渠道及渠系建筑物防渗漏施工技术研究

鲁刚

（甘肃省金昌市永昌县四坝水利管理处，甘肃金昌737200）

1 引言

水利工程是我国重要的基础设施， 其中渠道工程及渠系建筑物数量较多，易出现渗漏问题，导致渠系失水。 近年来，国内外对渠道工程及渠系建筑物防渗漏施工技术的研究逐渐深入，相应工程措施相对较多，在水利工程发展建设过程中发挥了巨大作用。 此次研究以实际工程项目为例，针对渠道防渗漏施工技术要点展开探讨，不仅为相关理论研究提供研究案例，而且为类似工程提供参考。

2 工程概况

本文以甘肃省永昌县西河灌区续建配套与节水改造项目2017 年度工程为例，西河灌区位于甘肃省河西走廊东段，永昌县城西部，距永昌县城约60 km。 灌区总土地面积2 640 km2，可耕地约为400 km2，系祁连山、大黄山前冲洪积倾斜平原。 地理坐标北纬38°08′～38°24′，东经101°23′～101°54′，灌区东西长32 km，南北宽约18 km，海拔高程为1 980～2 670 m，灌区地势由西南向东北倾斜，自然纵坡1.7%～2.0%，地势较平坦。灌区内土壤类型为灰黄平土和黄平土，下覆戈壁砂卵砾石层，土地资源丰富，土壤肥沃。 据永昌县气象资料显示，年平均气温5.0 ℃，极端最高气温35.1 ℃，极端最低气温-28.3 ℃，年降水量201.7 mm，年蒸发量1 990 mm，年日照时数2 959 h，多年平均风速3.0 m/s，最大风速20 m/s，多年平均降雪35.6 d，无霜期293 d，最大冻土深度1.59 m。

永昌县西河灌区属大型灌区，河水灌溉，现状水利工程设施包括：中型水库1 座（西大河水库总库容6 800 万m3），小型水库1 座(大泉水库库容120 万m3），渠首引水枢纽1 座，渠首设计引水流量25 m3/s，建成干、支渠196 条，总长463.149 km，建筑物3 316 座；建成斗农渠3 570 条，总长1 841.5 km，建筑物20 795 座。

3 渠道及渠系建筑物防渗漏施工技术措施

3.1 混凝土防渗

混凝土防渗技术是当前渠系渗漏施工中常用的技术手段，主要由砂、石、水泥，掺加剂等材料构成，该技术的主要应用原理是通过在渠床表面铺设混凝土，进而形成防渗层，混凝土本身不易透水，具有较好的防水防渗效果。 渠道渗漏量可按照达西定律进行计算，如式（1）所示：

式中，V 为渗流速度；J 为渗透坡降；K 为渗透系数。

该技术的主要应用优势在于防渗效果较好， 能有效减少85%的渗水量，将水资源利用率提高至97%，且耐久性较高，使用寿命达20 年以上， 采用该防渗技术的渠道水流速度为3.5～6.0 m/s，但技术成本较高，若在高寒地区使用需做好防冻措施。 在实际施工过程中需注意以下要点。

1）应选择预制等厚板进行施工，以便控制施工质量，提高施工便利性。

2）对于变形较严重的渠基，无须进行地基处理，应采用楔形板与助梁板等进行加厚处理。

3）在该技术应用过程中，接缝较多，故应加强接缝处理[1]。

3.2 砌石防渗

砌石防渗技术主要应用优势为防渗效果较好、 抗冲击能力强，且施工简单、耐久性好、外形美观，使用年限达25 年以上；劣势为劳动力需求量大、材料用料多。 而当地河道实施采砂治理，导致原材料不足，无法进行施工作业。 常见砌石防渗技术包括卵石衬砌和块石衬砌两种。 卵石衬砌的主要原理是通过卵石强化防冲击效果， 并在使用期间由泥沙不断填充卵石缝隙，在水中矿物质的硬化等作用下形成稳定防渗层，以此达到防渗漏效果。 块石衬砌要求石料坚硬、平整、无裂纹，为保障施工效果， 优选长、 宽、 厚分别为40～50 cm、30～40 cm 及8～10 cm 的石块。防渗要求较高的工程不宜选用防渗效果较差的干砌技术，应使用浆砌块石。 为保证防渗效果，在使用浆砌块石时需在砌石层下方铺设厚2～3 cm 的砂料，若防渗漏要求高且渠道规模大，应在砌石下方铺设土工膜料层。 在实际施工过程中，应注意以下要点。

1）浆砌料石厚度应为15～25 cm，块石厚度应控制在20～30 cm，浆砌石板厚度至少为3 cm，若在寒冷区域采用该技术，应确保浆砌石板厚度在4 cm 以上。

2）挂淤护面式防渗层厚度需结合项目实际防渗要求及当地情况合理确定，通常可将其控制在15～30 cm。

3.3 膜料防渗

膜料防渗技术的主要优势为造价较低、施工便利，不仅防渗效果较好，且具有较强的抗变形能力，主要缺点为该技术措施下水流速较慢、占地面积较大。 膜料防渗主要包括过渡层防渗结构（见图1）和无过渡层防渗结构。无过渡层防渗结构仅有保护层、防渗层和基层，无膜上、膜下过渡层，多用于黏性保护层、复合土工膜等防渗工程中；有过渡层防渗结构主要应用于岩石、土渠基、现浇碎石混凝土或预制混凝土为保护层的防渗工程中。

图1 有过渡层防渗结构

在膜料防渗施工技术中， 常用的防渗膜包括土工膜和塑料薄膜两种。 土工膜厚约0.1～0.4 mm， 主要优势为耐久性较强、施工简单，表面平滑，且工期较短、成本较低，但易老化；塑料薄膜的主要应用优势是运输便利、成本低、施工简单，防渗效果、耐腐蚀性相对较好，但占地面积较大，渠道水流速相对较小，使用寿命较短，且维修养护要求较高。 在防渗膜使用过程中，应结合实际渠道规模，合理选择膜料厚度，中小型渠道可选用深色塑膜，厚约0.2～0.3 mm；规模较大的渠道应选择厚约0.3～0.6 mm 的深色塑膜[2]。

3.4 土料防渗

土料防渗是应用时间最久的防渗技术措施， 主要优势为造价低、施工便利，但质量欠佳，且抗冻性较差，劳动力需求较高，其多用于气候温暖的中小型渠道中。 土料防渗技术多应用于黏土护面、土料夯实、三合土护面及灰土护面。 其中三合土护面中，砂、石灰及黏土之间的比例应控制在1∶1∶3～1∶1∶6，夯实后的防渗层厚度应为10～20 cm；灰土护面中石灰、黏土用料比例应控制在1∶3～1∶9。

在实际应用中， 土料防渗技术影响防渗结构厚度的因素较多，包括渠道断面形式、渠道水面变化等，且需充分考虑经济因素，合理确定防渗结构厚度，常用防渗技术的防渗结构厚度如表1 所示[3]。

表1 常用防渗技术的防渗结构厚度

4 案例工程防渗漏技术要点

本案例工程中根据实际情况， 渠道衬砌形式选用混凝土现浇，同时考虑防冻铺设垫层，有湿陷性黄土或特殊地段采用复合土工膜，伸缩缝选用砂浆和胶泥填缝。

现浇混凝土衬砌形式过流能力较好，糙率系数在0.013～0.015；防渗效果较好，可减少95%的渗漏损失；抗冻胀性一般，梯形断面冻胀允许位移值5～10 mm；寿命较长，使用年限一般为30～50 年，且单位长度造价较低。

混凝土浇筑为本工程主要工程项目，混凝土施工顺序为：原材料实验→确定配合比→拌和→运输→浇筑→养护。 在此过程中应加强原材料配合比的控制， 确保材料称重误差满足以下要求：水泥±2%，砂石料±3%，水、外加剂±1%。 此外，现场拌和时间应在2 min 以上，并进行取样试验，混凝土浇筑完成12～18 h 后铺设混凝土养护布，并洒水养护，确保混凝土表面28 d 内维持湿润状态。

套衬方案为原渠上新增衬砌， 原渠表面较平整时直接套衬，但渠道因冻胀破坏变形量较大，导致混凝土最小套衬厚度（≥6 cm）无法保证时，则应先对变形部位拆除处理，然后再套衬。 为保证方案选择的可靠性， 提出4 种整修率工况分别为20%、40%、60%、80%。 渠道整修后， 采用现浇C20 混凝土套衬，厚度渠底12 cm，渠坡自上而下由10 cm 渐变至12 cm。 套衬后渠道断面尺寸为渠底宽70 cm，口宽182 cm，渠深58 cm，边坡1∶0.96。 两侧渠坡顶部布设压顶，宽25 cm，厚8 cm。 渠道纵向每3 m 设置1 道伸缩缝，缝宽3 cm，缝内自上而下依次填充1∶1∶4 沥青水泥砂浆3 cm，聚氯乙烯胶泥3 cm，聚乙烯闭孔板夹缝6 cm，如图2 所示。针对冻胀变形不明显且现有渠基基本稳定， 仅衬砌老化破损的渠道而言， 当渠道整修率≤80%时，宜采用套衬方案；当渠道整修率＞80%时，宜采用拆除重建方案。

图2 渠道修整套衬方案（单位：cm）

5 结语

渠道及渠系建筑物防渗漏问题是渠道工程项目中的重难点，长期渗漏会造成水资源的大量浪费，因此，需结合工程实际及不同防渗材料、防渗措施特点，充分考量经济因素影响，因地制宜选用相应防渗漏技术措施。 本文介绍常用的防渗漏技术措施及其优势、弊端和适用范围，包括混凝土、砌石、膜料及土料防渗措施。 在实际应用防渗漏技术措施时，可根据工程实际， 综合应用复合材料与结构， 以此达到良好的防渗漏效果，进而节约水资源，提高资源利用率。