韶山灌區(qū)渠道防滲技術(shù)及效果分析

馬文澤

（湖南省韶山灌區(qū)工程管理局 湘潭市 411401）

隨著社會(huì)的向前發(fā)展，人們對(duì)水資源的需求與日俱增，工業(yè)和城鎮(zhèn)生活用水與農(nóng)業(yè)用水的矛盾日趨尖銳，在水資源總量不變的前提下，要解決這個(gè)問題，就只有節(jié)約用水。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，我國農(nóng)業(yè)用水占水資源消耗總量的80%以上，其中灌溉用水又占農(nóng)業(yè)用水總量的90%。因此，節(jié)水改造、節(jié)水灌溉已成為我國水利工作的重要任務(wù)之一。由于絕大部分灌溉水源是通過渠道輸送的，而渠道輸水損失又占灌溉水量損失的40%以上，故分析研究渠道防滲技術(shù)有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。下面以韶山灌區(qū)為例對(duì)渠道防滲技術(shù)及效果進(jìn)行淺析。

1 渠道防滲現(xiàn)狀

韶山灌區(qū)位于湘中丘陵地區(qū)，是一個(gè)以灌溉為主，兼顧發(fā)電、航運(yùn)、防洪、養(yǎng)殖、開發(fā)丘陵、工礦及城鎮(zhèn)生產(chǎn)生活供水等綜合利用的大型灌溉供水工程。由水庫樞紐、引水樞紐和渠道工程三部分組成。渠道工程包括186.5 km干渠、1 186 km支渠、8 730 km斗渠及以下渠系。

該工程位于丘陵地帶，地勢高低起伏，挖、填渠道高差較大，干渠挖方渠段最大深度達(dá)25 m，一般為（5～10）m；填方渠段最大高度為 15 m，一般為（5～7）m。由于渠堤大部分是人工填筑，施工時(shí)土料的含水量、干密度無法嚴(yán)格控制，致使土粒結(jié)構(gòu)松散，空隙多，滲漏嚴(yán)重。盡管在施工中注重工程質(zhì)量并采取粘土夯壓等防滲措施，但運(yùn)行后渠堤漏水、沖刷、滑坡、崩塌、渠內(nèi)淤積和滋長水草等現(xiàn)象仍較為嚴(yán)重。為了彌補(bǔ)施工中的某些不足，從運(yùn)行的第3年開始，有計(jì)劃、分步驟采用三合土、漿砌塊石、預(yù)制混凝土板、現(xiàn)澆混凝土對(duì)渠道進(jìn)行防滲襯砌。現(xiàn)干渠已襯砌85%，支渠已襯砌60%，斗渠已襯砌30%。

由于20世紀(jì)70年代有關(guān)設(shè)計(jì)理論不夠成熟和受施工條件的限制，渠道防滲襯砌施工為群眾運(yùn)動(dòng)，技術(shù)指導(dǎo)不夠，施工操作不規(guī)范，施工質(zhì)量難以保證。工程運(yùn)行30年多年后，隨著灌區(qū)工程老損現(xiàn)象的日趨加劇，渠道防滲襯砌體破損失效現(xiàn)象也越來越嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，總干渠渠堤嚴(yán)重滲漏段單邊長度達(dá)到5 620 m，占總長度的29.5%。渠堤滲漏不但加大了渠道輸水損失，而且造成渠堤外坡大面積濕潤，使渠堤內(nèi)土體含水量飽和而導(dǎo)致滑坡、崩塌現(xiàn)象，影響渠道安全運(yùn)行，從而影響了灌區(qū)工程效益的發(fā)揮。實(shí)踐證明，把握渠道防滲技術(shù)是確保渠道防滲效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2 渠道防滲技術(shù)

渠道防滲技術(shù)，從概念上講就是杜絕或減少渠道輸水損失所采用的方法和技術(shù)的總稱，力求以最低的經(jīng)費(fèi)投入盡可能地減少渠道的輸水損失，使水資源利用效益達(dá)到最佳程度的目的。當(dāng)今渠道防滲新技術(shù)發(fā)展較快，已由原來單一型材料發(fā)展為復(fù)合型材料防滲，由剛性材料向柔性材料發(fā)展。較常見的防滲形式有預(yù)制混凝土板防滲、現(xiàn)澆混凝土防滲、漿砌石防滲、三合土防滲、土工膜防滲等。運(yùn)用實(shí)踐證明，前段韶山灌區(qū)部分渠段防滲襯砌效果不夠理想，主要是未把握住渠道防滲技術(shù)關(guān)。要提高渠道防滲的應(yīng)用效果，必須合理規(guī)劃，選用最佳的防滲形式，把握渠道防滲斷面設(shè)計(jì)，嚴(yán)格工程施工質(zhì)量等。

2.1 合理規(guī)劃，選用最優(yōu)防滲形式

韶山灌區(qū)的渠道防滲襯砌采用了現(xiàn)澆混凝土、預(yù)制混凝土塊拼配、三合土、漿砌石、土工膜與混凝土復(fù)合材料等多種襯砌形式，以減少渠道滲漏和保證渠道過水能力。從本灌區(qū)歷年來多采用漿砌石、混凝土預(yù)制塊和三合土等常規(guī)材料襯砌的運(yùn)行實(shí)踐來看，漿砌石施工時(shí)灌漿不密實(shí)，空洞較多，年久易壞；混凝土預(yù)制塊拼裝接縫多，填縫不實(shí)，不僅縫隙滋長雜草現(xiàn)象嚴(yán)重，而且填方渠堤混凝土預(yù)制塊襯砌滲漏較嚴(yán)重；三合土經(jīng)過多年風(fēng)化開裂，防滲效果大大降低，滲漏嚴(yán)重。如南干渠于20世紀(jì)70年代襯砌的三合土，80年代就開裂了，90年代改用混凝土襯砌才減少了滲漏。可見漿砌石、混凝土預(yù)制塊、三合土防滲效果不甚理想。現(xiàn)澆混凝土防滲可使混凝土緊貼渠坡，耐久性強(qiáng)，糙率小，強(qiáng)度高，且襯砌表面光滑，水流條件好，防滲效果比較好，土工膜與混凝土復(fù)合材料防滲對(duì)渠道內(nèi)坡坡面的平整要求較高，土工膜粘貼、鋪設(shè)等施工工序要求嚴(yán)格，對(duì) 1∶1～1∶1.5 的邊坡施工難度較大，土工膜與混凝土復(fù)合材料防滲是渠道防滲的一種新技術(shù)，它以土工膜作為防滲材料，在土工膜上現(xiàn)澆混凝土作為剛性保護(hù)層，因而造價(jià)相對(duì)較高，施工難度大，但防滲效果最好。從確保防滲效果角度出發(fā)，建議渠道防滲優(yōu)先采用土工膜與混凝土復(fù)合材料防滲。

2.2 防滲渠道的設(shè)計(jì)

防滲渠道的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到防滲襯砌的質(zhì)量，它對(duì)于提高防滲效果、延長襯砌體的壽命具有很重要的作用。

2.2.1 襯砌高度擬定

根據(jù)部頒SDJ 217-84標(biāo)準(zhǔn)，灌溉渠道襯砌超高△h為（0.5～0.65）m，結(jié)合本灌區(qū)實(shí)際，超高選用 0.5 m，則襯砌高度為渠道加大水深H加超高△h，即為H+△h；坡比 i為 1∶1.5。

2.2.2 襯砌厚度確定

灌區(qū)工程已運(yùn)行30多年，渠道均基本穩(wěn)定，受地下水浮托力現(xiàn)象較小，根據(jù)有關(guān)參考資料提供的數(shù)據(jù)，確定底板襯砌厚度為（8～10）cm，邊坡襯砌厚度為（6～10）cm。

2.2.3 伸縮縫設(shè)計(jì)

在邊坡和底板上垂直于水流方向設(shè)橫向伸縮縫，其間距為5 m，其中邊坡與底板相鄰伸縮縫相互錯(cuò)開 2.5 m，伸縮縫寬控制為（2～3）cm，伸縮縫止水材料采用PVC土工膜鋪墊，縫內(nèi)筑瀝青水泥砂漿。

2.2.4 齒墻設(shè)計(jì)

為了使襯砌體與原渠道坡面能很好地結(jié)合起來并保持穩(wěn)定，以改善受力狀況，沿渠道邊坡方向坡頂處設(shè)10 cm×10 cm齒墻，邊坡與底板交接處設(shè)15 cm×15 cm齒墻，見附圖。

附圖 設(shè)計(jì)示意圖 單位∶cm

2.3 渠道防滲工程的施工

施工是確保工程質(zhì)量最重要的環(huán)節(jié)，在施工時(shí)應(yīng)按照設(shè)計(jì)好的坡面尺寸削坡整形，使渠道襯砌斷面達(dá)到設(shè)計(jì)要求，然后在整形后的渠道斷面上鋪設(shè)一層土工膜，再澆筑混凝土，以全面提高防滲效果。為保證防滲工程質(zhì)量，對(duì)原材料的質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格控制，對(duì)工程所用的水泥、河砂、卵石及土工膜等材料均須抽樣檢測，保證將合格的材料用于工程，施工配比應(yīng)由國家認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室提供，施工按渠道防滲工程技術(shù)規(guī)劃組織進(jìn)行，混凝土采用連續(xù)澆筑法施工。根據(jù)進(jìn)度及工程部位有針對(duì)性地對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行復(fù)查，對(duì)澆筑好的混凝土應(yīng)及時(shí)養(yǎng)護(hù)，在混凝土凝固期間保持濕潤，一般養(yǎng)護(hù)28 d左右。

3 渠道防滲效果分析

渠道防滲采用土工膜與混凝土復(fù)合材料襯砌后，有如下顯著效果：

（1）能減少渠內(nèi)輸水滲漏損失，提高渠道輸水效率，進(jìn)一步發(fā)揮工程效益。根據(jù)韶山灌區(qū)干渠防滲后觀測成果，對(duì)土工膜與混凝土復(fù)合材料襯砌前后渠段正常過水時(shí)的滲漏損失進(jìn)行估算，計(jì)算公式為：

防滲前土渠：QF=34.8 H3.45

防滲后土工膜與混凝土復(fù)合材料襯砌渠道：QF=2.07 H3.0

式中QF——渠道滲漏強(qiáng)度（L/m2·h-1）；

H——渠道計(jì)算水深（m）。

計(jì)算水深按灌區(qū)總干渠運(yùn)行時(shí)的平均深度4 m代入上式，兩者之比為31.37∶1，即相同面積防滲后滲漏量比防滲前減少96.8%，輸水效率明顯提高。

（2）穩(wěn)定了渠道邊坡，提高了渠道安全運(yùn)行的保證率，減少了維修工程量。根據(jù)典型渠段分析，渠道防滲襯砌后比襯砌前可減少維修工程量45%，減少渠內(nèi)清淤工程65%。

（3）提高了工程標(biāo)準(zhǔn)，從而增加了渠道的過流能力，能更好地挖掘工程潛力。渠道襯砌前，每當(dāng)農(nóng)田需水高峰期，只好壓減工礦工業(yè)用水；渠道襯砌后，工業(yè)用水單位可由原來的10多個(gè)增加到30多個(gè)，耗用流量可由原來的1 m3/s，增加到2.85 m3/s，農(nóng)田用水高峰期間，工業(yè)用水能照常供應(yīng)，能較好地挖掘工程潛力。

（4）降低了地下水位,使鹽堿地、沼澤地得到改良，從而提高了土地利用率，并改善了生態(tài)環(huán)境，保證了沿渠農(nóng)田穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。

（5）渠道防滲后將促進(jìn)人們節(jié)水意識(shí)的增強(qiáng)，灌區(qū)工程狀況也將得到改善，灌區(qū)工程的安全隱患能大幅減少，有利于工程的安全管理和確保工程效益的發(fā)揮。