谢寨灌区节水工程防渗渠道衬砌施工技术的应用

吴晓光

（菏泽市河湖流域工程管理服务中心，山东 菏泽 274000）

1 灌区概况

1.1 灌区自然地理概况

谢寨引黄灌区地处山东省菏泽市腹地偏南方，东鱼河沿岸，地形狭长，南北横向长度为6 km左右，东西纵向长达120 km，包括7个县（区）。由于其地处淮河流域的南四湖湖西平原，因此灌区地势低平，无显著突起，地势西南高、东北低。灌区土壤以潮土为主，几乎没有不利于农作物生长的盐碱地，农业发展价值极高。灌区位于温带季风气候区，四季变化明显，具有适宜的温度和充足的光照。

1.2 灌区社会经济概况

谢寨引黄灌区隶属于菏泽市水利局，覆盖7个县（区）的38个乡、529个行政村，总人口64.08万人，其中农业人口50.18万人，占总人口的78.3%，农业劳动力35.23万人，占农村人口的48.3%，年农业总产值11.91亿元，农民人均年净收入2 373元。

虽然谢寨灌区自然条件良好，但受水资源利用不充分的限制，农业生产水平一般，仍具有较大的提升空间。灌区主要农作物有冬小麦、棉花、大豆、花生等，目前作物种植指数为1.70，粮食作物667 m2产量328 kg，棉花667 m2产量64 kg。

1.3 灌区发展现状

谢寨灌区始建于1956年（原名黄寨灌区），自建成以来，在当地国民经济发展中发挥了极其重要的作用。但经过多年运行，灌区涌现出许多问题：第一，灌区渠道土质疏松导致的崩塌漏水使水资源在运输过程中损耗增加，不利于水资源效益的发挥；第二，由于运营期较长，大部分建筑处于待维护或停运状态，不能正常使用；第三，灌溉方式落后，目前上游渠道两侧仍存在漫灌现象，但下游农户却无法用水，水资源利用矛盾十分突出；第四，由于没有现代化的水测量设施，大多数农民继续按照面积收费，导致农业用水价格较低，农民缺乏节水意识；第五，管理设施不完善，管理模式滞后，管理体制粗放，灌区发展急需改革。

随着谢寨灌区人口数量的不断增加，该区人口对粮食的需求量也进一步增大，在某种程度上加快了谢寨灌区的农业发展速度，但同时也引发了农业灌溉水资源的供需矛盾问题。谢寨灌区灌溉主要依靠土渠，然而渠道衬砌率非常低，灌溉用水利用系数仅为0.45，严重影响了灌区灌溉效益的正常发挥。因此，要采取节水措施，进一步加强灌区渠道防渗衬砌施工的控制和管理，从而有效提高渠道防渗能力，减少水资源浪费。对承担着整个灌区输水任务的谢寨输水干线进行优化改造，对提升整个灌区的灌溉效益有巨大帮助。东明干渠和第一干渠在东明两岸乃至东鱼河北支路的农业灌溉中也发挥着重要作用，解决了渠道土质差造成的漏水问题和沿线群众饮水问题，充分利用了有限的水资源，提高了农田灌溉效率，增加了农民收入，促进了农村振兴。

2 渠道工程布置

2.1 设计原则

由于渠道工程建设要求不能影响周围建筑物的正常使用，且不能占用较多的土地资源，因此应采用适当调整渠道中心线的方法，最大限度地将现有渠道截直。

根据河道沿线控制建筑物及两岸建筑物的引水情况，结合灌区总体规划，按原设计坡度确定渠道衬砌坡度。

2.2 渠道指标确定

渠道衬砌断面采用梯形断面，渠道水头导流水位根据主渠道水位确定，以典型支渠计算的灌溉水利用系数作为扩展指标，按各渠控制面积计算渠流量。

根据渠床土壤岩性，考虑是否减少开挖土方量，衬砌渠道段的坡度系数为主渠道1∶2，支渠1.0∶1.5，衬砌顶部以上路堤边坡1∶2。预制混凝土板衬砌渠道的粗糙度在0.016～0.018。结合灌区衬砌渠道的设计糙率，通过综合分析，确定衬砌后主渠道和支渠道河床糙率为0.018。

参考谢寨灌区已建成衬砌渠道的运行情况，衬砌标高按下列公式计算：主渠道衬砌高程=渠道设计水位+0.4 m，支渠衬砌高程=支渠设计水位+0.3 m。路堤顶部高程根据以下公式确定：路堤顶部高程=增加的水位+1/4H+0.2 m（H为增加水深）。

路堤顶部高程要将沿干渠和当前路堤顶部的弃土计算在内。在不增加新占地和满足土方开挖平衡的情况下，可适当提高路堤顶部高程。渠道设计断面采用明渠均匀流计算公式及进行计算。

2.3 渠首水位推算

渠道的设计要考虑上下游水位和渠底高程的衔接，渠道上下级水位的衔接见表1。

表1 渠道上下游水位衔接表

3 防渗衬砌施工技术准备工作

3.1 施工准备

施工准备是农业灌溉渠道防渗衬砌施工技术中的一个重要环节，也是保证地基平衡的一个重要环节，做好施工准备可在很大程度上避免渗漏。同时，根据通道布置方式和施工图中的设计尺寸，应在基础平衡的范围内进行规定。放线时，需要根据放线标志进一步进行开挖作业。在基础平衡操作中，还需要减少地基的水分，以防止由于低温导致水冻结或冻裂扩展。

3.2 施工板制作

根据图纸进行板长设计，并进行测量和配置，相应的信号必须有重要的信号连接，安装时必须有效保证安装面上的板平衡，避免变形，以免安装后漏液、漏泥等。模板制作安装过程中，模板应纵向安装在防渗槽之间。安装测量每块宽板时，安装过程误差应控制在4 cm以内。如果施工板主要是漏混凝土，还应控制和管理板上的安装误差［1］。

4 灌区渠道防渗漏技术改造措施

4.1 梯弧形渠的技术改造

渠道边坡技术改造一般采用六角形预制砌体技术。该技术是在原有基础上进行填塞施工，然后用防渗膜完成铺设，并在其上放置水泥垫层。为了避免出现渠道渗水问题，有必要切割预制板盖，以便随着渠道含水量的不断减少，减少结冰的可能性，从而避免水资源的浪费。在阶梯拱形渠道的修建过程中，混凝土沙垫层的施工不仅可以保护塑料薄膜，而且是防渗系统的重要组成部分。可变预制板的六角形设计也起着非常重要的作用，不仅可以有效避免渠道在扩建期间的不规则变形，还可以提高渠道整体结构的稳定性。

4.2 预制“U”形渠的技术改造

一般来说，在斗渠和农业渠道的设计中，大多数部门都没有进行防损失设计。另外，排水渠道内污染物多，杂草丛生，导致渠道输水能力受到严重影响，损失问题十分严重。因此，在重建施工中，必须首先对项目进行防亏损改造。为了提高输水能力，有必要提高河床流速。一般情况下，设计斗式渠道或农业渠道时，可根据项目的实际情况设计“U”形渠。预制“U”形渠应用于水利灌溉工程中，不仅结构形式设计简单，且施工时间相对较短，能够以较少量的混凝土在短期施工内完成工程的衬砌工作，同时可规避对土地的大面积占用和对地面交通的影响。另外，由于该工程位于北方，冬季相对寒冷，因此也要适当采取防冻措施。

4.3 坝基及坝肩防渗处理

为确保大坝安全，需开挖一段平行于坝轴线的梯形断面，截留护城河，沟槽分层填筑密实土。截水沟深2.0～5.0 m，坡度1∶1，下宽3.0 m。坝体填筑前，必须清除坝基内的腐殖质、淤泥、杂草、树根和其他杂物，基础清理深度不得小于0.5 m。大坝两侧陡峭的部分必须切割。注意岸坡陆坡高度的变化，避免土坝因坡度和共同面形状不当导致不规则沉降而产生裂缝，并将与大坝相连的岸坡按1∶3的坡度进行削坡。为了延长接触渗滤路径，在排气隧洞的每个接缝处设置1个渗滤段环。为防止沿管壁集中渗透，防渗夹环宽0.8 m，厚1.0 m。

5 渠道防渗改建的技术要求

5.1 渠基改建技术应用

为了提高整个渠道的稳定性，在设计和处理阶段应予以高度重视。首先，确保渠道内无淤泥、杂草和其他物品。其次，在夯实过程中，必须严格按照规范和标准进行施工，并实时仔细检查。再次，为了确定新的渠道基础，有必要分析整个渠道的密度值，并不断改进相应的技术和质量分析指标，以提高渠道稳定性［2］。最后，必须严格分析渠道的破坏程度，并与渠道的实际漏损状况相结合。

5.2 进行伸缩缝技术改造

伸缩缝的设置与施工是整个防渗工程中的关键。灌区渠道地基多为黄土状粉质壤土，具有湿陷性，冻胀现象严重，需要采取砼预制板衬砌防渗。此外，由于该工程地处北方，温差较大，温度变化对混凝土裂缝造成非常大的影响，因此有必要进行基础防渗处理，实现渠道之间的科学设计。一般来说，预留6 cm的保证范围，渠道的整体稳定性将得到有效改善。为了避免热胀冷缩的影响，减少冻胀破坏，在工程建设中应用伸缩缝的处理方法时施工工艺尤为重要。在实际施工中，一般用低标号水泥砂浆填平伸缩缝，以节省费用。

5.3 复合土工膜的技术改造

进行节水区域的技术改造，应明确相关技术要求，并从每个阶段开始进行膜的施工和分析［3］。一是在实施单元焊接时，需要提前处理，并在完成抛石工作后处理其稳定性，并掌握实际的交付处理类型。二是选择科学合理的工具，提前确定施工进程。

5.4 混凝土浇筑技术改造

浇筑混凝土时，应根据各阶段的不同情况，有效确定相关预防措施，以便在了解相关性能的基础上选择科学的施工技术方法。一般来说，32.5级以上硅酸盐水泥的稳定性相对较强。此外，在渗漏过程中，为了满足技术要求，最好使用搅拌机搅拌混凝土。在随后的操作过程中，还必须实施有效的维护，并且必须定期进行全面评估。在评估过程中应收集整理材料和数据，并在此基础上采取合理的维护措施。另外，冬灌期结束后，必须及时对渠道内的水进行处理，运用合理科学的检测模式对渠道进行维护。一旦出现问题，必须及时进行有效的补水和修复。

6 渠道防渗衬砌施工技术的有效应用方法

6.1 施工现场调查

在混凝土防渗施工前，施工人员需要对施工现场进行调查，负责清理施工现场的杂物，防止相关杂物影响施工。施工现场的地基处理需严格按规定标准进行。例如，若施工过程中土层含水量较大，应采用有效措施保证成桩及桩体施工质量，从而避免施工过程中污泥逸出［4］。在施工现场，必须对建筑基层进行压实处理，所用土料不得采用有机质含量高的种植土、建筑垃圾等，挖去表层松动土层，将基坑坑底的原土碾压处理密实。一是在施工过程中，原有混凝土的水泥必须清理干净，并用清水淋洗，这两种类型的混凝土必须融合在一起，这样结构才能相互连接。第二，在混凝土施工过程中，柱子必须附在混凝土周围。

6.2 控制混凝土配比

需根据防渗涂料施工的要求进行混凝土配制，并将配制好的混凝土运用到试验中，检查合格后，再根据混凝土融合率标准体系选择原材料和混凝土使用比例［5］。为满足建设要求，避免事故发生，在输送过程中应尽可能对混凝土进行保温监督和管理，以免混凝土因温度的波动而影响其质量和效率。另外，在施工过程中需要确保混凝土不会漏出［6］。

6.3 管控建筑材料质量

选择合适的水泥材料在建筑材料的质量管控中至关重要。在农业灌溉渠道建设过程中，必须保证渠道材料的质量。市面上，水泥材料有多种类型，且不同类型材料具有不同的性能。一是在防渗衬砌工程中选择强度较大的水泥材料［7］。二是推进骨料质量管理控制。当不采用钢筋水泥修建防渗渠道时，可相应选择一些大颗粒的骨料结构；相反，则可以选择一些颗粒相对较小的骨料进行施工。

7 结语

渠道是农业灌溉中不可缺少的一部分，在农业灌溉工程中起着非常重要的作用。谢寨引黄灌区投资渠道单一，缺少维护资金，投资缺口大。针对以上问题，在渠道建设过程中，有效地应用了与防渗，防冻相结合的技术措施，并在原有基础和建筑基础上进行了阶梯分段设计，并实施“U”工程的小型排水渠和渠道。为了提高干渠的防滤性能，在原有敷设电路的基础上，采用弧形梯形材料，大大提高了通道抗泄漏的能力。完成渠道修复工作后防止泄漏，不仅解决了冷环境下的渠道变形问题，而且可以有效节约水资源，获得良好的经济效益。