從灌區(qū)渠道的布置方式來看，在我國農業(yè)、工業(yè)以及城市供用水等渠道工程中，由于受當時建設技術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、柔性以及剛柔復合三大類。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)渠道的防滲修復加固、防沖、防凍脹破壞等性能需求 。
復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合起來形成一種不透水的防滲材料，并根據渠道防滲加固需求，通過加筋等技術措施，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計和施工技術要點進行分析研究，驗證其防滲抗凍脹能力能否達到相關技術標準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，造成渠道及相應水工建筑物遭受到嚴重破壞，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％ 以上的機電設備已丟失或失修，相應觀測和自動化控制裝置嚴重缺乏。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)渠道灌溉水綜合調度管理水平，同時還破壞渠道應有的灌溉性能，惡化了灌區(qū)水的運行環(huán)境和渠道沿線農作物的生長環(huán)境。
3 灌區(qū)渠道防滲加固修復方案比選灌區(qū)渠道防滲加固修復方案，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，方案的可行性和經濟性較低。從大量工程實際經驗來看，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方案 J。從方案經濟性
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用效果，因此土工膜防滲加固修復方案不僅技術上可行，而且在經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設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)結合灌區(qū)渠道防滲具體要求，設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。過渡層選用復合土工布(直接埋設敷設防滲)，作為HDPE土工膜的保護層，具備法向導水功能，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)能經濟高效穩(wěn)定運行，這樣可以減少渠道修復工程中的綜合投資成本，提高防滲加固修復工程的綜合經濟效益。
4．1 防滲系統(tǒng)
結合灌區(qū)渠道防滲具體要求，設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。
過渡層選用復合土工布(直接埋設敷設防滲)，作為HDPE土工膜的保護層，具備法向導水功能，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)能經濟高效穩(wěn)定運行，這樣可以減少渠道修復工程中的綜合投資成本，提高防滲加固修復工程的綜合經濟效益。
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計方案中，分別在渠頂和渠道內布設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。渠頂設置土錨固溝，渠道內則設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，深度為1．3～1．5 m。當渠道內有節(jié)制閘、橋、涵等水工建筑物，攔斷土工膜沿渠道鋪設或土工膜鋪設直線段較長時，應在水工建筑物上下游和較長直線段的中間部位處設置土工膜端部錨固梁，端部
錨固梁的布設間距最長不得超過500 111，同時宜按照間距均勻進行布設；端部錨固梁中間應設在中間錨固橫梁，其間距宜按100 m進行布設；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置對應的膜下水收集和排除系統(tǒng) 。膜下水收集排除系統(tǒng)應根據現(xiàn)場地形進行設置外，當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置對應
的渠坡式逆止式排水閥將膜下的滲漏水間接排除。
5 節(jié)能改造修復效益分析
為了驗證土工膜在灌區(qū)渠道防滲節(jié)能修復改造工程中的應用效果，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)能修復加固方案進行改造，分別敷設650、2 000 m的試驗段。
在經過1 a的旱季灌溉實際數(shù)據比對觀測，得到兩試驗段渠道修復前后的比對數(shù)據，見表2。
從表2可知，試驗段渠道在采用土工膜防滲節(jié)能修復加固改造后，渠道數(shù)據參數(shù)基本接近明渠設計水深要求。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；渠道在敷設防滲土工膜后，其在設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，由未敷設前的0．15～0．35 m降到小于0．08 m。
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