浅谈石头河灌区渠道防渗措施
2014-08-15崔荣
崔 荣
(陕西省石头河水库灌溉管理局 陕西 杨凌 712100)
渠道防渗是我国应用最广泛的节水工程技术。据有关部门统计,灌溉用水过程总损失水量中,输水损失占到2/3,可见对渠道进行防渗漏处理,开展渠道防渗工程是十分必要的。石头河水库灌区随着续建配套与节水改造项目及世行贷款项目的相继实施,基本完成了干支渠道防渗衬砌工程,取得了显著成效,节水效果明显。
1 灌区概况
石头河水库灌区位于关中西部,西起岐山县铜峪沟与陈仓区相邻,东至眉县青化乡与周至县接壤;南依秦岭,北抵渭河,东西长 42km,南北宽 l5km,总面积630km2。灌区设施灌溉面积37万亩,有效灌溉面积29万亩。分属眉县、岐山两县管辖,灌区内有14个乡镇,152个自然村,总人口27.95万人。
灌区分渠首水源和灌区工程两大部分。渠首水源工程有石头河水库、霸王河低坝引水枢纽和汤峪河低坝引水枢纽。灌区共设总干渠、梅惠干渠、东干、北干、西干五条干渠,总长61.574km;支渠14条,总长129.65km;斗渠315条,总长387.3km。灌区1977年建设,1990年投入运行,极大地改善了灌区农业生产基本条件,灌区社会经济得到快速发展,经济效益、社会效益显著。
石头河水库灌区是在原梅惠渠基础上发展起来的一个新老结合的灌区,灌区地形南高北低,地面坡降较大,渠道比降基本依据地形布设而形成“顺地跑”,比降多在1/35~1/300之间,渠道冲刷严重。加之灌区灌溉设施建设时工程设计标准偏低,施工质量较差,经过多年运行,工程设施老化失修、破损严重,渠道输水能力降低,严重制约着灌区现代农业的发展。
自2001年起,石头河水库灌区通过续建项目和世行项目的实施,截至2013年12月底,共完成渠道防渗衬砌改造长度150.76km,灌区灌排保障能力逐年提高,从1998年的49.74%提高到目前的67.38%,起到了节约用水、合理利用水资源,防止土壤盐碱化的目的,提高了渠系水利用系数,减少了输水过程中的水量损失,保障了渠道的行水安全,为灌区现代农业快速发展注入了活力。
2 灌区渠道防渗工程措施
总的来说,渠道防渗工程措施按防渗材料分为:土料防渗、砌石衬砌、砼衬砌及铺设管道等,石头河水库灌区渠道防渗工程措施主要为浆砌石衬砌、砼衬砌和铺设管道。
2.1 浆砌石防渗渠道
石头河水库灌区位于秦岭北麓,属冲洪积扇区,灌区内部分渠道采用浆砌石衬砌的防渗方式,依山而布,断面多为矩形或梯形。浆砌石渠道抗冻、抗冲、抗磨及抗腐蚀性较好,施工简单,耐久性强,能适应流速大、推移质多、气候寒冷的条件,但其防渗能力稍差。因此在实施时,在技术上作了一些改进,主要措施是表面现浇砼面或内铺防渗膜料,这种形式的防渗充分利用了浆砌石、砼贴面和防渗膜料各自的特点,提高了整体防渗能力。
2.2 砼防渗渠道
砼防渗渠道,适应范围广,强度高,抗冲性好,耐久性强,能适应高速水流及各种地形、气候,是防渗措施中应用最为普遍的一种。砼渠道一般厚度为8cm~12cm,为了保证其防渗能力,我们在实施中,也采用了内铺防渗膜料的方法,取得了较好的效果。
2.3 铺设管道
石头河水库灌区南高北低,地面坡降较大,比较适合管道输水。管道输水具有节水、节地、高效、增产等优点。石头河水库灌区实施低压管道输水的项目有:东干三支渠改造6.0km,东干四支渠改造7.1km,东干五支渠渠系改造16km,东干九支渠青化节水示范园渠系改造47.52km,深受灌区群众欢迎,推广前景广阔。
3 灌区渠道防渗应注意的问题
通过项目的实施及多年来的运行管理,我们对渠道防渗总结出了一些经验,现就一些应注意的问题,总结如下:
3.1 气候、地形条件
气候条件是设计和施工要考虑的最基本的因素,对防渗材料和施工方法的选择具有决定性作用。地形条件是决定渠道防渗工程措施和造价的重要因素,选择防渗方案时,要结合地形条件,择优选用。
3.2 选用合理的断面形式
渠道断面形式合理性与防渗效果密切相关,在项目设计时要按照规范标准和当地的气候、地形条件,选用经济合理的断面形式。①为减少占地,节约投资,在过城区及乡村地区,应修建暗渠或铺设管道,并采用U形、矩形断面等型式,充分考虑农耕机具及车辆的过往及排水需求。②一般情况下,应尽量采用弧底梯形断面、弧角梯形断面及U形断面。弧底梯形断面适应流量2m3/s~3m3/s,弧角梯形断面适应流量为3m3/s~15m3/s,U形断面适应流量2m3/s以下。这几种断面形式水流条件好、输水能力强,便于向下一级渠道输水,输沙能力强,清淤量小,并且由于渠底的反拱作用,不易形成冻胀力的应力集中,改善了受力条件,减轻冻胀分布的不均匀性,提高了抗冻胀性能,减少裂缝和错位现象,工程量小,防渗能力较好。
3.3 冻胀破坏
冻胀破坏是渠道损害的主要因素之一,其形成主要有两个方面:①土质的影响。土的分散性是影响工程冻害的一个重要因素。粘性土的冻胀次于粉质土,粗颗粒土的冻胀性小于细颗粒土;②水分的影响。渠道工程地基土含水量的高低,对冻胀程度的影响很大。水分对工程冻胀的影响有两个方面:即基土冻结前的湿润条件和冻结期的水分补给条件。一般把冻结过程分成“开敞”系统和“封闭”系统两种类型。在有外来水分、地下水补给的条件下,冻胀往往在基土中间形成厚而密集的层状冰,产生较大的冻胀量,从而破坏砼衬砌结构,致使防渗效率降低。而在无外来水补给的条件下,冻胀即使形成层状结构,其中的冰层也往往少而薄,冻胀量较小,对渠道工程的损害也小。基土的渗透性是决定有无防渗必要和采用哪种防渗措施的关键,土的冻胀敏感性和抗压强度等都是应考虑的主要性能。
3.4 地下水位
在易涝区,地下水位高于渠底,就要修建灌排结合渠道,其防渗层承受扬压力,必须选择合理的防渗方式。为了排除渠道砼回填土中的水分,减少因土体冻胀对砼的破坏,应采用一些排水措施,即设置排水孔、铺设砂石垫层或对渠底进行干砌石衬砌,以便于及时排除渗入土体中的水分,降低地下水位,减少土中水分的含量,减少融土的压力,进而削减衬砌面的水平冻胀力。2001年在石头河水库灌区西干渠改造过程中,由于地下水位高,渠道底部有地下水渗出,为了减少渗透压力和土体冻胀对渠底及护坡的破坏,我们在现浇砼面下设置10cm厚砂石垫层,并在渠壁及渠道底部呈梅花型设置D4排水孔,排水孔用两层土工布裹头,周围做三级反滤料,经过近几年的运行,效果比较好。
3.5 防渗标准及材料
渠道渗漏水有可能引起渠基失稳,影响正常安全运行,要充分考虑渠道运行及周边设施安全,尽可能选择经济、合理、安全的防渗标准。在较寒冷的地区,若单纯采用刚性材料防渗,冻胀易使砼板块产生不可恢复的错位及裂缝,破坏防渗结构,影响渠道的整体防渗效果。若在柔性防渗(防渗膜料)层上,衬砌现浇砼板、预制砼板或浆砌石等刚性材料做防护支撑,不仅能保护防渗层,提高渠道抗冲刷、防坍塌、边坡的稳定能力,而且柔性材料不易破坏、老化,即柔性防渗与刚性防护两种材料结合,是目前较为合理的、防渗标准较高的渠道防渗结构形式。
材料来源。应本着因地制宜、经济合理、就地取材的原则选用防渗材料及防渗措施。
3.6 伸缩缝的处理和填料
伸缩缝是渠道漏水的主要通道之一,为了做好止水的第一道防线,必须提高伸缩缝的处理标准。《渠道防渗工程技术规范》SL18-91推荐使用的伸缩缝填料为焦油塑料胶泥,采用热灌法施工,即将制好并保持在110℃的胶泥塑料灌入缝内。除此之外,还可用弹性聚脂涂料(油膏)、聚硫密封膏、PTN沥青聚氨酯嵌缝密封胶及遇水膨胀止水条以及橡胶止水带等新材料来处理伸缩缝,这些材料伸缩率大,施工方便,完全能适应伸缩缝的变形,止水可靠。将伸缩缝做成宽口楔形,在防水材料面上,用1.5cm的低标号沙浆填平。
3.7 施工质量
在渠道施工中应尽量提高机械化程度。现浇弧脚、弧底梯形渠道时,除搅拌、运输等环节要机械化外,渠底要用平板(或带弧)震动器,也可用双滚筒式震捣器。边坡至今尚无适用的机械,但可采用滑模和插入式(或其它形式)震动器施工,确保工程质量。小型U形渠道尽量采用已有的各种滑模式衬砌机现场浇筑。表面一定要原浆收面,严禁粉抹砂浆。渠道衬砌中现浇砼养护,线长面广,很难保证养护质量,也可加入适量的砼养护剂。总之,施工质量高低,是防渗工程成败的关键。
4 渠道防渗应急处理措施
在实际工作中,如遇到一些渠道渗漏严重的紧急险情,本着因地制宜、节约投资、及时有效的原则,可采取一些措施,比如:①拆除整块原砼预制板并铺设膜料后,再将原砼板重新砌筑。②在原浆砌石渠道面上重新浇筑砼。③对于小流量的渠道,可用铺设管道代替原渠道。④砼裂缝、老化处理:当混凝土发生裂缝后,如果砼板仍大致平整,无较大错位,裂缝也较小,可以运用过氯乙烯胶液涂料粘贴玻璃丝布的方法进行修复。而对于裂缝较大者,可采用填筑伸缩缝的方法修复。对于大型渠道,裂缝又较大的,可采用填塞与粘贴相结合的方法修复。对于砼老化现象严重而导致渗漏的渠道,可采用涂抹丙乳砂浆的方式进行处理。
5 结语
石头河水库灌区在各级渠道防渗衬砌工程实施过程中,严把工程质量关,积极采用新材料、新技术、新工艺,降低了输水损失,保障了行水安全,提高了灌溉效益,缩短了流程时间,提高了输水能力,取得了显著的综合效益,对提高灌区抗御自然灾害的能力、促进灌区农业结构的调整和农业增产、农民增收,保障农村经济的可持续发展起到了重要作用。陕西水利