汾河灌区节水改造工程渠道防渗技术研究

王 中

（山西省汾河灌溉管理局，山西 太原 030002）

1 概况

汾河灌区位于山西省太原盆地，是山西省的大型灌区之一，灌溉面积15万hm2。灌区现有四级固定渠道（局部地区为五级固定渠道），即干、支、斗、农渠，各级灌溉渠道3006条，总长3605km，已有渠系建筑物10535座，但由于多年运行和年久失修，现有建筑物工程完好率较低。

2 灌溉渠系工程现状

汾河灌区现有5条干渠，即一坝灌区东、西干渠，二坝灌区东、西干渠，三坝灌区西干渠，长196.44km。根据地形条件，干渠沿汾河两岸布设。共有支渠20条，全长225.32km，其中一坝灌区5条，二坝灌区10条，三坝灌区5条。斗渠331条，全长871.45km。支渠渠道工程完好率93%，斗渠渠道工程完好率89%。支、斗两级渠道除已衬砌27.8km（衬砌基本损坏）外，其余均为土质梯形渠道。

灌溉渠系防渗率和工程配套水平低。干支渠防渗衬砌只有123.8km，其余的干支渠和斗农渠均无防渗，在已防渗的干支渠中，有58km防渗损坏，不能发挥其防渗作用。支渠以下的斗农渠渠系工程建筑物配套率仅为48%，斗、农渠基本无防渗。

3 渠道防渗工程设计

3.1 防渗渠段的选择

汾河灌区自1999年开展续建配套与节水改造工程以来，以汾河灌区整体效益出发，优先安排影响灌区整体效益发挥的干、支渠“卡脖子”工程，优先安排灌区整体效益发挥的重点骨干渠道和建筑物。

3.2 渠道防渗衬砌型式选择

由于汾河灌区位于季节性冻土地区，基土的冻胀对渠道衬砌危害较大，为了防止渠道渗漏及冻胀破坏，结合原渠道实际情况，采用不同的衬砌形式。

干渠：原为矩形断面的渠道，形状不变，两侧采用重力式挡墙，底板及挡墙采用浆砌石砌筑，底板面层及挡墙面层采用混凝土防渗，防渗高度为设计水位加超高；原为梯形断面的渠段，断面形式不变，边坡采用浆砌石或混凝土预制板，底板采用浆砌石+防渗土工膜、现浇混凝土、干插石+混凝土贴面等多种形式。

支渠：支渠断面全部为梯形断面，断面形式不变，边坡采用M7.5浆砌石厚0.3～0.5m，底板采用干插石灌浆厚0.3m加面层现浇C15混凝土0.1m厚，或现浇C15混凝土0.15m厚，其下铺设复合土工膜。

防渗渠道横向15m设1道伸缩缝，缝内填充聚乙烯闭孔泡沫板，迎水面5cm用沥青砂浆填实。纵向沿坡角设2道伸缩缝，处理方向同横缝。在矩形断面和梯形断面交接处，设10m长的渐变段相衔接，渐变段均采用浆砌石结构。

3.3 渠道设计流量

渠道防渗在现有土渠基础上衬砌，设计流量依照现有渠道设计流量，维持不变。

3.4 渠道水力计算

渠道输水能力根据明渠均匀流公式计算：

式中：Q——设计流量，m3/s；

A——过水断面面积，m2；

C——谢才系数；

R——水力半径，m；

i——设计渠底纵坡。

渠道设计水深根据以上公式反推。

渠道的平均流速按曼宁公式计算，渠道衬砌超高值按照《灌溉与排水工程设计规范》取0.3～0.8m。渠道衬砌高度在闸前考虑闸前壅水高度影响。

3.5 渠道冻胀分析计算

设计冻深采用《渠系工程抗冻胀设计规范》中的有关公式进行计算。计算得，工程设计冻深为0.79m，本次设计取0.8m。

冻胀量根据《渠系工程抗冻胀设计规范》中冻胀量计算，冻深取0.8m时，根据细粒土质砂、含细粒土砂冻深与冻胀量的关系曲线图，冻胀量为0.5cm。由此可判定，地基土的冻胀类别均为Ⅰ类。

规范中规定，梯形断面渠道混凝土的允许冻胀量为0.5～2.0cm，设计冻胀量小于此值，可不采取防冻胀措施。

3.6 渠道防渗节水效果分析

汾河灌区续建配套与节水改造项目总体可研，工程渠道防渗总长175.587km，平均过水流量按3～22.5m3/s考虑，年输水时间50d。其防渗前后渗漏损失按《灌溉与排水工程涉及规范》推荐的经验公式计算。计算得，渠道防渗前损失水量为3958万m3，防渗后损失水量645万m3，节水量3313万m3。

4 渠道防渗工程施工

4.1 土方开挖

基础开挖采用0.5m3或1.0m3反铲挖掘机将挖出的土方堆至渠堤外侧，待完成浆砌石渠堤的砌筑并经验收合格后，再分层回填、夯实至设计要求。

渠堤开挖时预留30cm保护层，该保护层用人工开挖，应避免出现超挖现象。基面清理时，要将稀软淤土、树根、杂草、乱石等全部清除，如遇有洞穴要用粗砂或砂砾石分层回填、夯实。夯实后的混凝土挡土墙基底的密实度必须达到设计要求。

4.2 浆砌石砌筑

第一，砌筑前在砌体外将石料上的泥垢冲洗干净，砌筑时保持砌石表面湿润。第二，应采用坐浆法分层砌筑，铺浆厚度3～5cm，铺浆砌石同时进行，砌缝需用砂浆填充饱满；不得无浆直接贴靠，砌缝内砂浆应采用扁铁插捣密实；严禁先堆石块再用砂浆灌缝。第三，上下层砌石应错缝砌筑；砌体外露面应平整美观，外露面上的砌缝应预留约4cm深的空隙，以备勾缝处理；水平缝宽不大于2.5cm，竖缝宽不大于4cm。第四，砌筑因故停顿，砂浆超过初凝时间，应待砂浆强度达到2.5MPa后方可继续施工。在继续砌筑前，将原砌体表面的浮渣清除，砌筑时应避免振动下层砌体。第五，勾缝前必须清缝，用水冲净并保持缝槽内湿润，砂浆应分次向缝内填塞密实；勾缝砂浆标号应高于砌体砂浆，并按实有砌缝勾平缝，严禁勾假缝、凸缝；砌筑完毕后保持砌体表面湿润，并做好养护工作。第六，砂浆配合比、工作性能等按设计标号通过试验确定，施工中应在砌筑现场随机制取试件。

4.3 复合土工膜铺设

铺膜前，应将膜下基面铲平，土工膜质量应经检验合格。土工膜拼接采用胶接法粘合或热元件法焊接，胶接法搭接宽度5～7cm，热元件焊接叠合宽度1～1.5cm。土工膜应自下而上平展铺设，铺完后及时铺保护层。填筑保护层的速度要与铺膜速度相配合。砂保护层施工工作面不宜上重型机械和车辆，不可使用有可能损坏土工膜的工具，砂中不能含有石头、树根、草根等易扎破土工膜的杂物。土工膜的施工、焊缝质量检测、工程验收与技术管理参照《聚乙烯土工膜防渗工程技术规范》进行。

4.4 混凝土浇筑

水泥品种选用抗酸性的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，标号不低于32.5号。砂子采用质地坚硬、颗粒洁净、级配良好的天然砂，砂的细度模数为2.3～3.0，含泥量不大于3%，且不得含有黏土团粒。粗骨料采用质地坚硬且级配良好的碎石，含泥量要小于1%，粗骨料最大粒径取60mm，要求超径小于5%。为抵御酸性环境水对钢筋混凝土的侵蚀，混凝土水灰比不得大于0.55，水泥用量不得低于300kg/m3。

混凝土浇筑时，衬砌混凝土或渠系建筑物所用混凝土采用0.4m3搅拌机拌和，胶轮车运输，溜槽入仓，振捣器振捣。混凝土配合比通过试验确定。混凝土施工应符合《水工混凝土施工规范》的有关规定。混凝土浇筑地点的坍落度宜在30～60cm之间。同一批号的混凝土随机取样做抗渗、抗冻等试验。混凝土浇筑要求隔块浇筑，且其强度达到2.5MPa后方可拆模。

混凝土浇筑完成并终凝后及时对混凝土表面覆盖草袋或塑料薄膜，洒水养护，经常保持湿润，养护时间不得少于14d。平均气温低于5℃时，不得浇水。