兰陵县会宝岭灌区渠道改造措施浅析

付建军

（临沂市兰陵县水利局,山东 临沂 277700）

0 引言

水资源是世界上不可再生资源之一，更是人类长远生活在社会上以及未来发展的前提条件之一，也是人类自身所能拥有的宝贵资源之一[1～3]。人们通过建设水利工程设施科学有效地利用水资源，如利用水利渠道进行水资源调配，保证缺水地区人们日常生活以及生产用水。为提高水资源的使用率、降低输水过程中的水资源浪费，对渠道防渗提出了较高的要求。在水利渠道的建设当中提高输水渠道的防渗技术水平，不仅能够提高水资源利用效率，还能延长渠道工程的使用寿命，因此在其施工过程中务必要做好渠道防渗[4]。怎样在水利工程施工中有效做好防渗，是如今水利工程渠道建设中急需解决的难题之一[5～6]。

1 工程概况

会宝岭灌区是山东省临沂市兰陵县的重要灌溉区，东至兰陵县汶河，西至枣庄，南到江苏省与山东省省界。会宝岭灌区始建于1959 年，该灌区主要覆盖兰陵县的6 个镇，灌区内面积可达30 余万亩。以兰陵县会宝岭水库及水库下游西泇河上陈桥、大桥两座拦河闸为灌溉水源，灌溉会宝岭水库下游和西泇河两岸农田。对于主要灌溉渠体系来说，其包含总干渠1 条0.584 km。以及对应的干渠6 条，这些干渠的总长度为65.77 km，且包含支渠条数为37 条，包含干斗条数为36 条，此外包含电灌站7 座以及库区扬水站8 座等灌溉基本工程。干支渠各类建筑物共948 座。自从会宝岭灌区被开发以来，当地农业生产效率得到了很大的提升，但是经过数十年的运行，灌区内的渠道出现了淤塞，且灌区内建筑物开始出现老化现象沟渠的常年失修，导致渠道经常会有漏水的情况出现，从而给灌溉水的有效利用带来负面影响，进而制约区域经济发展。因此有必要实施续建配套与节水改造相关工程。

2 渠道衬砌改造设计

会宝岭灌区设计灌溉面积为30 万亩左右，工程规模为大型，另据水利部《灌溉与排水设计规范》（SL252—2000），灌区工程等别为Ⅲ等，会宝岭灌区横山支渠0+000～0+470 区域对应的排涝流量为11.75 m3/s，该段沟渠对应的工程级别为4 级以及渠系建筑物工程级别为4 级；一干渠渠首灌溉流量为3.22 m3/s，陈桥新西干4+900 流量2.7 m3/s，陈桥新东干6+705 流量2.45 m3/s，横山支渠0+470～1+350 灌溉流量为1.26 m3/s，工程级别为5 级，渠系建筑物为5 级。

2.1 衬砌材料和衬砌方式分析

要求选取的石料材质坚硬新鲜，无风化剥落层甚至裂纹现象，表面洁净。采用座浆法砌筑，要求平、稳、紧、满等。此外，为确保施工保质保量按时完成，浆砌石工程与土方开挖、回填工程压茬进行。

2.2 衬砌分缝

（1）伸缩缝间距设置

通常情况下，混凝土的纵缝间距设置为5 m，横缝间距3 m～5 m。本工程涉及的渠道横纵缝间距均设置为4 m，同时将渠底宽度设置为2 m，且将渠段的横缝间距设置为2 m。

（2）衬砌对应的缝型、缝宽及填料

渠底混凝土通常使用结构简单且施工方便的矩形缝。衬砌分缝的缝宽受缝距、温度变化、混凝土的填料物理性能、干缩系数以及膨胀系数等因素影响。分缝选用性能良好的填料可有效实现防漏水的效果。根据伸缩缝的基本特性，在填缝时选择聚硫密封胶。

2.3 混凝土板平面结构尺寸

本工程为新挖渠段，使用4 m（长）×2 m （宽）的混凝土板。原渠道与边坡使用4 m×4 m的正方形板。

2.4 砼帽石工程

边坡衬砌顶部设水平封顶板，封顶板宽25 cm，与路沿石紧密贴合，板厚同边坡衬砌，采用M10 水泥砂浆安装预制砼帽石。

3 渠道防渗设计

3.1 渠道渗漏等级划分

（1）强渗漏情况分析

渗透系数高于1×10-4m/s的岩石会为高渗透性材料，最具代表性的有砾砂、中粗砂细砂以及全风化岩石等。本工程强渗漏段共计2 段：陈桥新西干桩号4+900～9+440，10+437～14+450 段 9.453 km；陈桥新东干 6+705～9+300，长2.595 km。

（2）中渗漏情况分析

渗透系数介于1×10-6m/s与1×10-4m/s之间的岩石属于中等渗漏材料，最具代表性的有全风化页岩、砂壤土以及泥灰岩等。本工程中渗漏段：一干渠：11+343 ～12+200，长0.857 km；横山支渠：0+000 ～1+350，长 1.35 km。

3.2 渠道渗漏量计算方法

3.2.1 无防渗情况下的自由渗漏量

渠道渗漏受沟渠所处地区的气象水文条件、渠床本身的物理性质以及运行时间影响，随着渗漏过程的推移，渠道的渗漏损失量会发生明显变化，一般可分为自由渗漏和顶托渗漏。

一般来说，渠段防渗漏的自由渗漏量求解方式会受到各个渠段的土质、土壤的渗透性以及沟渠具体的挖填情况决定，见下式：

式中：S为不采取防渗漏措施时的单位长度渗漏量，m3/（s·m）；k为土壤的渗透系数，m/s；b为沟渠对于的底宽，m；γ1为边坡侧向毛管渗吸时对应的修正系数，对于这个系数来说，其取值范围为1.1～1.4；h为沟渠的设计水位深度，m；m为渠道边坡的相关系数。

此外依据上式可以导出渠道顶托渗漏量对应的计算公式：

式中：S顶为采取顶托措施后的单位长度渗透量，m3/（s·m）；γ为对应的修正系数。

3.2.2 防渗后渗漏量情况分析

在采取防渗措施后渠道渗透量的计算公式：

式中：S为采取防渗措施后单位长度渗透量，m3/（s·m）；β为对应地代表采取防渗措施后的渗透系数，混凝土衬砌的减少稀疏取值为0.1，混凝土加复合土工膜防渗减少稀疏取值为0.05。

3.3 灌区沟渠的防渗设计

本文所研究的灌区主要采取如下几种渠道防渗漏措施：①防渗土料或防渗的水泥土，这些原料对应的造价低，施工简便，但耐久性以及抗冻性等性能不佳；②埋铺式膜料等原料，重量轻且运输量小，优点是防渗效果极佳，缺点是在应用土料保护层时对流速要求比较高，该方法占地面积较大，加上使用刚性保护层会提高工程成本；③沥青混凝土与混凝土防渗技术都能够在一定程度上起到防渗作用，沥青混凝土的防渗漏性能较强，缺点是容易造成对生态环境的破坏；④石料防渗，优点是施工技术难度低，材料抗冻抗冲性能强，生态环境破坏小，是当前最为主流的防渗方式。

对于防渗结构所遵循的原则来说，优先考虑因地制宜原则，还需考虑如下因素：防渗效果好；使用寿命长；防渗结构对应的输水强度以及防淤抗冲强度高；要求施工操作相对简易，并且质量容易保证；管理维修方便，并且施工代价合理。综上所述，对应的灌区沟渠需要采用土工膜加刚性保护层以及浆砌石防渗等形式的防渗漏方案比较好。

3.3.1 方案拟定

方案Ⅰ：渠基渗透系数小于1×10-7m/s对应的沟渠采取梯形浆砌石衬砌的方式，现浇C20 砼护底，采用聚硫密封胶嵌缝对进行防渗漏处理；对于渠基渗透系数大于1×10-7m/s的中强渗漏的沟渠渠段以及沟渠下方，如存在穿渠建筑物须进行土工膜铺设，提高渠道的防渗透能力。

方案Ⅱ：针对沟渠渠基渗透系数小于1×10-5m/s的沟渠渠段采用梯形浆砌石衬砌，现浇C20 砼护底，聚硫密封胶嵌缝对进行防渗漏处理。渠基渗透系数大于1×10-5m/s，需在强参漏渠段以及相应构渠底部铺设土工膜，加强防渗。

方案Ⅲ：梯形浆砌石衬砌，现浇C20 砼护底，以聚硫密封胶嵌缝，全断面土工膜加强防渗。

3.3.2 防渗效果比较

根据渠道地质资料核算各方案实施后的年渗漏量以及投资。方案Ⅱ进行现浇C20 砼护底时，需要在渠底添加土工膜，能够明显减少漏水量，降低渗漏损失增加的投资。而方案Ⅰ对应的渗水量最小，但投资较高。虽然方案Ⅲ的施工成本较低，但是该方案会浪费较多的水资源。因此根据分析，选取方案Ⅱ较为合理。

3.3.3 加强防渗设计

（1）加强防渗渠段及部位

渠道浆砌石衬砌具有一定的防渗透作用。对于土质条件较为理想且渗透系数较低区段来说，无需额外采取防渗漏措施。但在渗透系数较高的渠段以及存在穿渠建筑物的渠段必须要进行土工膜铺设，保证渠道整体的防渗透性能。

（2）防渗材料

本工程最终选用576 g/m2的二布一膜的复合土工膜防渗材料来提升防渗效果，厚度为0.0003 m。

（3）防渗设计

渠道斜坡的防渗土工膜可能会出现顶部与衬砌顶部高度相同的情况，可采用三角形压边技术来处理，并要求浆砌石必须要在铺设防渗材料的顶部。膜层铺设采用粘接方式，粘接宽度控制在10 cm以上，粘接方向下游开始上游终结，且上游边要压下游边。

4 结语

兰陵县会宝岭灌区续建配套与节水改造工程2014 年度项目建成后即投入试运用，工程运行良好，满足设计功能，较好地发挥了节水灌溉的功能。该灌区开展该节水改造工程后，对应的灌溉面积增加1.6 万亩，并且有效改善灌溉面积2.57万亩的农田，实现了多年平均灌溉效益为321.49 万元的基本目标。投资效益十分显著。