現(xiàn)代渠道防滲新技術(shù)的設(shè)計與研究

王星梅， 陳 堅， 顧 青， 吳 兵

（1.江蘇淮安市水利勘測設(shè)計研究院有限公司，223005，淮安；2.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，210098，南京）

一、渠道防滲技術(shù)現(xiàn)狀及存在問題

目前國內(nèi)外在農(nóng)田灌溉中常用的節(jié)水措施有管道輸水和渠道襯砌防滲。管道輸水分無壓、有壓管道，常因造價高而較少采用。一般常用渠道襯砌來防滲。目的是為了減少渠道滲漏損失，提高渠道抗沖能力和輸水能力，防止長草和泥沙淤積，節(jié)約水資源，節(jié)省維修費用。除南方水資源充沛、渠道不采取防滲措施外，其他地區(qū)一般都采用渠道襯砌。渠道襯砌有素土、灰土、三合土、四合土等土料類和水泥土類、砌石類、混凝土類、瀝青混凝土類、埋鋪式膜料類等六大類。土料類能就地取材，造價低，施工簡便，但抗凍性、抗沖性、耐久性均較差，人工費高，要求有土源，質(zhì)量不易保證；水泥土類能就地取材，造價較低，施工較容易，但抗凍性較差，質(zhì)量不易保證；石料類抗凍和抗沖性能好，施工簡易，耐久性強(qiáng)，但防滲效果較差，需選適宜石料和好石工，造價高；瀝青混凝土類防滲能力強(qiáng)，適應(yīng)凍脹變形能力較好，但施工復(fù)雜、抗沖性較差，造價高；埋鋪式膜料類防滲能力強(qiáng)，質(zhì)輕，運輸便利，當(dāng)用土保護(hù)層時，造價較低，但占地多，抗沖性、抗浮性均較差；混凝土類防滲、抗沖性能好，耐久性強(qiáng)，施工工藝成熟，工效高，是目前我國最廣泛應(yīng)用的襯砌形式，但抗凍性較差、易產(chǎn)生裂縫等破損，影響工程的耐久性和美觀。

二、渠道防滲設(shè)計理念與思路

渠道防滲設(shè)計應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、優(yōu)質(zhì)高效、節(jié)約資源、節(jié)省投資、生態(tài)環(huán)保，實現(xiàn)“可靠、高效、環(huán)?！钡慕ㄔO(shè)目標(biāo)，將突出注重生態(tài)環(huán)保效果、節(jié)能減排、美化環(huán)境、便于管理作為建設(shè)理念。技術(shù)上力爭達(dá)到同行業(yè)領(lǐng)先水平，將新技術(shù)、新材料、新工藝應(yīng)用于工程中，提升工程科技水平；節(jié)約資源、節(jié)省能源主要是盡量少占地，節(jié)約土地資源，盡量減少材料消耗總量，工程建成后還要節(jié)能；生態(tài)環(huán)保體現(xiàn)在人與自然的和諧，體現(xiàn)環(huán)境水利的理念，在滿足功能和安全要求的同時，盡量考慮生態(tài)上的要求，不破壞原有生態(tài)環(huán)境，渠道設(shè)計首先合理確定是否需要防滲，以及防滲工程的規(guī)模與范圍，渠道襯砌形式選擇要體現(xiàn)技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、優(yōu)質(zhì)高效、節(jié)約資源、節(jié)省投資、生態(tài)環(huán)保的現(xiàn)代化頂層設(shè)計理念。

三、國內(nèi)外防滲渠道新技術(shù)

目前，在所有防滲渠道襯砌技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的還是混凝土襯砌渠道，人們通過幾十年工程實踐，在混凝土防凍、抗裂方面積累了許多寶貴經(jīng)驗，如混凝土防凍害措施有壓實法、排水法、隔水法、換填法等，混凝土防裂措施有改善施工工藝、采用纖維混凝土，摻粉煤灰、合理分縫分塊等，但是在防凍抗裂、節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保等方面的效果還不盡如人意，較難達(dá)到現(xiàn)代水利的要求。下面介紹國內(nèi)外幾種渠道防滲新技術(shù)，盡管在某些方面還需要繼續(xù)完善，但在防凍抗裂、節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保等方面作了有益的嘗試，為現(xiàn)代防滲渠道技術(shù)提供了借鑒。

1.PBM—226噴立凝橡膠瀝青復(fù)合防滲渠道

該項技術(shù)在江蘇省淮安市漣西灌區(qū)節(jié)水改造工程二干四支渠中已試驗成功1萬m2防滲渠道，渠長約1 000 m，渠口寬約10 m，襯砌高度1.5 m，設(shè)底、頂混凝土格埂將護(hù)坡材料壓好。PBM—226噴立凝橡膠瀝青復(fù)合防滲材料是由橡膠瀝青防水涂料和高性能土工布復(fù)合而成，橡膠瀝青防水涂料由A組分（高分子改性瀝青涂料）和B組分（速凝劑）常溫噴涂，具有水性環(huán)保，與土工布附著力強(qiáng)，噴涂后5秒鐘基本成型，與后澆混凝土剝離強(qiáng)度高，抗老化，具有土工膜沒有的突出特點，厚度僅2～3 mm，為混凝土防滲渠道厚度的1/40左右，大量節(jié)省材料消耗，在節(jié)能減排方面有優(yōu)勢。適合作為水工防滲材料。構(gòu)造原程見圖1。

（1）力學(xué)性能指標(biāo)

縱橫向斷裂強(qiáng)度均不小于40kN/m，縱橫向伸長率均不小于20%，CBR頂破力 6240N/m2，刺破力 889N/m2，耐靜水壓不小于 0.2MPa，抗凍性（-20℃，48h）縱橫向均不小于40 kN/m，老化（96 h）縱橫向均不小于40 kN/m。

（2）安全環(huán)保性能

①五“無”：無有機(jī)溶劑，無毒無味，無廢料，無廢氣排放，無污染；②具有耐化學(xué)腐蝕性：具有優(yōu)異的耐酸、堿和鹽性能，在酸、堿和鹽環(huán)境下長期應(yīng)用，拉伸強(qiáng)度保持率達(dá)到95%以上，斷裂伸長率高于1 000%；③具有耐高低溫性：具有良好的低溫彎折性，又具有優(yōu)異的耐高溫性能，可根據(jù)不同區(qū)域工程的需要調(diào)整低溫柔性在-5～30℃之間，產(chǎn)品耐高溫在160℃以上；④具有施工高效性：常溫施工，噴涂后瞬時成型，可踩踏和進(jìn)行下道工序，采用專業(yè)噴涂機(jī)械施工；⑤具有優(yōu)異的耐水性：噴涂成膜后可以承受高的水壓，最高耐靜水壓3 MPa且1小時內(nèi)不滲水；⑥具有優(yōu)異的抗老化性：在人工加速氣候老化處理和紫外線處理250小時，拉伸強(qiáng)度保持率達(dá)到95%以上；⑦具有優(yōu)異的自愈性：對尖銳物的刺破有很好的自愈性，耐磕破和釘桿水密性優(yōu)異。

（3）施工工藝

該產(chǎn)品的施工噴涂采用專用噴涂設(shè)備來完成。在常溫下，該產(chǎn)品的兩組份分別通過管道由兩個噴嘴噴出霧化，高速混合，物料在噴射到基面后瞬間凝聚成膜，噴涂效率高，節(jié)約勞動力，縮短施工工期，降低施工成本。工藝流程：機(jī)具準(zhǔn)備、材料準(zhǔn)備→基層處理→攤鋪丙綸布并固定→丙綸布搭接縫處理→噴涂施工→質(zhì)量檢查→質(zhì)量驗收→成品養(yǎng)護(hù)。

（4）適用范圍

適合于地下水水位不太高的支渠及其以下中小型渠道襯砌，而且渠道河坡自身要穩(wěn)定及平整度較好。

（5）效果評價

淮安市漣西灌區(qū)二干四支渠應(yīng)用該技術(shù)，于2012年5月20日開工，2012年6月5日竣工，在防滲漏、防凍抗裂、節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保、施工工效等方面取得顯著效果 （圖2～5），但也暴露一些問題，如護(hù)坡抗浮、平整度、生態(tài)通道、規(guī)范施工、坡面及坡底排水等方面還需進(jìn)一步完善，尤其是在地下水水位高于渠底的地方使用，一定要在渠底以上設(shè)1～2個排冒水孔或結(jié)合生態(tài)通道設(shè)通長排水砂溝（或透水軟管），同時做好坡面排水以解決地下水對護(hù)坡的頂托和河坡被浸泡而危及土坡穩(wěn)定問題。

2.澳大利亞PMC改性混凝土渠道防滲新技術(shù)

（1）技術(shù)原理及特點

PMC改性混凝土渠道防滲系統(tǒng)新技術(shù)是由澳大利亞某公司研制。PMC系統(tǒng)是由樹脂、水泥和黃砂，按照一定的配方進(jìn)行混合而形成的高分子化合物改性材料，噴涂在土工布上，約3 mm的厚度就可以形成致密、堅固的防滲層。該系統(tǒng)施工便捷，高效節(jié)水，環(huán)保節(jié)能，有彈性抗老化，維護(hù)費用低。此外，該系統(tǒng)的硬度、彈性、抗拉強(qiáng)度、抗張伸展率、耐磨性以及耐火性等也非常好，使用壽命長。

（2）應(yīng)用效果評價

該技術(shù)在澳大利亞目前尚處于試驗推廣階段，用于原混凝土防滲渠道修補(bǔ)約8 km，在澳大利亞中部的國家農(nóng)業(yè)試驗農(nóng)場灌溉工程渠道上使用該項技術(shù)作為試驗段。該項技術(shù)具有節(jié)水效果好、節(jié)省材料、無縫連接、維修方便等優(yōu)點，但是防裂性能不穩(wěn)定，無法根除裂縫問題，同時不適用于地下水水位高于渠底的渠道（圖 6～7）。

3.W-OH新型渠道高效防滲抗凍技術(shù)

（1）技術(shù)原理及特點

W-OH砂漿是一種具有超柔性和高防水抗凍性能的新型結(jié)構(gòu)材料，它是基于W-OH超柔性結(jié)構(gòu)渠道而設(shè)計構(gòu)建的，是在渠道表面直接噴灑濃度為10%～20%的W-OH砂漿，可由此快速構(gòu)建一體化的超柔性、高防滲抗凍性的10mm左右厚度結(jié)構(gòu)層，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剛性、復(fù)合材料防滲抗凍渠道襯砌結(jié)構(gòu)，適合中小渠道襯砌。W-OH砂漿的力學(xué)性能較好，它的抗壓、彎、拉強(qiáng)度比為 100∶30∶70；具有超柔韌性，在干燥、凍結(jié)、鹽害、外力沖擊等各種條件下不會引起開裂；W-OH砂漿具有10%以上的獨立氣泡，耐凍害，抗紫外線性能好，高耐久性；W-OH砂漿透水系數(shù)為1.0×10-8cm/s以下，等同于混凝土的高防水性；與土沙、混凝土、木材、鋼材等各種材質(zhì)具有很好的黏接力，同時施工極為簡便快速、成本低廉。

（2）施工工藝

機(jī)具、材料準(zhǔn)備→渠道內(nèi)坡修整→W-OH砂漿制造并噴涂→渠道表面處理→質(zhì)量檢查→質(zhì)量驗收→成品養(yǎng)護(hù)。

（3）應(yīng)用效果評價

W-OH砂漿渠道襯砌技術(shù)具有高效防滲抗凍性，造價低，施工簡便、快速，特別適合在高寒地區(qū)應(yīng)用。但是在表面平整度、抗沖性、生態(tài)通道、規(guī)范施工等方面還需要進(jìn)一步完善。

4.U形渠道混凝土襯砌機(jī)應(yīng)用

U形渠道混凝土襯砌機(jī)具有一機(jī)多能，振動成型、氣動切割、滑模收面、壓頂、牽引和切割等工序可一機(jī)完成，襯砌效率為人工襯砌的12倍，施工工效高。氣動切割連續(xù)澆筑的混凝土渠道伸縮縫靈便、標(biāo)準(zhǔn)，渠道端直，表面光滑平整（粗糙率小于0.015），外觀漂亮；襯砌機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、拆卸及運輸方便，機(jī)械化施工操作只需一人，節(jié)省能源、造價低廉。U形渠道混凝土襯砌機(jī)的缺點是一次性投資較大，只適合應(yīng)用于中小渠道襯砌（圖10～11）。

四、結(jié) 語

各種現(xiàn)代防滲渠道新技術(shù)從試點到推廣都不容易，需要做大量的試點工作，在實踐中不斷總結(jié)、完善才能廣泛應(yīng)用。每一種防滲渠道新技術(shù)都有它一定的適用范圍、適用條件，設(shè)計時要因地制宜，結(jié)合工程特點和條件選擇最優(yōu)方案，在滿足防滲抗凍防裂等功能性要求的同時，要體現(xiàn)技術(shù)先進(jìn)、優(yōu)質(zhì)高效、節(jié)約資源、生態(tài)環(huán)保的設(shè)計理念。

[1]渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范（SL18—2004）[S].2004.

[2]馮廣志,周福國.渠道防滲襯砌技術(shù)發(fā)展中的若干問題與建議[J].節(jié)水灌溉,2004(5).

[3]澳大利亞水管理有限公司及其合作伙伴.淮安市漣西灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造六期工程二干四支渠防滲渠道施工方案 [R].

[4]淮安市水利勘測設(shè)計研究院有限公司.淮安市漣西灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造六期工程施工圖設(shè)計 [R].

[5]澳大利亞水管理公司.澳大利亞防滲渠道技術(shù)介紹 [R].

[6]江蘇杰成凱新材料科技有限公司.WOH高新復(fù)合材料及其關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)[R].

[7]北京青禹偉業(yè)節(jié)水技術(shù)有限公司.U形渠道混凝土襯砌機(jī) [R].