渠道防渗技术在某渠道设计中的应用

王玉霞

(新疆水利电力建设总公司，乌鲁木齐830000)

1 工程概况

1.1 地理位置及气候条件

新疆北部某个主干渠道处在某灌区，该灌区处在天山北麓，准噶尔盆地的西南边的一个下游淤积、冲击平原上，总的灌溉面积约为7.62万hm2。据气象资料显示，此灌区年平均气温为7℃，1月的平均气温为-18.9℃，7月平均气温为26.6℃，年最低气温极端为-41.5℃，年最高气温达到43.2℃。降水量方面，年平均降水量为162.4 mm，蒸发量达到1 756 mm，可见蒸发量是年平均降水量的14倍还要多，冬季积雪最大厚度达到36 cm。常年平均无霜期据统计为164 d，多年统计最早冻结日期为11月5日，最晚解冻日期统计为4月10号，最大冻深达到1.3 m。全年西北风、静风盛行，年最大风速达到16 m/s，4月10日年平均风速达到1.7 m/s，瞬时风速为24 m/s。

1.2 地质概况

本渠系的走向线位于某大型冲击平原中部，地貌单位为冲洪积平原，走向线地层的土质主要是粉砂和粉土，局部有粉砂透镜体，地层的分布较为单一，以冲洪积平原为主要地貌。

渠系下沿途具有含水量较大，含盐量偏高等特点，由于受到了地下水毛细水上升以及水位季节性波动等因素的影响，岩石的物理性质随着深度变化以及其季节性差异较为显著，这就使得岩土易受到冻胀破坏，在施工时，要根据实际的地质条件采取有效地措施来应对，避免由于地质的问题造成的渠体损坏。

1.3 工程现状

新疆北部某主干渠道工程于1966年开工，1974年续建，渠体长度为21.886 km，渠体结构主要为土渠，走向为从南向北，设计要求流量为2 m3/s，要求过水能力为12.6 m3/s。

由于原本渠体结构为土渠，没有考虑到防渗要求，渠道存在着严重的渗漏，几十年的使用使得整体渠道已经严重破损，各类建筑物也损坏严重，整体的淤积和坍塌使得其过水能力明显下降，远远不能满足使用要求。且由于渠道两边渗漏严重，周围耕地的地下水位逐渐地上升，造成了周边土壤的次生盐渍化，两侧的良好耕地慢慢减产直至弃耕。

2 渠道防渗技术

2.1 渠道防渗施工方法

2.1.1 土料防渗

土料防渗可就地取材，造价低、投资少，很为工程单位亲睐。土料防渗的技术要点在于对施工中土料的原材料作充分处理，首先应粉碎、过筛，清除土料中的草皮、树根等杂物和含有机质多的表层土;其次应严格控制土料的配合比和含水率。当厚度＞15 cm时，要分层铺筑，边铺筑边夯实至设计容重。铺筑完成后，还要加强养护。

2.1.2 砌石防渗

砌石防渗同样具有就地取材、施工简单的优点，并且抗冲刷能力、耐磨性和耐腐蚀性也强，具有稳定性强的特点，适合流速大的输水渠道。国内的浆砌石防渗渠道大多没有设垫层，直接砌筑在渠道基础上。由于石板较薄，为提高防渗效果，需使石板与渠床紧密结合，一般铺一层2～3 cm厚的沙料或砂浆做垫层，也有在砌石下面加铺黏土或塑料薄膜做垫层的。

2.1.3 膜料防渗

膜料防渗材质轻、运输方便、耐腐蚀性强、造价低，并且防渗性能好，变形能力强，易于施工。但膜料容易被刺穿，易老化，与土黏结性差，不利边坡稳定。鉴于膜料防渗技术的上述特点，其施工的核心在于保持膜层的完整和维持边坡的稳定。土渠层的铺膜基槽常采用梯形、台阶形、五边形或锯齿形等断面形式，铺膜时膜料应留有小褶，平贴渠基。

2.1.4 沥青材料防渗

沥青材料在我国北方的渠道应用较为普遍。由于沥青材料防渗效果好，浇筑式的沥青混凝土几乎完全不透水;具有很好的柔性，极易适应地基变形;并且耐久性好、价格低，沥青材料防渗技术被广泛采用，其中应用最多的是沥青混凝土衬砌。沥青混凝土在高温下会散发许多有害气体而对环境产生污染，所以现今已杜绝传统的污染严重的煤沥青的使用，多采用石油沥青。在正式施工前，要针对实际的施工环境，通过工艺性试验确定沥青混合料的配合比、施工温度、摊铺厚度、碾压遍数等参数。

2.1.5 水泥土防渗

水泥土就地取材，和刚性结构相比造价低，多用于河底的防渗处理，具有较好的防渗效果，施工简便。缺点是水泥土的抗拉强度很低，很容易产生脆性破坏，对基础的要求也高，允许流速小，抗冻性差。水泥土防渗分为干硬性水泥土防渗和塑性水泥土防渗2种方式。其施工要点为铺筑前要先洒水润湿渠基、配料要准确、均匀拌合、摊铺平整、浇捣密实。拌好的水泥按渠坡、渠底的顺序均匀铺筑;抹平后在表面撒一层厚2 mm的水泥抹光，铺筑应连续进行;塑性水泥土设置保护层时，其保护层应先于塑性水泥土初凝铺设完毕。需要提到的是，水泥土防渗对于环境有不利影响，在选取时应该考虑这点。

3 渠线防渗处理设计

3.1 渠道工程设计

1)渠道横断面设计:结合新疆地区近些年来对渠道防渗方面积累的经验，渠道断面设计为弧形底梯形断面，此断面比单独的梯形断面的抗冻性能要好很多。

2)渠道设计:根据实际的测量资料整理，在满足渠道不会淤积以及水位满足这两种条件下，且参照各个分水口的引水高程以及建筑物的底部高程等控制条件可以将整个渠系的纵坡东为0.38‰ ～0.91‰。根据以往灌区渠道建设的经验，此次聚到的内边坡系数可取1.74，外边坡系数可以取为1.6，现浇混凝土的糙率可以定为0.015。渠堤的超高以及渠深可以按照下列公式计算:

式中:Fb是渠道的超高;hb是渠道加大流量之后的水深，单位为m。

3)复合土工膜的选择:随着这些年工程越来越多的工程实践证明以及广泛的认可，使用复合土工膜作为整个渠系的额防渗材料能够取得非常好的防渗效果，同时具有较长的使用寿命。本次渠道经设计采用的防渗材料为一布一模(2009/m2PE0.3mm)。

4)防冻胀设计:本次渠道防渗设计的主要任务还有防冻胀设计。有当地的气象资料统计显示，此地区最大的冻胀深度为1.3 m，结合《水工建筑物抗冰冻设计规范》的要求以及上述因素的限制，定换填土为防冻胀的主要方法，换填土换填厚度见表1。

表1 换填厚度结果 cm

3.2 本工程防渗处理结果

本次新疆北部某主干渠道改建工程确定具体横断面结构形式如下:

1)弧形渠底:从上到下顺序为13 cm混凝土板、一布一膜以及69 cm的砂砾石垫层。混凝土板强度等级定为C 20，抗冻标号为F 200，抗渗标号为W6。

2)边坡:从外部向内部顺序为11～7 cm的混凝土板、一布一膜以及69～29 cm的砂砾石垫层。

3)渠堤的北外边坡系数定为1.6，内边坡系数定为1.74。

本文对其防渗处理方法进行了分析，最终得出了具体的防渗设计方案，保证了渠系周边耕地的灌溉以及土质营养的保全。

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