渠道防渗工程技术研究

2011-08-15尹华

黑龙江水利科技 2011年4期

尹华

(新疆阿瓦提县水管总站，新疆阿瓦提843200)

1 引言

渠道防渗技术是减少渠道输水渗漏损失的工程措施。渠道防渗不仅能节约灌溉用水，而且能降低地下水位，防止土壤次生盐碱化;防止渠道的冲淤和坍塌，加快流速提高输水能力，减小渠道断面和建筑物尺寸;节省占地，减少工程费用和维修管理费用等。渠道防渗方法可分两类:①改变原渠床土壤渗透性能，又可分为物理机械法和化学法。前者是通过减少土壤空隙达到减少渗漏的目的，可用压实、淤淀、抹光等;后者是掺入化学材料以增强渠床土壤的不透水性。②设置防渗层，即进行渠道衬砌，可用混凝土和钢筋混凝土、塑料薄膜、砌石、砌砖、沥青、三合土、水泥土和黏土等各种不同材料衬砌渠床。采用防渗措施后，渠道渗漏损失可以减少50%～90%。我国每年灌溉用水量约为3 500亿m3，占农业用水量的90%，占我国总用水量的63%。渠道防渗技术对于节约用水有着重要的技术贡献，目前我国已建渠道防渗工程为55万多公里，仅占渠道总长的18%，80%以上的渠道没有防渗，渠系水的利用系数很低，平均不到0.50，低于其他国家(美国为0.78，前苏联为0.6～0.7，日本为0.61)。所以研究渠道防渗工程的技术，是完善水利工程，提升输水能力，节约用水的当务之急。

2 渠道防渗工程技术存在的原因

2.1 混凝土面板冻胀破坏

渠道混凝土面板发生冻胀破坏的原因是渠基土发生冻胀，渠基土的冻胀与以下3个因素有关:①气温过低，渠道所处环境为长期寒冷的地域。②基土中存在着水分，水层存在着冻结。③基土的物理性质，主要包括土的颗粒组成等。对于寒冷地域的混凝土面板防冻处理要控制温度，要保证土层温度能够在0℃以上，或者不会长期地处于0℃以下，这就需要增加土层的深度，避免出现板体本身发生破裂，翘起，滑落，严重的将导致渠道边坡塌陷，必要时可以采用防冻保温板技术。

对于水分处理问题则要考虑到土颗粒表层的活跃水分子将会顺着温度梯度方向向土壤水冻结峰面迁移，如果基土水份有充足的补给源，基土冻结锋面将会产生更为严重的冻胀。因为常规冻胀量一般为原来体积的10% ～50%，而在水份迁移的情况下，冻结锋面上的冻胀量可达到原来体积的数倍。所以在防冻技术研究中，提倡使用薄膜防渗技术，避免水分的渗透，产生冻胀。对于土质问题来说，理论分析和工程实践证明，粒径＞0.1 mm的基土因其所含水分较少，在其结冰时产生的膨胀力较小，不足以对混凝土板产生破坏;当基土粒径在0.1～0.05 mm时，破坏较大，而当粒径在0.05～0.002 mm时，基土冻胀破坏最强。按照土质的分类，黏土的冻胀破坏最强，其次依次降低的是粉质土、亚黏土和亚砂土。采用何种的防渗防冻技术要根据地区的具体情况而定，在施工之前必须要冻胀原因进行研究分析，对症下药地进行防冻施工和防冻技术选择。

2.2 防护面渗水问题

渠道渗水问题主要是由于防护面的问题，现阶段防护面的技术有很多种，钢筋混凝土、塑料薄膜、砌石、砌砖、沥青、三合土、水泥土和黏土等都是防护面的材料。从材料分析来看，一些地区的渠道防渗材料的选择不当是造成渗水的主要原因，不同地区的土质有着不同的防渗要求，必须根据实际情况进行分析，必要时可以采用多种防护手段进行综合治理。另外施工技术也对渗水问题有着影响，提升技术水平是防渗的关键。

3 预防破坏的渠道防渗技术研究

3.1 保温材料防冻技术

保温材料在渠道防渗施工中的应用可以很好地控制渠道温度，避免出现渠道渗水现象，保温材料的选择一般采用具有韧性好、黏接力强、低温不断裂、使用寿命长聚苯乙烯泡沫保温板等。这种保温材料的安装首先要控制塑料泡沫板的厚度、间距(混凝土接缝宽度和分块尺寸)根据规范和当地温差计算确定，一般以厚度10 mm、间距3～4 m控制为宜。保温泡沫板的加入要与混凝土防护面相结合，在混凝土浇筑时，将其与边模板固定好，木模板可用铁钉固定，钢模板用卡子固定，避免混凝土入仓振捣过程中闭孔塑料板向上移动，混凝土终凝24 h后即可拆模，闭孔塑料板与混凝土已经凝结在一起，覆膜或洒水养护。需要注意的是，混凝土与泡沫板固定的过程中，要保证其边缘的整齐，不要在规定时间内进行踩踏，避免出现裂缝，毁坏防护面。在设计时，要考虑到施工的具体环境，如果是及其寒冷的地区就要增强对渠道周围和底部泡沫板的厚度，使用厚30～50 mm的聚苯乙烯泡沫板做为保温层，以防止板下土基发生冻胀，尤其是使用聚苯乙烯泡沫保温板，经过实践证明其保温防冻胀效果十分优良。

3.2 防渗技术研究

3.2.1 砌石护面防渗

砌石防渗中的材料选择有着廉价、方便的特点，可以就地取材。而且石料的种类繁多，对防渗技术有丰富的原料支持。简单地划分可以有这样两种常见砌石防渗技术:①块石衬砌防渗。块石的质地较硬，有着规格上平整的特点，而且没有裂纹，易于切割。防渗需要选择的石料的规格一般以长40～50 cm、宽30～40 cm、厚度≥8～10 cm为宜。在砌石的过程中要注意护面的勾缝，要采用新式的高效填缝剂，将护面的砌石缝隙处理妥当，避免出现缝隙处的渗漏，对块石而言，其缝隙较少，但是一定要重视对缝隙的添堵。②卵石衬砌防渗。卵石的特点是体积小，砌石的缝隙会较多，比较适用于泥砂流量大的区域，因为卵石防护主要有着抗冲刷的作用，其防护面在使用一段时间后，卵石间的缝隙逐渐被泥砂充填，再经水中矿物盐类的硬化和凝聚作用，便形成了稳定的防渗层。技术上要求卵石衬砌的施工应按先渠底、后渠坡的顺序铺砌卵石。

3.2.2 膜料防渗渠道护面

膜料防渗渠道护面主要采用塑料薄膜和沥青玻璃毡等材料衬砌，推广采用膜料防渗材料主要是考虑到了其经济适用性和防冻防渗性。塑料薄膜的渠道防渗技术除了原始的聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)薄膜之外，还有复合土工膜、改性沥青防水卷材等土工膜料以及聚合物纤维混凝土、土壤固化剂和土工合成材料膨润土垫等防渗材料。这些膜料的选择要根据不同的气候和土质条件下进行选择。一般的膜料防渗都有着较高的抗冻性和抗热性，并具有良好的柔性和延伸性。根据这些特点，膜料防渗施工要重视塑料薄膜衬砌，在砌筑的过程中要确定流速，膜料防渗要求流速小，适用于中、小型低流速渠道防渗，采用渠槽防渗，可减少渗漏量80% ～90%，防渗效果为0.04～0.08 m3/(m2·d)，使用年限约 20～30 a，其渠道糙率为0.02～0.025。

3.2.3 混凝土衬砌防渗

原始的混凝土防渗渠道施工有着很多弊端，往往会在输水过后留下较大的破坏现象，而且混凝土面也容易发生冻裂。如今的混凝土材料加入了混凝土添加剂和保护剂，混凝土的抗冲击能力明显增强，加上与其他工艺的互相融合，混凝土防渗技术已经日益成熟。在技术控制上要注意混凝土衬砌层在施工时要预留伸缩缝，以适应温度变化、冻胀、基础不均匀沉陷等原因所引起的变形。纵向缝一般设在边坡与渠底连接处，当当渠底宽度超过6～8 m时，可在渠底中部另加纵缝。渠道边坡上一般不设纵向伸缩缝。伸缩缝宽度一般为1～4 cm，缝中填料可采用沥青混合物、聚氯乙烯胶泥和沥青油毡板等。