 以上的機電設(shè)備已丟失或失修，相應(yīng)觀測和自動化控制裝置嚴(yán)重缺乏。灌區(qū)渠道老損破壞引起整個灌溉面積大大減少，引起日常灌溉田塊搶水、不服從管理、亂開挖引水等，不僅影響到灌區(qū)渠道灌溉水綜合調(diào)度管理水平，同時還破壞渠道應(yīng)有的灌溉性能，惡化了灌區(qū)水的運行環(huán)境和渠道沿線農(nóng)作物的生長環(huán)境。
3 灌區(qū)渠道防滲加固修復(fù)方案比選灌區(qū)渠道防滲加固修復(fù)方案，一般可以采取拆除重建、在原渠道襯砌板上直接用混凝土套襯以及直接在渠
道原襯砌板上明敷防滲土工膜3種技術(shù)方法 J。由于灌區(qū)處于寒冷地區(qū)，受灌區(qū)運行環(huán)境、周嗣混凝土加工原材料以及施丁條件等因素制約，不利于采用混凝土套襯防滲加固方案。而采取拆除重建方案，其與灌區(qū)輸配水運行、綜合投資以及施T季節(jié)和用水季節(jié)沖突等因素的矛
盾，方案的可行性和經(jīng)濟性較低。從大量工程實際經(jīng)驗來看，在進行灌區(qū)渠道防滲加固工程中，對于干渠、分干渠、支渠以及支渠以下渠道變形和破損較少，可使用和可維護率較高的渠道而言，通常采用直接在原混凝土襯砌板上明敷土工膜的防滲加固修復(fù)方案 J。從方案經(jīng)濟性
比較分析可知，采用直接明敷土工膜的防滲加固方案的綜合單位為拆除重建的35％ 一45％ ，是采用混凝土套襯修復(fù)方案的55％ ～65％ 。同時，明敷土工膜的防滲加固方案在很多灌區(qū)渠道節(jié)能節(jié)水改造中已取得較好的應(yīng)用效果，因此土工膜防滲加固修復(fù)方案不僅技術(shù)上可行，而且在經(jīng)濟上相比另外兩種方案具有較大的價格優(yōu)勢。
從圖1可知，渠道土工膜防滲加固修復(fù)設(shè)計方案中主要包括防滲和土工膜錨固兩個子系統(tǒng)。4．1 防滲系統(tǒng)結(jié)合灌區(qū)渠道防滲具體要求，設(shè)計出從上到下包含防滲層、過渡層、以及支持層三層的完善防滲體系。其中防滲層選用高密度聚乙烯膜HDPE土工膜，利用其優(yōu)良的耐環(huán)境應(yīng)力開裂、抗寒冷低溫、抗老化以及耐腐蝕性能，加上其具有的較寬的使用溫度范圍(一60。～+60。)和較長的綜合使用壽命(5O a)，可以有效提高渠道防滲性能。過渡層選用復(fù)合土工布(直接埋設(shè)敷設(shè)防滲)，作為HDPE土工膜的保護層，具備法向?qū)δ?，以搜集土工膜下渠坡滲漏水，并將防滲層的HDPE土工膜與渠道混凝土襯砌板有效隔離，避免防滲土工膜遭受原有混凝土襯砌板上尖銳物的摩擦刺破，使渠道防滲加固修復(fù)過程中的HDPE土工膜防滲層不受損壞；支持層選用渠道原有混凝土襯砌板，其平均強度可以達到12 kPa，能夠支撐土工膜、承受渠道水壓力，并能確保渠道節(jié)能經(jīng)濟高效穩(wěn)定運行，這樣可以減少渠道修復(fù)工程中的綜合投資成本，提高防滲加固修復(fù)工程的綜合經(jīng)濟效益。
4．1 防滲系統(tǒng)
結(jié)合灌區(qū)渠道防滲具體要求，設(shè)計出從上到下包含防滲層、過渡層、以及支持層三層的完善防滲體系。其中防滲層選用高密度聚乙烯膜HDPE土工膜，利用其優(yōu)良的耐環(huán)境應(yīng)力開裂、抗寒冷低溫、抗老化以及耐腐蝕性能，加上其具有的較寬的使用溫度范圍(一60。～+60。)和較長的綜合使用壽命(5O a)，可以有效提高渠道防滲性能。
過渡層選用復(fù)合土工布(直接埋設(shè)敷設(shè)防滲)，作為HDPE土工膜的保護層，具備法向?qū)δ?，以搜集土工膜下渠坡滲漏水，并將防滲層的HDPE土工膜與渠道混凝土襯砌板有效隔離，避免防滲土工膜遭受原有混凝土襯砌板上尖銳物的摩擦刺破，使渠道防滲加固修復(fù)過程中的HDPE土工膜防滲層不受損壞；支持層選用渠道原有混凝土襯砌板，其平均強度可以達到12 kPa，能夠支撐土工膜、承受渠道水壓力，并能確保渠道節(jié)能經(jīng)濟高效穩(wěn)定運行，這樣可以減少渠道修復(fù)工程中的綜合投資成本，提高防滲加固修復(fù)工程的綜合經(jīng)濟效益。
4．2 土工膜錨固系統(tǒng)
圖1中表明，本次所采取的防滲加固設(shè)計方案中，分別在渠頂和渠道內(nèi)布設(shè)錨固件來固定防滲土工膜，以避免渠道在進行輸配水運行中土工膜發(fā)生位移。渠頂設(shè)置土錨固溝，渠道內(nèi)則設(shè)置鋼筋混凝土錨固梁來對防滲土_[膜進行錨固處理。為了防止防滲土工膜在渠道上發(fā)生移動，以及防止渠頂發(fā)生滲水進入到土工膜下，渠道防滲滲土工膜錨入到錨固溝內(nèi)，深度為1．3～1．5 m。當(dāng)渠道內(nèi)有節(jié)制閘、橋、涵等水工建筑物，攔斷土工膜沿渠道鋪設(shè)或土工膜鋪設(shè)直線段較長時，應(yīng)在水工建筑物上下游和較長直線段的中間部位處設(shè)置土工膜端部錨固梁，端部
錨固梁的布設(shè)間距最長不得超過500 111，同時宜按照間距均勻進行布設(shè)；端部錨固梁中間應(yīng)設(shè)在中間錨固橫梁，其間距宜按100 m進行布設(shè)；渠道分水口宜采用分水口密封錨固來對分水口進行密封，防止渠道中的水由分水口進入到防滲土工膜下，降低土工膜的運行環(huán)境。為了提高防滲土工膜綜合運行性能，在土工膜防滲層下設(shè)置對應(yīng)的膜下水收集和排除系統(tǒng) 。膜下水收集排除系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場地形進行設(shè)置外，當(dāng)渠道附近有排水溝且排水溝枯水位低于渠道底部高程時，宜設(shè)置橫向排水管直接將模型滲漏水排出；否則就需要在渠道錨固梁上設(shè)置對應(yīng)
的渠坡式逆止式排水閥將膜下的滲漏水間接排除。
5 節(jié)能改造修復(fù)效益分析
為了驗證土工膜在灌區(qū)渠道防滲節(jié)能修復(fù)改造工程中的應(yīng)用效果，分別在該灌區(qū)渠道B3B支渠中段和B3C支渠渠首按照圖l所示的防滲節(jié)能修復(fù)加固方案進行改造，分別敷設(shè)650、2 000 m的試驗段。
在經(jīng)過1 a的旱季灌溉實際數(shù)據(jù)比對觀測，得到兩試驗段渠道修復(fù)前后的比對數(shù)據(jù)，見表2。
從表2可知，試驗段渠道在采用土工膜防滲節(jié)能修復(fù)加固改造后，渠道數(shù)據(jù)參數(shù)基本接近明渠設(shè)計水深要求。從上述分析可知，試驗段渠道每公里流量大約損失率由改造前的1．200％ 降低到0．058％ ，防滲效果十分明顯；渠道在敷設(shè)防滲土工膜后，其在設(shè)計流量下的渠道流速大約比未敷前流速增大50％ ，渠道在運行過程中挾沙能力得到進一步加大，渠道淤積量也大大減少，由未敷設(shè)前的0．15～0．35 m降到小于0．08 m。
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