渠道防渗工程技术比较

李春雨

1 渠道防渗的意义

发展节水型农业行之有效的节水技术有渠道防渗、低压管道输水、改进地面灌溉技术、发展喷灌与微灌、实行节水灌溉制度等。这些节水技术无疑都是重要的和必需的,但节水效益最大的技术则是渠道防渗。这是因为我国每年灌溉用水量约为3 500亿m3,占农业用水量的90%,但我国80%以上的渠道没有防渗,渠系水的利用系数很低,平均不到50%,也就是说,从水源到田间,有50%以上的灌溉水因为渠道渗漏损失掉了。因此,必须要做好渠道防渗工程,堵住这个浪费水的大窟窿,提高渠系水的利用率。

2 渠道防渗措施类别

渠道防渗措施包括管理措施和工程措施两大方面。

渠道防渗的管理措施主要是:加强灌溉管理,实行计划用水,合理调配水量,组织安排轮灌,改建、改善不合理的渠系布置,搞好田间工程配套,加强渠道和建筑物的养护、维修等。

渠道防渗工程措施的种类比较多,但就其防渗特点而言,可以分为三大类:第一类是在渠床上加做防渗层;第二类是改变渠床土壤渗漏性能;第三类是采用防渗渠槽的结构形式。

第一类中采用较多的有黏土类防渗层、灰土类防渗层、砌石砌砖类防渗层、混凝土防渗层、沥青材料类防渗层、塑料薄膜类防渗层等。第二类措施主要有两种,即夯实土壤和利用水中含有的粘性颗料,淤填渠床土壤孔隙,以减少渠道渗漏。第三类是明渠,可选用矩形、梯形、U形和复合形;无压暗渠可选用城门洞形、箱形、正反拱形和圆形。

3 渠道防渗工程措施

3.1 土料类护面防渗

土料类护面防渗是指用压实素土、粘砂混合土、灰土、三合土、四合土等土料进行渠槽护面防渗。利用土料类护面防渗具有就地取材,造价低,施工简单的特点,其防渗效果(允许最大渗漏量)为0.07 m3/(m2·d)～ 0.17 m3/(m2·d),使用年限为 5年～25年。对土料类护面防渗的技术要求主要有以下几点:1)土料类护面防渗层的渗透系数不应大于1×10-6cm/s;2)素土和粘砂混合土在水中不应发生崩解现象;3)灰土的配合比一般可采用石灰和土的比例为1∶3～1∶9;三合土的配合比一般采用石灰与土砂总重的比例为1∶4～1∶9,其中土重为土砂总重的30%～60%,四合土可在三合土配合比的基础上加入25%～35%的卵石或碎石;4)最佳含水量,灰土采用20%～30%;三合土、四合土采用15%～20%;5)混合土样应搅拌均匀,边铺料边夯实,达到设计干密度为止。一般要求素土或粘砂混合土夯压后的干密度为1.5 t/m3～1.7 t/m3,对于灰土、三合土、四合土等防渗层,一般要求压实后的干密度在1.65 t/m3左右。

3.2 水泥土护面防渗

水泥土是一种性能较好而且比较价廉的建筑材料。它主要由土料、水泥和水等原料按一定比例配合拌匀后在渠槽表面铺设,并经过压实和养护后而形成的防渗护面。水泥土护面防渗具有一定的强度和耐久性,可就地取材,施工也较容易,但抗冻性较差。适用于气候温暖且渠道附近有壤土和沙壤土的地区,其防渗效果为0.06 m3/(m2·d)～ 0.17 m3/(m2·d),使用年限为8年～30年。水泥土衬砌渠道防渗一般有压实干硬性水泥土护面防渗和浇筑塑性水泥土护面防渗两种方法。水泥土中的水泥掺加量一般为8%～15%(重量比),水泥的掺加量越多,水泥固结能力越强,其强度也越高,这不仅可提高渠道防渗能力,还可满足渠道抗冲、耐磨等的要求,但水泥掺加量若超过20%,就很不经济。

3.3 砌石护面防渗

砌石护面防渗是指用料石、块石、卵石、石板等进行浆砌,或用卵石进行干砌挂淤等作为渠道护面而进行防渗的技术。石料衬砌渠道抗冻、抗冲、抗磨及抗腐蚀性能较好,施工简易,耐久性强,能适应渠道内水流流速大、推移质多、气候寒冷的环境。但其防渗能力较难保证,需劳力多。砌石防渗适用于石料资源丰富、能就地取材的地区,以及有抗冻和抗冲要求的渠道。砌石防渗一般均可减少渠道渗漏量的 70%～80%。浆砌石防渗效果为0.09 m3/(m2·d)～ 0.25 m3/(m2·d),干砌卵石挂淤的防渗效果为0.20 m3/(m2·d)～0.40 m3/(m2·d),使用年限为 25年～ 40年。为了提高砌石护面的防渗效果以及防止渠床基土被淘刷,可采用如下方法:1)对于干砌卵石挂淤渠道,可以在砌石体下面设置砂砾石垫层,或者铺设土工织物;2)对于浆砌石板渠道,可在石板防渗层下铺设厚度为2 cm～3 cm的砂料或者低标号砂浆做垫层;3)对于防渗要求高的大、中型渠道,可在砌石防渗层下加铺黏土、三合土、塑性水泥土或塑料薄膜层。

3.4 膜料衬砌防渗

膜料衬砌防渗在我国主要是采用增塑聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)等塑料薄膜材料用于渠槽防渗。采用塑料薄膜衬砌渠道防渗,其防渗性能强,质轻,运输便利,有较高的抗冻性和抗热性,并具有良好的柔性和延伸性,施工技术较简单。若用土保护层,造价较低,一般仅为混凝土防渗渠道的 1/3～1/4,但占地多,允许流速小,适用于中、小型低流速渠道防渗;若用刚性保护层,造价较高,可用于大、中型渠道防渗。采用塑料薄膜衬砌渠槽防渗,可减少渗漏量80%～90%,防渗效果为 0.04 m3/(m2·d)～ 0.08 m3/(m2·d),使 用年 限为 20 年 ～30年。采用塑料薄膜铺设防渗,其铺设方式有表面式和埋铺式两种。表面式铺设是将塑料薄膜铺于渠床表面,埋铺式是在铺好的塑料薄膜上再放置一层保护层。我国现在都采用埋铺式,这种方式虽然要增加渠槽挖填土方量,但避免了阳光、大气的直接作用和机械破坏,减缓了塑料薄膜的老化,延长了塑料薄膜的使用寿命。

3.5 混凝土衬砌防渗

混凝土衬砌渠道,防渗性能好,防渗效果为 0.04 m3/(m2·d)～0.14 m3/(m2·d),减少渗漏量可达80%～95%,使用年限为30年～50年,抗冲性能好,强度高,耐久性强,能耐高速流,可达4 m/s～6 m/s,而且便于管理,对各种地形、气候和运行条件的大、中、小型渠道都能适用。所以,混凝土衬砌防渗在我国渠道防渗中采用的最为普遍。混凝土衬砌防渗层的结构形式一般采用等厚板。当渠基有较大变形时,除采用必要的地基处理措施外,对大中型渠道主要采用楔形板、肋梁板、中部加厚板和Π形板结构形式,对小型渠道宜采U形渠槽。楔形板、肋梁扳、中部加厚板和Π形板均是为抗冻破坏而改进的混凝土防渗结构形式。

3.6 沥青混凝土防渗

沥青混凝土防渗性能强,适应变形能力较好,造价与混凝土相近,一般适用于冻胀性土基。其防渗效果好,为 0.04 m3/(m2·d)～0.14 m3/(m2·d),使用年限为20年～30年。沥青混凝土防渗结构分为有整平胶结层和无整平胶结层两种形式。无整平胶结层的结构多用于土质地基,有整平胶结层的结构多用于岩石地基。另外,为提高防渗效果,防止老化,延长使用寿命,通常在防渗层表面涂刷沥青玛脂封闭层,沥青玛脂在高温下不流淌,在低温下不脆裂,具有良好的热稳定性和变形性能。沥青混凝土防渗层一般为等厚断面,其厚度为5 cm～6 cm,大型渠道采用厚度为8 cm～10 cm;冻胀性土基,渠坡防渗层也可采取楔形断面,坡顶厚度为5 cm～6 cm,坡底厚度为8 cm～10 cm。

4 渠道防渗工程措施的选择

选用渠道防渗工程措施应注意:1)能达到预期的防渗效果,有一定的耐久性;2)因地制宜,就地取材,施工简单,造价较低;3)能提高渠道的输水能力及抗冲能力,促进渠道稳定,减少渠道断面尺寸;4)便于管理、养护、维修费用低。我国各地气候、土质、材料、水源等条件不同,防渗措施及防渗体结构也不尽相同。

最后必须指出,选择防渗措施主要是考虑防渗效果。在保证一定防渗效果的前提下,还要进行各种可行方案的经济比较,从而合理选定防渗措施及其结构形式。

[1]郭彩华.汾河灌区渠道防渗衬砌技术与施工质量控制[J].山西建筑,2008,34(20):360-361.