水利工程渠道防滲技術(shù)

羅 輝

（歐陽海灌區(qū)水利水電工程管理局，湖南 耒陽 421800）

1.我國渠道防滲技術(shù)研究與進(jìn)展

1.1 防凍脹措施

我國有多種多樣的氣候，西北部屬于溫帶大陸性氣候，冬季嚴(yán)寒，日溫差較大，若防滲措施不到位，渠道極易受到嚴(yán)重的凍脹問題困擾。針對此問題，20世紀(jì)70年代以來，相關(guān)科研人員立足于大量的渠道凍脹破壞試驗(yàn)及渠道抗?jié)B抗凍試驗(yàn)，改變了傳統(tǒng)的“抗凍脹”設(shè)計(jì)觀點(diǎn)，提出了“適應(yīng)消減凍脹”的思想。該思想依據(jù)大量試驗(yàn)得出的計(jì)算凍脹量和凍結(jié)深度的公式，將不同凍脹量劃分為不同的等級，按照對應(yīng)等級選擇與之匹配適應(yīng)的消減凍脹措施，此項(xiàng)舉措取得了良好的效果。現(xiàn)階段，我國采取的渠道抗?jié)B抗凍脹措施可歸納為兩個(gè)方面：一是根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)水文條件選擇合理的襯砌材料與斷面形式。將梯形坡角改成弧形，使渠道受力更為均勻，減小集中應(yīng)力，可以較好地與凍脹變形相適應(yīng)。

1.2 襯砌結(jié)構(gòu)形式及施工技術(shù)

在渠道防滲施工技術(shù)方面，我國目前仍以低效率、施工質(zhì)量主要由施工人員水平高低來決定的人工施工為主，但我國渠道機(jī)械化施工程度正在逐步提高，技術(shù)也日趨成熟。

2.水利渠道的特點(diǎn)以及渠道滲漏的主要原因

2.1 水利渠道的特點(diǎn)

灌溉的水源獲取過程一般較為艱難，主要是因?yàn)檫h(yuǎn)離合適的灌溉區(qū)，而可利用的多為山澗水或河湖水，致使渠道修建依山進(jìn)行，沿途山勢陡峭、阡陌縱橫，甚至要橫穿山間公路。綜合這些特點(diǎn)，最終導(dǎo)致水利施工進(jìn)程開展困難。渠道開挖工程量大、挖掘障礙多，且一般挖掘無法采用機(jī)械，增加渠道開挖附屬物的同時(shí)，抬高了工程整體造價(jià)，導(dǎo)致渠道工程資金超額較多。因此，必須重視渠道附屬建筑物的建設(shè)，例如隧洞、導(dǎo)虹吸管以及水渡槽等。

2.2 水利渠道滲漏原因

2.2.1 生物破壞。水利渠道一般經(jīng)過老鼠、螞蟻以及野雞等動(dòng)物的洞穴，這些洞穴即使在初期被合理破壞，但在渠道的使用中依舊會“卷土重來”，因此容易出現(xiàn)滲漏通道。在雨水較多的汛期，河道水位漸高，動(dòng)物活動(dòng)后的沉積物被積水沖落，造成渠道滲漏。有些洞口的結(jié)構(gòu)較為密閉和堅(jiān)固，滲水現(xiàn)象輕微，但在長時(shí)間的滲水作用下，“滴水穿石”的現(xiàn)象終究會出現(xiàn)。小型的滲漏點(diǎn)擴(kuò)大轉(zhuǎn)變?yōu)樾螒B(tài)可觀的滲透口，形成渠道漏洞，致使水利渠道內(nèi)部管涌、滲漏現(xiàn)象嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致渠道整體變形坍塌。

2.2.2 地質(zhì)原因。在水利渠道的修建過程中，因施工條件苛刻，需要依據(jù)具體地勢修建。筑渠用土一般就地取材，但水渠干線沿途分布的土質(zhì)大部分為沙土或砂礫石土，此類型土黏結(jié)性較差，抗水性不能滿足筑渠要求，在使用時(shí)很難被碾壓密實(shí)。因此渠道的整體質(zhì)量就會受到嚴(yán)重的影響，經(jīng)過長時(shí)間的使用、修繕和浸泡，最終會導(dǎo)致渠道發(fā)生滲漏。

2.2.3 施工質(zhì)量原因。水利渠道的施工周期短，迫于施工進(jìn)度壓力，當(dāng)?shù)馗骷壦姓芾聿块T有意加快施工進(jìn)程，忽視了水利渠道長度長、修筑時(shí)間長、渠道支路多的特點(diǎn)，最終導(dǎo)致施工水平和渠道質(zhì)量較低。因此僅關(guān)注施工進(jìn)度是不合理的，會為后期水渠使用帶來安全隱患。例如渠道整體結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)較多空隙，主要是因?yàn)榍婪侄谓宇^位置細(xì)節(jié)處理不到位，存在連接不牢固和連接不充分的現(xiàn)象；渠道地基底部雜物清理不徹底（雜物一般指的是松土、雜草及腐爛的樹根），渠道修筑初期的材料收集混雜，經(jīng)常會在材料中發(fā)現(xiàn)廢棄水泥編制袋、腐爛的樹干等雜物，這些雜物會在渠道長期使用中繼續(xù)腐爛，最終導(dǎo)致堤身孔洞的形成。

2.2.4 人為破壞。渠道修筑的實(shí)際過程一般會貫穿在地里行間，縱橫交錯(cuò)的形態(tài)較為常見。渠道內(nèi)農(nóng)民活動(dòng)較為頻繁，尤其是在田埂修筑時(shí)期。渠道修筑用土取材困難，人們修筑田埂時(shí)會在渠堤坡腳處直接取土，使渠道坡腳處出現(xiàn)較多條帶狀失土坑洞，導(dǎo)致渠道表面防滲層的有效性下降，在減弱渠道抗壓抗擠能力的同時(shí)，嚴(yán)重降低了渠道的安全性，雨季汛期可能會發(fā)生比較嚴(yán)重的事故。

3.渠道防滲技術(shù)在水利中的具體應(yīng)用

渠道防滲技術(shù)的應(yīng)用目的是減少渠道輸水時(shí)的水流損失，節(jié)約利用水資源，并通過減弱渠道滲漏提升渠道整體輸水利用率。在水利修筑中，明確各級渠道之間的連接關(guān)系，對其使用合理的防滲透技術(shù)，可以從整體上優(yōu)化水利的建設(shè)質(zhì)量。

3.1 防滲漏結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)形式

現(xiàn)階段水利工程中，渠道的結(jié)構(gòu)多為矩形斷面，一些農(nóng)村居民土法挖掘的渠道為梯形。另外，近些年新出現(xiàn)的渠道挖掘技術(shù)中，可將渠道斷面做成微梯形，渠道側(cè)墻坡度比值范圍是1∶0.2～1∶0.05的梯形。這種類型的渠道形式在的水利建設(shè)中同樣適用，其優(yōu)勢是可在不增加開挖量的同時(shí)，維持砌體的穩(wěn)定性，并且可以做到有效減少防漏現(xiàn)象。

3.2 防滲漏材料的合理選擇與使用

水利工程開展已久，總結(jié)其相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可為其他相關(guān)水利建設(shè)提供重要參考。在各類渠道防滲工程中，應(yīng)用的材料有混凝土、漿砌塊石、水泥砂漿以及漿砌毛條石。

3.2.1 混凝土防滲漏。在渠道修筑中，由于內(nèi)部環(huán)境變化復(fù)雜、修筑地形條件惡劣且后續(xù)管理困難，因此一般使用混凝土防滲技術(shù)。該技術(shù)除了具有環(huán)境適應(yīng)性好、氣候適應(yīng)性強(qiáng)以及管理、清理便利的特點(diǎn)外，其渠道整體強(qiáng)度較高，渠道內(nèi)部表面光滑，有利于水流通過，可減少糙面阻抗，整體防滲漏效果較好。該技術(shù)在地形條件較為復(fù)雜的應(yīng)用廣泛，可有效減弱渠道的滲漏現(xiàn)象，但混凝土一旦成型就很難再做形式上的調(diào)整，因此該防滲漏技術(shù)的變形適應(yīng)性差。特別是在一些缺少砂石修筑材料的，使用該技術(shù)會使修筑渠道的成本整體升高。

混凝土防滲漏技術(shù)可分為現(xiàn)澆和預(yù)制，其各自的優(yōu)點(diǎn)不同，適應(yīng)性各異?，F(xiàn)澆混凝土防滲漏技術(shù)因其耐用度高、壽命長以及整體防滲漏效果好的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用較為廣泛，該技術(shù)可減少85%以上的滲漏損失。現(xiàn)澆防滲漏形式主要有以下幾種類型。

第1種類型，在土渠挖掘完成后，在其中直接澆筑混凝土形成渠道內(nèi)部保護(hù)板。混凝土澆筑過程往往一次性完成澆筑，各部分凝固時(shí)間不一致，容易造成混凝土應(yīng)力不均勻，表面出現(xiàn)平板裂縫，后期滲漏處理效果差。

第2種類型，在漿砌塊石表面澆筑混凝土，這種防漏技術(shù)依托于原有的漿砌石渠道，在石道補(bǔ)修防漏時(shí)應(yīng)用較多，防漏效果明顯，耐用度高。

第3種類型類似于第2種類型，只是澆筑的基礎(chǔ)是干砌塊石渠道。

第4種類型，在漿砌河卵石渠道中進(jìn)行現(xiàn)澆防漏。需要注意的是，后3種澆筑形式均需要就地取材。

3.2.2 水泥砂漿防滲漏。水泥砂漿防漏是我國農(nóng)村較為常見的防滲漏方法之一。主要形式是在漿砌塊石的渠道內(nèi)側(cè)墻壁上使用混合比例為1∶2的水泥砂漿抹平渠道表面。由于當(dāng)時(shí)人們的生活水平不高，沒有其他修筑材料，技術(shù)認(rèn)知不足，再加上該防滲漏技術(shù)操作簡單、成本低的特點(diǎn)，因此應(yīng)用廣泛。由于水泥砂漿涂抹的表面應(yīng)力承受能力差，收縮率高，容易出現(xiàn)干縮裂縫，影響整體防滲效果，降低了渠道的耐用性，其壽命普遍偏低。另外，該形式的渠道以前經(jīng)常使用在農(nóng)村田間菜園的灌溉中，一般距村落較近，村民特別是孩童時(shí)常腳踏其上肆意玩耍，破壞了渠道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。目前，村落菜園逐漸消失，再加上其各項(xiàng)缺點(diǎn)，已經(jīng)較少應(yīng)用該技術(shù)。

3.2.3 漿砌毛條石防滲漏。漿砌毛條石防滲漏方法的應(yīng)用條件較為特殊，一般應(yīng)用于深山渠道修筑中。由于取材條件的限制，砂石、水泥等材料無法運(yùn)輸，為了強(qiáng)化渠道防滲漏性能，往往依靠當(dāng)?shù)厝罕娛止ご蚰ズ线m的石料，開鑿成條狀石修筑防漏。這種防滲方式的效果較好，但需用到較多的人力，并且取材過程緩慢，因此不便于大規(guī)模使用。

3.3 具體施工技術(shù)

渠道一般修筑在山間或其他不利于機(jī)械設(shè)備使用的地形環(huán)境中，人工施工較為方便。在渠道滲漏技術(shù)施工過程中，雖然少數(shù)地區(qū)已經(jīng)可以使用半機(jī)械化施工，但人工施工依舊是主要形式。一些灌溉區(qū)的混凝土防滲渠道主要為矩形斷面，在澆筑側(cè)面墻體時(shí)必須使用立模開展作業(yè)。其中，使用的模板材質(zhì)主要是木質(zhì)和鋼質(zhì)，大多數(shù)的小型灌溉區(qū)域渠道施工應(yīng)用的是木質(zhì)模型。

3.4 伸縮縫的處理

施工時(shí)，伸縮縫的填料一般為瀝青杉木條，將其與混凝土澆筑在一起。通過大量的澆筑實(shí)踐可以看出，瀝青杉木條制作的伸縮縫材料一般在腐爛之后會直接出現(xiàn)滲漏孔洞，逐漸擴(kuò)大成為滲漏渠道，最終造成渠道結(jié)構(gòu)失衡。因此伸縮縫的材料應(yīng)盡量使用鋁質(zhì)。