渠道防滲設(shè)計(jì)方案比選分析

孫福霞

(新疆吐魯番地區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆吐魯番838000)

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人民的生活水平也在不斷提高，人們對(duì)水資源的需求量也在不斷增加，導(dǎo)致了一些地區(qū)出現(xiàn)了用水緊張的局面。我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)灌溉需要大量的水資源，因此用水的緊張局面就會(huì)不斷出現(xiàn)。我國又是一個(gè)水資源相對(duì)貧乏的國家，人均水資源的量都不足世界平均水平的1/4，供水量往往難以滿足需求量。如何發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，提高農(nóng)業(yè)灌溉中水資源的有效利用率，就成了擺在人們面前的一個(gè)難題。為了解決這一問題，人們已經(jīng)修建了總長超過100萬km的渠道防滲工程來預(yù)防農(nóng)業(yè)灌溉中的水資源浪費(fèi)，但這還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因?yàn)檫€有多達(dá)80%的渠道沒有進(jìn)行防滲設(shè)計(jì)。因此，采用何種防滲措施來進(jìn)行渠道的防滲工作就成為了當(dāng)前相關(guān)工程技術(shù)人員眼下的一道難關(guān)。下面筆者將對(duì)我國目前采用最廣泛的混凝土渠道防滲設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述。

1 混凝土渠道防滲設(shè)計(jì)方案

混凝土渠道防滲是目前使用最廣泛的一種渠道防滲技術(shù)方案?；炷练罎B，顧名思義，就是利用混凝土襯砌渠道，以達(dá)到減少或防止?jié)B漏損失的效果。

1.1 混凝土渠道防滲的優(yōu)缺點(diǎn)

用混凝土進(jìn)行渠道的防滲材料具有比較明顯的優(yōu)缺點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)主要可從以下5個(gè)指標(biāo)體現(xiàn)出來:①防滲效果。用混凝土作為渠道的防滲材料效果是非常好的，它最高能夠減少滲漏的95%，最低也能達(dá)到90%，因此這能大大提高水資源的利用率;而且經(jīng)過混凝土的襯砌后，流經(jīng)渠道內(nèi)部的水資源利用率高達(dá)0.97，這充分說明了混凝土的防滲效果是很不錯(cuò)的。②耐久性。一般的防滲材料如土料等，它的使用年限非常短。但是如果用混凝土作為防滲材料最少也能使用20年，當(dāng)然這是指運(yùn)用了防凍技術(shù)的混凝土防滲渠道。③糙率。在施工質(zhì)量好的情況下，混凝土的糙率能達(dá)到個(gè)非常小的地步。當(dāng)N在0.014—0.017的范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，能夠減少沿程水頭水資源的損失，提高水資源的利用率。另外，用混凝土作為防滲材料時(shí)，能夠使允許的水流速增大，一般能夠達(dá)到3.5～6.0 m/s。④管理方面。用混凝土作為防滲材料設(shè)計(jì)的渠道，因?yàn)槠鋸?qiáng)度比較高，耐久性也比較強(qiáng)，所以因?yàn)橥庖驅(qū)е碌那榔茐木蜁?huì)比較少，因而能夠更好的進(jìn)行管理，節(jié)省大量的維修費(fèi)用。⑤適應(yīng)性。因?yàn)榛炷恋哪Ｋ苄员容^好，能夠按照不同要求被設(shè)計(jì)成不同形狀，因而適應(yīng)性是非常廣泛的，能夠適應(yīng)不同的環(huán)境情況和大小不同的渠道。

但是，也存在著以下3個(gè)缺點(diǎn):①受天氣情況的影響。在寒冷地區(qū)，用混凝土作為防滲材料時(shí)需考慮到相應(yīng)的防凍害措施;而且，要是某地區(qū)晝夜溫差變化大的話，混凝土的凍脹變形能力比較差，這些都會(huì)增加設(shè)計(jì)完成后渠道使用的困難。②受地區(qū)的影響。如果是在某個(gè)缺少砂石料的地區(qū)，用混凝土作為防滲材料的話，造價(jià)會(huì)相當(dāng)昂貴，采用時(shí)難以決策。由于用混凝土作為渠道的防滲材料存在著上述缺點(diǎn)，因而就要求渠道的設(shè)計(jì)者根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況思考是否是否選擇它。

1.2 混凝土渠道防滲的結(jié)構(gòu)形式

用混凝土作為渠道的防滲材料時(shí)，首先需要考慮的問題就是聯(lián)系當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況選擇一個(gè)最合適的結(jié)構(gòu)形式。目前我國使用的防滲渠道斷面形式主要有以下兩種:明渠渠面的斷面形式和暗渠渠面的斷面形式。前者主要分為梯形、矩形、復(fù)合形、弧形底梯形、弧形坡腳梯形和U形;后者一般以U形、城門洞形、箱形和正反拱形為主。其中我國通常選用并且也是使用最廣泛的有梯形(包括弧形底梯形和弧形坡腳梯形)、矩形和U形這3種。梯形和矩形的斷面施工比較簡單，斷面尺寸由實(shí)際經(jīng)濟(jì)斷面計(jì)算法確定。U形斷面因?yàn)槠湔w性能良好，強(qiáng)度較高，受力部位比較均勻，因而能夠更好的管理。

1.3 混凝土渠道防滲的設(shè)計(jì)流程

1.3.1 基礎(chǔ)面處理

根據(jù)混凝土坐落基礎(chǔ)面的不同，對(duì)基礎(chǔ)面進(jìn)行不同的處理工作。如果基礎(chǔ)面為砂礫石墊層，則應(yīng)清理干凈墊層上的雜物，使其平整，并且用水潤濕;如果基礎(chǔ)面為防水或是保溫材料時(shí)，則應(yīng)在使其平整的基礎(chǔ)上，還應(yīng)鋪上一層防水或保溫材料;如果基礎(chǔ)面為原渠基面，也應(yīng)進(jìn)行清掃工作，最后應(yīng)進(jìn)行鑿毛處理，噴灑素灰水。

1.3.2 渠道相關(guān)參數(shù)確定

在渠道的設(shè)計(jì)過程中，涉及到兩個(gè)相關(guān)參數(shù)，一個(gè)為渠道縱降比，另一個(gè)為渠道流速。渠道縱降比直接影響著渠道控制面積的大小和工程整體造價(jià)的高低，因此是一個(gè)關(guān)乎全局的重要因素。一般我們?cè)谠O(shè)計(jì)渠道縱降比時(shí)，應(yīng)結(jié)合考慮當(dāng)?shù)氐牡匦巫邉?shì)和所需設(shè)計(jì)的渠道走線，在進(jìn)行綜合考量后，設(shè)計(jì)出最佳的渠道縱降比。渠道的最佳流速應(yīng)介于不沖和不淤之間，因此應(yīng)由流量和計(jì)算好的設(shè)計(jì)斷面來確定。一般來說，混凝土防滲渠道的不淤流速按照經(jīng)驗(yàn)公式來確定。渠道的流速和渠道的斷面設(shè)計(jì)是息息相關(guān)的。

1.3.3 斷面設(shè)計(jì)

一般來說，小型渠道采用U形斷面，而中大型渠道通常采用梯形和矩形斷面。綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益和施工難度等指標(biāo)，梯形斷面具有最佳效果，主要是因?yàn)樘菪螖嗝娴牟牧嫌昧勘容^少，并且性價(jià)比高，施工還比較簡單。但是，當(dāng)流量較小時(shí)，斷面的選擇沒有多大意義，不同斷面可以應(yīng)用于任何渠道。

1.3.4 伸縮縫處理

在對(duì)伸縮縫處理時(shí)，現(xiàn)在主要采用806樹脂油膏—砂漿伸縮縫。此外，還可以在渠道上設(shè)置閉孔泡沫板伸縮縫和切割縫試驗(yàn)段。前者可以用于兩邊同時(shí)澆筑和單邊澆筑施工;后者主要針對(duì)的是混凝土襯砌渠道因凍脹而產(chǎn)生的裂縫。并且，伸縮縫只設(shè)置在渠道橫向，縱向則不設(shè)置。

1.3.5 壓頂封口處理

為了增加渠道邊坡混凝土板的穩(wěn)定性，防止地表的徑流注入混凝土背面，應(yīng)在渠道邊坡防滲層頂部設(shè)置混凝土水平封頂板，并且要和邊坡混凝土連接起來。這樣做的目的主要是減少內(nèi)水壓力，以利于水的排放，使水資源的利用率達(dá)到最大，渠道使用年限更長。

1.3.6 防凍脹設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)證明，如果在渠道防滲工程中使用聚苯乙烯泡沫保溫板和防滲土工膜，混凝土板的裂縫會(huì)明顯減少，防凍脹效果也會(huì)更好。同時(shí)，這也會(huì)提高施工的質(zhì)量，增加渠道的使用時(shí)間。

2 國內(nèi)外渠道防滲工程設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

目前，國內(nèi)外的渠道防滲工程設(shè)計(jì)有以下幾種趨勢(shì):

2.1 新材料的推廣

目前，國內(nèi)外出現(xiàn)了大量的新型防滲材料，代表有PE、PVC及其改性材料、瀝青混凝土防滲材料和新型伸縮縫止水材料。PE、PVC及其改性材料在我國已經(jīng)有了50多年的使用。這種材料防滲性能好、質(zhì)量輕、具有一定的延伸性，并且造價(jià)也比較低，而且經(jīng)過20 a使用仍能保持基本完好狀態(tài)，因此在我國應(yīng)用范圍非常廣。瀝青混凝土防滲材料在我國第一次使用是在20世紀(jì)70年代，這種材料具有防滲性好、溫柔性低和裂縫自愈等優(yōu)點(diǎn)。瀝青混凝土防滲材料最佳的應(yīng)用工程是有凍害的渠道防身工程，因?yàn)槠淇梢赃m應(yīng)凍脹變形等情況，是一種前景非常寬廣的防滲新材料。最后就是新型伸縮縫止水材料，由于這種材料我國研究的比較少，因而應(yīng)用不是太廣泛。但是水利部西北水科研究出了一種性能和其非常相似的材料——焦油塑料膠泥，得到了一定的應(yīng)用，效益也非常顯著。

2.2 防滲形式的變化

以前，渠道在進(jìn)行防滲設(shè)計(jì)時(shí)多采用單一防滲材料。現(xiàn)在，這種形式已發(fā)生了明顯的變化，人們多采用復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行防滲。防滲層主要采用PE、PVC及其改性材料等柔性膜料起防滲作用，在此之上還應(yīng)添加一層剛性材料或土料作為保護(hù)層，主要起保護(hù)柔性膜料不被破壞，工程壽命延長的作用。

2.3 施工形式的變化

現(xiàn)在的渠道防滲工程最多就是采用半機(jī)械化施工，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到全機(jī)械化施工的目的。半機(jī)械化施工，會(huì)導(dǎo)致施工成本的增加，并且施工的效果也不能達(dá)到最佳。如果采用全機(jī)械化施工的話，施工的速率會(huì)顯著增加，并且工程的質(zhì)量也會(huì)得到一定保障，施工成本會(huì)得到降低，從整體上提高工程的效益。

3 結(jié)束語

現(xiàn)實(shí)就是，我國是一個(gè)水資源非常稀缺的國家，而這種情況隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展、人口數(shù)的不斷增加、城市工業(yè)化的發(fā)展導(dǎo)致的用水量的進(jìn)一步增加，都直接制約了我國農(nóng)業(yè)用水的供需矛盾。無數(shù)現(xiàn)實(shí)指出，限制我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的一大弊端就是干旱缺水。在農(nóng)業(yè)灌溉方面，渠道的滲漏導(dǎo)致了水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。因此，建設(shè)一個(gè)水資源利用率很高的渠道防滲工程才是當(dāng)今實(shí)現(xiàn)節(jié)水型農(nóng)業(yè)的主要方案。

在這方面，混凝土渠道防滲工程能起到一個(gè)及其良好的效果。它不僅能夠提高農(nóng)業(yè)灌溉中水資源的利用率，還能夠通過降低地下水位起到改善土地次生鹽堿化的效果，從另一方面改善土地的環(huán)境。因此，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行混凝土渠道防滲的設(shè)計(jì)師，應(yīng)綜合考慮多方面的因素選擇最佳的設(shè)計(jì)方案，是渠道達(dá)到最好的防滲效果。

最后，我國應(yīng)大力發(fā)展新型防滲材料，并將防滲形式從單一材料防滲轉(zhuǎn)向復(fù)合材料防滲，已達(dá)到更好的防身效果，并且使防滲具有更好的持久性。同時(shí)，為了保證施工質(zhì)量，進(jìn)一步加快施工進(jìn)度，以后的渠道防滲工程施工還應(yīng)以機(jī)械化為主。

［1］水利部農(nóng)村水利司中國灌溉排水技術(shù)開發(fā)培訓(xùn)中心.渠道防滲工程技術(shù)—節(jié)水灌溉技術(shù)培訓(xùn)教材［M］.北京:水利水電出版社，2002.

［2］衛(wèi)江益.渠道防滲工程設(shè)計(jì)［J］.新疆水利，2003(2):8－11.