农田水利工程施工中防渗技术要点分析

2022-03-03刘兰芳

乡村科技 2022年24期

刘兰芳

（河南省水利第一工程局，河南郑州 450000）

0 引言

近年来，水资源的利用已成为国内外关注的热点问题。我国虽然拥有丰富的水资源，但人均资源占有量远远低于世界平均水平。因此，对农田水利工程施工的防渗技术进行研究，充分利用水资源，对解决水资源不足问题具有十分重要的意义。

前人针对农田水利工程防渗问题开展了大量的研究工作，并取得了很多有意义的成果。例如，高术人［1］结合工程实例对混凝土衬砌防渗施工技术进行了探讨，从地基处理、模板施工、混凝土配制等多个方面提出了技术的应用要点。刘田田［2］对土料、沥青、灌浆防渗施工技术进行了介绍。王河清［3］分析了农田水利工程中防渗渠道施工工艺的应用。刘祖文［4］针对农田水利工程渗漏问题进行分析，并就膜料防渗技术的应用进行介绍。刘春旸等［5］认为，引进防渗透渠道施工技术，可以降低后期维修成本，提高工程建设质量。张宇峰等［6］认为，利用防渗渠道衬砌技术能够更好地提高水利工程对水的利用率。罗深琼［7］基于当前农田水利工程具体情况，分析了防渗技术要点。刘辉［8］对农田水利工程施工进行了分析，重点讨论了工程施工中防渗技术的应用要点。陈小林［9］分析了引起水利渠道渗漏的原因，并提出了具有针对性的防渗对策。虽然学者在农田水利工程防渗技术领域开展了大量的研究，提供了很多可行的技术思路，但大多数分析过于笼统，未结合具体的工程案例。因此，笔者结合辽宁省沈阳市苏家屯西部的八一灌区，对防渗技术要点进行概括，进而提出防渗对策。

1 案例分析

1.1 八一灌区概况

八一灌区耕地面积达1.5万hm2，农作物以水稻为主，平均667 m2年产量达600 kg。该灌区为沈阳市最早的水稻大面积种植基地，年产优质水稻25 000 t，提供水稻良种7 000 t。

图1 八一灌区地理位置图

该灌区为半湿润大陆性季风气候区，年平均气温为7.7 ℃，其中极端最高温度出现在7月，为35.5 ℃，极端最低温度出现在1月，为-35.5 ℃；年平均积温3 400 ℃，无霜期153 d，陆地冻结深度110 cm，年降水量650 mm，日照百分率57%，相对湿度72%，平均风速2.9 m/s。该灌区土壤以碱化草甸土为主，水资源主要由降水及地下水组成，年降水量充足，且地下水位较高、水质好。当八一灌区来水保证率为75%时，水资源总量达5 711 600 m3，可利用量为5 597 300 m3。其中，地表水量为1 726 600 m3，可利用量为837 900 m3；地下水量4 131 500 m3，可利用量为3 718 300 m3。

该灌区农田水利工程包括渠道及其附属建筑。其中，总干渠长15.5 km，设计流量为70 m3/s；支渠共有22条，全长70 km；渠道附属建筑包括桥梁、座闸共40个，其中桥梁13座、座闸27个。排水工程主要由3条干渠、10条支渠组成，干渠长32 km，支渠长64 km。

1.2 八一灌区水利工程渗漏问题及原因分析

1.2.1 设计方面。由于建造时经费不足、建设时期久远等原因，再加上没有根据实际的用水需求、水文特征、地质条件调整建设方案，八一灌区防渗渠道的防渗效果十分有限。该灌区大部分农渠仍为土渠，未采取任何防渗措施，出现了严重的渗漏问题。

1.2.2 材料方面。八一灌区农田水利工程建设时间较早，防渗材料基本选用土料。由于使用年限过长，而且没有进行定期维护、修复，严重影响了防渗效果，导致水资源利用率仅为5%左右。由于一些农渠损害严重甚至无法供水，许多稻田被迫改为旱田。

1.2.3 环境方面。由于地处北方寒冷地区，冬季严寒，该灌区防渗渠道极易受到冻胀破坏。调查发现，八一灌区多处防渗渠道表面混凝土产生裂缝，最终导致出现渗漏问题。

1.2.4 施工方面。受当时防渗技术水平的限制，八一灌区在设计施工方案时忽略了防渗处理，施工过于简单，导致灌区多处渠道提前出现了渗漏问题，使用年限远远未达到设计目标使用年限。

2 八一灌区防渗技术要点

2.1 防渗材料选取

防渗材料是灌溉渠道与水直接接触部位的重要组成部分，对防渗效果影响极大。针对八一灌区农田水利工程中防渗材料单一问题，有关部门可结合该工程实际优选防渗材料。当前，我国农田水利工程应用的防渗材料包括土料、水泥土、砖石、混凝土、沥青混凝土及薄膜材料等，其中土料、混凝土等使用较为广泛。

选用土料作为防渗材料时，施工简单、取材容易、成本较低，因此在工程中应用最为广泛。但由于土料防渗层较为敏感，易受多种因素影响，为了确保防渗效果，相关人员在施工过程中需要不断进行维护、修复。

混凝土是由胶凝材料、骨料和水按适当比例配制，再经过一定时间硬化而成的复合材料的统称，是世界上使用量最大的人工土木建筑材料。当选用混凝土作为防渗材料时，具有以下优点：便于取材，原材料可以在施工现场选取；耐久性好，可大大延长渠道的使用寿命；强度高且耐用性好，渠道强度提高，受外界因素影响而发生破坏的可能性较低，可以节省后期维护成本；可塑性好，可以根据工程实际需要现场将其设计成不同的形状。因此，混凝土在农田水利工程中的应用十分广泛。

沥青混凝土是经人工选配具有一定级配组成的矿料（碎石或轧碎砾石、石屑或砂、矿粉等）与一定比例的路用沥青材料，在严格控制条件下拌制而成的混合料。当选用沥青材料作为防渗材料时，由于其抗渗透能力较强，将其铺设在渠道表面可以起到良好的防渗作用。但是，由于沥青混凝土施工环节繁多、操作复杂，在农田水利工程中的应用并不广泛。

2.2 防渗渠道设计

基于八一灌区存在的农田水利工程渠道防渗效果差问题，相关人员需要根据工程特点对渠道进行优化设计，以改善渠道防渗效果。我国应用较多的防渗渠道有U形、梯形、矩形等结构。

U形结构采用底部为半圆或弧形、上部为一定倾角直线段的断面形式，适用于小型渠道，防渗效果优于梯形结构，控制其他变量的条件下，每千米可以减少渗漏4%，与土渠相比优势则更为明显，渗漏减少量高达97%。

梯形结构则适用于中型防渗渠道，具有施工工期短、技术简单、过程易控、地形适用性强等优点，但防渗效果不如U形结构。

矩形结构多应用于断面规则的小型防渗渠道，具有适用范围广、占地小、工期短、工艺简单等优点，适用于土地资源紧缺、施工条件复杂的地区。

其中，U形结构断面尺寸计算方法为

式（1）（2）中：r为圆弧的半径，α为直线段的倾斜角，Nα为直线段外倾角为α时的系数，Q为渠道设计流量，n为渠道数目，i为渠底比降，hd为渠道设计水深。

矩形、梯形结构断面尺寸计算方法为

式（3）（4）（5）中：h为渠道设计水深，Q为渠道设计流量，n为渠道数目，β为渠道断面的最优宽深比，m为渠道的边坡系数，i为渠底比降，b为渠道设计底宽。

2.3 防渗工艺优化

除合理选择防渗材料、优化防渗渠道设计之外，工作人员还可通过对防渗工艺进行优化，如应用灌浆防渗技术等，以提高防渗效果。灌浆防渗技术是指采用打管灌浆的方法提高渠道的防渗效果及渠道结构强度。该技术采用防渗墙工艺，施工过程中需要根据环境、地质、水文等工程特点以及实际需求制作灌浆孔洞，并确定灌浆孔洞数量。另外，为使浆料起到良好的防渗效果，灌浆时宜采用高压喷射方式进行灌注。灌浆防渗技术具有效果明显、施工速度快、用料少等优势，但也存在成本高、操作困难等问题。

2.4 施工方案设计优化

前文主要从防渗设计的角度阐述了防渗效果提高的方法，而施工过程本身也影响着工程的实际防渗能力。因此，相关部门应针对不同的防渗材料制订施工方案。当选用土料作为防渗材料时，为提高渠道防渗能力，具体施工环节设计如下。首先，粉碎土料并对水渠表层进行清洁。其次，根据具体的地质、水文等环境特点及工程建设要求确定材料配比。然后，采用先干后湿的施工工艺，分层进行浇筑，且施工完成后需要对其防渗能力进行检测。最后，加强对渠道的维护，及时发现渠道存在的问题并进行解决，有效保证防渗效果［8］。当选用沥青材料作为防渗材料时，施工前要先对底部土壤进行平整、除草等处理，并做好施工现场的清洁工作；之后要融化沥青，并利用机械设备在渠道表面喷洒一层沥青形成防渗膜，待沥青防渗膜稳定后再大面积铺设沥青。铺设沥青混凝土时，相关人员需要根据工程实际情况合理确定砂砾、碎石、沥青的比例，保证材料的耐久性和稳固性，从而保证材料的防渗效果。