渠道防滲維護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢

□ 何章森 馬利嘉

渠道防滲是我國目前應(yīng)用廣泛的節(jié)水工程技術(shù)，常用土料、水泥土、石料、混凝土、瀝青混凝土和膜料等材料作為渠道防滲層，以達(dá)到防止渠道滲漏的目的。近20年來，渠道防滲工程技術(shù)引起普遍重視并得到迅速發(fā)展，在防滲材料、防滲斷面結(jié)構(gòu)形式方面取得了許多研究成果，渠道防滲由單一材料向復(fù)合材料、由單一結(jié)構(gòu)向復(fù)合結(jié)構(gòu)和由以人工施工為主向半機(jī)械化機(jī)械化方向發(fā)展。

在渠道及其建筑物的維修中，合理使用建筑材料對(duì)確保維修工程質(zhì)量、防止工程病害的發(fā)展、降低維修費(fèi)用等方面都有十分重要的意義。因此，現(xiàn)在的渠道維護(hù)施工人員不僅要掌握工程維修的技能，也要了解常用建筑材料的種類及、用途和新型建筑材料的用途、性能及施工技術(shù)知識(shí)，才能更好地適應(yīng)維修養(yǎng)護(hù)工作的需要。

一、渠道防滲工程的種類、防滲渠道斷面及材料

（一）防滲工程種類

根據(jù)使用的材料的不同，渠道防滲工程一般包括如下幾種：

1.土料防滲。適用于粘性土（土壤、粘土及黃土等）渠道。按砌筑方法的不同，土料防滲又分為四種類型：原土夯實(shí)、粘土護(hù)面、膠泥錘釘、草泥護(hù)面。

2.灰土防滲。適用于南方防滲要求高、產(chǎn)石灰的地區(qū)，在北方寒冷地區(qū)需加保護(hù)層。

3.水泥土防滲。適用于有水泥但缺少砂石料的地區(qū)。水泥土按施工方法的不同，分塑性水泥土和干硬性水泥土兩種。

4.砌石防滲。適用于當(dāng)?shù)赜惺稀⒘魉俅蟮牡貐^(qū)。按砌筑石料可分為卵石防滲和料石（包括塊石、板石）防滲；按砌筑方法的不同，有干砌、干砌溝縫和漿砌三種。

5.膜料防滲。適用于防滲要求高，邊坡較緩的土渠。此方法已廣泛應(yīng)用于渠道防滲工程中。

6.混凝土防滲。適用于丘陵地區(qū)和地形地質(zhì)復(fù)雜地區(qū)及邊坡較陡且粗糙和巖層有裂隙需加固的渠段。按其施工方式可分為現(xiàn)場澆筑、預(yù)制裝配和壓力噴射三種。

7.瀝青混凝土防滲。適用于防滲效能高、當(dāng)?shù)赜袨r青材料的地區(qū)。按其防滲的結(jié)構(gòu)形式可分為瀝青薄膜、瀝青席、瀝青砂漿和瀝青混凝土等四種。

8.砌磚防滲。適用于產(chǎn)粘土磚、陶磚及上釉磚、非寒冷和鹽堿化不嚴(yán)重的地區(qū)。防滲磚有普通的粘土磚、陶磚及上釉磚。

（二）防滲渠道的斷面形式

明渠渠道的斷面形式一般為：梯形；矩形；復(fù)合形；弧形底梯形；弧形坡腳梯形；U形斷面。暗渠渠道的斷面形式一般為：U形；城門洞形；箱形；正反拱形。

（三）防滲材料

1.土料。土料防滲是指以粘土、粘砂混合土、灰土、三合土和四合土等為材料的防滲工程措施。土料防滲具有就地取材、料源豐富、技術(shù)簡單、施工方便、造價(jià)低、投資少等優(yōu)點(diǎn)。我國很早就有采用土料防滲的記載。土料防滲的缺點(diǎn)是沖淤流速難于控制、抗凍性較差、維修養(yǎng)護(hù)工程量大。隨著渠道防滲工程技術(shù)的發(fā)展，各種防滲新材料和新技術(shù)的應(yīng)用，傳統(tǒng)的土料防滲措施正在逐年減少。

2.水泥土。水泥土為土料、水泥和水拌合而成的材料，其主要作用是靠水泥與土料的膠結(jié)與硬化達(dá)到防滲目的。水泥土中的土料占80%～90%，因此，材料來源豐富，造價(jià)較低，施工較容易。缺點(diǎn)是早期強(qiáng)度低、抗凍性較差，僅適用于南方溫和氣候的無凍害地區(qū)。

3.砌石。砌石防滲的優(yōu)點(diǎn)是可就地取材、抗沖刷和耐磨性能強(qiáng)，一般渠內(nèi)流速可達(dá)3～6m/s，大于混凝土防滲渠的抗沖流速，同時(shí)抗凍和抗?jié)B能力也較強(qiáng)。缺點(diǎn)是僅適用于石料來源豐富的地區(qū)，較難實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工，施工質(zhì)量難于控制。

4.混凝土?；炷练罎B是目前廣泛采用的一種渠道防滲技術(shù)措施。其優(yōu)點(diǎn)是：防滲效果好，一般能減少滲漏損失90%～95%以上；糙率小(n = 0.014～0.07)，允許流速大，一般為3～5m/s，縮小渠道斷面，減少土方工程量和占地面積；強(qiáng)度高、耐久性好、便于管理、適應(yīng)性廣泛。但混凝土襯砌板適應(yīng)變形的能力差，在缺少砂石料地區(qū)造價(jià)較高。

5.瀝青混凝土。瀝青混凝土防滲具有防滲效果好、低溫柔性好、抗凍能力強(qiáng)和裂縫自愈等優(yōu)點(diǎn)。國外在20世紀(jì)30年代即應(yīng)用于大壩防滲工程上，我國于20世紀(jì)50年代就開始在渠道上將瀝青混凝土作為防滲材料。工程試驗(yàn)證明，其極限拉伸值遠(yuǎn)大于混凝土，在一22℃～27℃低溫下尚有一定的柔性，是一種較理想的防滲材料，但因?yàn)r青料源不足，推廣較慢。

6.膜料防滲。具有較好的防滲效果，一般可減少90%以上的滲漏損失，同時(shí)具有施工方便、工期短、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。我國膜料防滲始于上世紀(jì)60年代， 80年代以后，膜料防滲發(fā)展較快，目前應(yīng)用的有PE、PVC及其改性塑膜，PVC復(fù)合防滲布和瀝青玻璃絲布油氈等。但由于土工膜較薄，在施工期和運(yùn)行期易被刺穿，使得防滲能力大大降低。

二、國內(nèi)外渠道防滲工程技術(shù)發(fā)展趨勢

綜合國內(nèi)外工程技術(shù)概況，渠道防滲工程技術(shù)有以下發(fā)展趨勢：

（一）防滲新材料的研究和推廣

1.薄膜材料。我國從上世紀(jì)60年代開始研究膜料防滲，以后逐漸推廣。1984年為加速推廣塑膜防滲，在“全國渠道防滲科技協(xié)調(diào)組”的組織下，在新疆專門召開了“塑膜防滲科技經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)”，使塑料薄膜防滲很快發(fā)展起來，且生產(chǎn)了一些新型膜料。

① PE、PVC及其改性塑膜。經(jīng)過20--30年的運(yùn)用仍基本保持完好，顯示了塑膜防滲性能好、質(zhì)輕、延伸性強(qiáng)、造價(jià)低且能滿足工程使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。近年來又開發(fā)出寬幅、高密度、線性低密度以及高充填合金聚乙烯膜，使其抗拉強(qiáng)度、延伸率和抗撕裂強(qiáng)度有了大幅度提高，加之與之配套的多種粘合劑和焊接工藝，為塑膜防滲開辟了前景。

② PVC復(fù)合防滲布。PVC復(fù)合防滲布是將PVC加增塑、抗老化劑等材料壓延涂敷于無紡布上而制成的復(fù)合防滲膜料，有一布一膜、二布一膜，厚度在0.5～2.3mm的系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有豎向防滲、水平導(dǎo)水的性能，強(qiáng)度及抗老化性能較高。由于該產(chǎn)品價(jià)格較高，故適用于地下水位淺埋或有旁滲的渠道及防滲標(biāo)準(zhǔn)較高的工程。

③ 瀝青玻璃絲布油氈。這是采用玻璃絲布作基材，以改性瀝青作浸涂層，經(jīng)壓制而成的防水卷材。該產(chǎn)品由西北水科所與青海水科所協(xié)作開發(fā)。此后，各地針對(duì)瀝青低溫變脆、高溫流淌及老化快等缺陷，采用高聚合物及添加劑來改善瀝青性質(zhì)，又陸續(xù)開發(fā)出SBS,、APP、 FBS等多種類型的改性瀝青及高分子防水卷材。

2.瀝青混凝土防滲材料。瀝青混凝土防滲材料因具有高抗?jié)B性、低溫柔性和裂縫自愈等突出優(yōu)點(diǎn)，早在1936阿爾及利亞修建了格里布斜墻壩后，很快便在水工防滲工程上得到推廣。我國水利部西北水科所在上世紀(jì)70年代經(jīng)過在陜西省馮家山灌區(qū)、青海省涅海渠和山東省漁張五干渠等地的瀝青混凝土渠道防滲工程試驗(yàn)證明，其極限拉伸值為混凝土的3.6～20倍，在22～27℃的低溫下尚有一定的柔性，且為黑色材料。該產(chǎn)品用于有凍害的渠道防滲工程，可以適應(yīng)凍脹變形，有保溫作用，可以減免凍害，且造價(jià)不高，是一種很合理很有前途的防滲新材料。但目前因料源不足，推廣較慢。

3.新型伸縮縫止水材料。我國以往在止水材料方面投資較少，一些剛性材料防滲渠道多用瀝青砂漿、油氈、氯乙烯汕膏等作伸縮縫止水材料，但這些材料有的性能差、有的造價(jià)較高、有的施工技術(shù)復(fù)雜，難以較好地解決生產(chǎn)中的問題。水利部西北水科所在聚氯乙烯油膏的基礎(chǔ)上，研制出性能與其相同、但造價(jià)卻很低的新型伸縮縫止水材料——焦油塑料膠泥。目前此材料已在各地廣泛應(yīng)用，效益顯著。

（二）復(fù)合材料防滲結(jié)構(gòu)形式

實(shí)踐證明，單一的混凝土或砌石等防滲材料很難達(dá)到預(yù)期的防滲效果和耐久性。近年來隨著防滲膜料的發(fā)展，采用了復(fù)合材料防滲的結(jié)構(gòu)形式——采用柔性膜料(塑膜、瀝青玻璃布油氈或復(fù)合膜料等)作防滲層，主要起防滲作用；在膜料防滲層之上，再用混凝土等剛性材料或土料作保護(hù)層，此層主要起保護(hù)膜料不被外力破壞和防止老化、延長工程壽命的作用。兩種材料互相揚(yáng)長避短，顯示了明顯的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能。其主要優(yōu)點(diǎn)如下：

1.防滲效果好。不同材料防滲渠道的滲漏量見下表。

不同材料防滲渠道滲漏量表

2.延長渠道防滲工程的壽命。明鋪式膜料防滲，因老化嚴(yán)重而壽命短，但鋪在保護(hù)層下，其壽命在30年以上。同時(shí)，膜料防滲層可以保溫，降低渠基土的水分，從而減輕凍害，使混凝土、砌石等剛性保護(hù)層裂縫破壞減少，延長了工程壽命。

3.造價(jià)低。采用混凝土作膜料防滲層的保護(hù)層時(shí)，其厚度可以由混凝土防滲時(shí)的10～14cm減薄至4～8cm。用減薄混凝土節(jié)約的投資購買膜料，可使總造價(jià)較低，再加上復(fù)合材料防滲減輕了凍害，還可減少維修和管理費(fèi)用。

4.符合國情。我國擬建的防滲渠道多為舊渠改建工程，普遍存在施工與行水時(shí)間的矛盾。如采用工廠生產(chǎn)的膜料，可先預(yù)制好混凝土板，在停水期施工，不影響行水。

（三）防滲渠道新斷面形式

過去的防滲渠道斷面形式多采用梯形或矩形，近年來我國各地結(jié)合工程具體條件，在小型渠道上已大量推廣了U形斷面，在大、中型渠道上，也將逐漸采用弧形坡腳梯形斷面和弧形底梯形斷面。

1.U形斷面防滲渠道。U形渠目前系采用底部為半圓或弧形、上部為一定傾角的直線段的斷面形式。近年來有些灌區(qū)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際對(duì)U形斷面進(jìn)行了改進(jìn)，采用拋物線形斷面，比U形斷面更接近于最優(yōu)水力斷面?；炷罸形渠較梯形渠每公里輸水損失小3.7%，較土渠可以減少滲漏損失更大，防滲效果最好。它近似于最佳水力斷面，水流條件好、流速快、輸水輸沙能力強(qiáng)。

2.弧形坡腳梯形斷面或弧形渠底梯形斷面防滲渠道。此種渠道的優(yōu)點(diǎn)是：較梯形斷面流速分布均勻，近似最佳水力斷面，流速較快，改善了防滲渠道凍脹變形分布的不均勻性，且渠底有一定的反拱作用，故可以減輕凍害，減少裂縫和錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，造價(jià)較低。

（四）施工向半機(jī)械化和機(jī)械化方向發(fā)展

為了保證施工質(zhì)量，加快進(jìn)度，美、日等國已基本上全部采用機(jī)械化施工的方法修建渠道防滲工程，這是施工技術(shù)的發(fā)展方向。目前，我國在渠道防滲工程施工機(jī)械設(shè)備的研制和應(yīng)用上已經(jīng)邁出了可喜的一瞎，這對(duì)提高防滲工程質(zhì)量、加快施工進(jìn)度、降低工程造價(jià)和提高工程效益等都起到了良好的作用。如U形渠道基槽開渠機(jī)、小型U形渠混凝土澆筑機(jī)等，在我國渠道防滲工程施工中的應(yīng)用越來越普遍，基本實(shí)現(xiàn)了施工機(jī)械化。

三、結(jié)束語

我國是一個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的國家。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的增加、社會(huì)的進(jìn)步、工業(yè)和城市用水量的激增，農(nóng)業(yè)用水供需矛盾日益突出，干早缺水成為制約我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素之一。輸水渠道滲漏是浪費(fèi)水的主要方面。建設(shè)好渠道防滲工程，是節(jié)約用水、實(shí)現(xiàn)節(jié)水型農(nóng)業(yè)的重要內(nèi)容。規(guī)劃好、設(shè)計(jì)好、建設(shè)好渠道防滲工程，可以有效地提高渠系水利用系數(shù)，充分發(fā)揮現(xiàn)有工程的效益。為了充分利用水資源，在渠道防滲工程治理中，應(yīng)大力推廣防滲新技術(shù)，以達(dá)到更高的水資源利用率。