渠道防滲工程設(shè)計(jì)及凍害防治問題研究

王嬌

【摘要】隨著全球淡水資源危機(jī)的加劇，渠道防滲是我國目前使用最廣泛的節(jié)水工程措施，在解決水資源的對(duì)策中，更重要的是節(jié)約用水，提高水的利用率，采用渠道防滲技術(shù)能夠極大地減少農(nóng)業(yè)灌溉用水的浪費(fèi)。在渠道防凍脹技術(shù)措施方面，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，加強(qiáng)凍害防治措施。

【關(guān)鍵詞】渠道防滲；設(shè)計(jì)；凍害防治

一、渠道防滲工程設(shè)計(jì)

防滲渠道設(shè)計(jì)應(yīng)收集了解的基本資料，取得有關(guān)水文氣象、地質(zhì)和地形資料，按有關(guān)規(guī)程、規(guī)范進(jìn)行必要的地質(zhì)勘測，應(yīng)取得灌區(qū)地形圖、渠形平面布置和渠道縱橫斷面圖以及建筑材料和施工條件資料。

渠道防滲設(shè)計(jì)應(yīng)考慮因素和遵循原則。防滲工程設(shè)計(jì)和施工中首先要考慮的基本要素之一就是氣候條件，而地形條件往往是決定渠道防滲工程造價(jià)，基土的滲透性決定防滲措施，應(yīng)盡量考慮土渠開挖土方的應(yīng)用問題。耐久性即我們通常說的使用年限對(duì)計(jì)算工程的經(jīng)濟(jì)效益有極大影響，所以必須慎重考慮。要因地制宜、就地取材的原則進(jìn)行防滲措施的選取，充分利用勞動(dòng)力加強(qiáng)管理養(yǎng)護(hù)，并盡量選取標(biāo)準(zhǔn)較高的防滲方案。

我國渠道防滲工程規(guī)劃設(shè)計(jì)遵循的原則一般表現(xiàn)為設(shè)計(jì)時(shí)，遵照相關(guān)規(guī)范、規(guī)程的規(guī)定，遵照有關(guān)規(guī)范進(jìn)行勘測和調(diào)查，貫徹因地制宜、就地采材，結(jié)合擬建渠道當(dāng)?shù)氐牡匦?，認(rèn)真進(jìn)行設(shè)計(jì)。使設(shè)計(jì)方案技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，滿足灌區(qū)總體布置的要求，并經(jīng)久耐用、運(yùn)用安全、管理方便。

渠道防滲設(shè)計(jì)的一般規(guī)定應(yīng)從灌區(qū)的水土平衡、以水資源的可持續(xù)利用出發(fā)，特別注意地基穩(wěn)定問題，同時(shí)要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以提高渠道或渠系水利用系數(shù)為目標(biāo)，使工程規(guī)劃設(shè)計(jì)切合實(shí)際，經(jīng)濟(jì)合理。渠道的滲漏損失流量應(yīng)按相關(guān)規(guī)定計(jì)算，斷面尺寸應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)公式進(jìn)行水力計(jì)算確定，渠道防滲結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)置伸縮縫。為了提高渠道襯砌的抗凍能力，設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，渠基盡量選用粗砂、礫石等粗顆粒土，防止產(chǎn)生裂縫、隆起架空，減小不均勻凍脹變形。

二、渠道防滲工程凍害考慮的因素

（一）氣候和地形條件

氣候條件是渠道防滲工程設(shè)計(jì)和施工時(shí)要考慮的基本因素，它對(duì)防滲材料的耐久性和工程防凍設(shè)計(jì)有決定性作用。而地形條件是渠道防滲工程造價(jià)的重要因素，在渠道防滲過程中，埋鋪式膜料防滲渠道因流速小，多用于平坦地區(qū)；低壓管道、混凝土和輸水槽等防滲材質(zhì)能快速的適應(yīng)地形變化。

（二）渠道地基的土質(zhì)條件

渠道地基中的土質(zhì)凍脹量大小決定著凍害的嚴(yán)重程度，這主要取決于土質(zhì)所具有的凍脹敏感程度。如果土質(zhì)顆粒的粒徑<0.01～0.05mm，渠道土質(zhì)就會(huì)發(fā)生凍脹，如果土質(zhì)顆粒的粒徑在0.05～0.002mm，其土質(zhì)凍脹現(xiàn)象最為嚴(yán)重，而當(dāng)土質(zhì)顆粒粒徑<0.002mm時(shí)，其凍脹現(xiàn)象會(huì)相對(duì)減弱。因此，根據(jù)土質(zhì)顆粒粒徑將土質(zhì)成分又劃分為凍脹性土和非凍脹性土。

（三）渠道水分條件

從渠道防滲工程的特點(diǎn)來看，水分條件是決定其凍害強(qiáng)弱的重要因素。工程的防水性能是否合格、地表排水是否通暢、水渠之間滲漏是否嚴(yán)重等問題，都由渠道的渠床含水量大小所決定的。在冬季，渠床的地下水位的高低與渠道停水時(shí)間、有無冬灌行水和襯砌的防滲優(yōu)劣是有直接關(guān)系，如果地下水位較高，在凍結(jié)過程中，地下水因水分遷移不斷補(bǔ)充凍結(jié)鋒面，凍害就會(huì)更為嚴(yán)重。

（四）渠道防滲材質(zhì)

在很多渠道防滲工程中，所采用的防滲材料不適合，因凍害而發(fā)生問題。比如土料類防滲材料，因其耐凍性能差容易凍壞；在渠道防滲工程的防滲材料中混凝土是使用最廣泛的，但因不能有效地適應(yīng)凍脹的不均勻變形而極易產(chǎn)生凍脹破壞。

三、渠道防滲的凍害防治措施

（一）合理選擇渠道線形

在對(duì)渠道進(jìn)行選線時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注凍害問題。渠道選線時(shí)應(yīng)該盡量避開黏土、粉質(zhì)土、淤積土等地帶，另外，還要盡量避開沼澤及地下水位較高的地段。盡量選擇透水性較好、地下水位埋深較深，且不易產(chǎn)生凍脹破壞，地形較高的脊梁地段。

（二）選擇有效的渠道結(jié)構(gòu)

在結(jié)構(gòu)方面盡量考慮抗凍性能高的形式。通常采用的是U型或弧形渠底的梯形斷面渠道形式。這樣有利于提升渠道的抗凍能力。U型渠道的主要形式應(yīng)以整體上抬為主，以提升渠道的凍脹變形均勻性；弧形渠底的抗脹能力較強(qiáng)，在凍脹的作用下，凍脹變形較為均勻，比較適合在寒冷地區(qū)的渠道防滲工程中應(yīng)用。U型渠主要采取的是預(yù)制混凝土板拼接形式。在實(shí)際施工時(shí)往往容易受到預(yù)制尺寸的限制，因此，這種渠道形式通常都應(yīng)用于流量較小的支渠或支渠以下渠道中。弧形底的梯形斷面渠道則不會(huì)受到這些因素的限制，因此，經(jīng)常會(huì)在干渠或支渠中應(yīng)用。

（三）換置凍脹土

在混凝土板下鋪設(shè)一定厚度的墊層可起到抗凍作用。常用的墊層材料有砂礫石、中粗砂等。施工時(shí)需要在凍結(jié)深度以內(nèi)，將襯砌板下的凍脹土換成非凍脹材料。墊層不僅具有一定的抗凍脹能力，而且還可以阻止地下水的上升，減少水分的轉(zhuǎn)移聚流，也可使?jié)B漏到墊層中的水及時(shí)排出去。

（四）設(shè)置砂礫石墊層

渠道墊層必須具備非凍脹性、滲透穩(wěn)定性這些性質(zhì)， 對(duì)于墊層的性質(zhì)和要求最終體現(xiàn)為選用合理的砂礫石墊層料的級(jí)配。墊層料自身應(yīng)有足夠的抗?jié)B強(qiáng)度， 其抗?jié)B比降應(yīng)能滿足所承受工作水頭作用下滲透穩(wěn)定性的要求， 對(duì)于填方渠道， 滲流將使墊層承受較高的比降， 為此， 要求墊層必須具有一定的抗?jié)B強(qiáng)度。在砂礫石墊層料用料的質(zhì)量方面也提出了更高的要求，可以用經(jīng)過加工的開采石料， 也可用天然砂礫石料， 或者由兩者混合摻配得到。

（五）防滲

當(dāng)土中的含水量大于起開始凍脹含水量，才明顯地區(qū)現(xiàn)凍脹現(xiàn)象，因此，防止渠水和渠堤上的地表水入滲、隔斷水分對(duì)凍層的補(bǔ)給，是防止地基土凍脹的根本措施。

（1）防止渠水滲漏。這不僅是防凍害的措施，而且是進(jìn)行渠道補(bǔ)砌的主要目的。保證施工質(zhì)量，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵是防止補(bǔ)砌體的伸縮縫或結(jié)構(gòu)縫漏水。

（2）為防止渠堤上的地面徑流入滲，需作好沿渠的防洪、排水工程（如截、排水溝，納水口等），另外，渠坡補(bǔ)砌體頂部應(yīng)做好封頂，以防來水浸入板后。

（3）隔斷水分對(duì)凍結(jié)層的補(bǔ)給。采用塑料薄膜、油氈、人造橡膠膜等膜料，設(shè)置隔水層，隔斷渠道滲水、大氣降水和地下水等對(duì)凍結(jié)層的補(bǔ)給，使渠基土的顯度低于起開始凍脹含水量，從而削除凍脹。

（六）做好運(yùn)行管理

防滲渠道在冬季不運(yùn)行時(shí)，應(yīng)該在氣溫降到0℃以下之前停水。如果渠道需要在冬季運(yùn)行，那么在負(fù)溫期間不能間斷運(yùn)行，同時(shí)還要保證運(yùn)行期的水位；對(duì)渠道的襯砌體進(jìn)行及時(shí)的檢查與維護(hù)，保證砌塊縫間的填料完整性，襯砌體封頂?shù)耐旰眯?，避免水滲入到襯砌背后；渠道運(yùn)動(dòng)期間，還要對(duì)各種排水措施進(jìn)行及時(shí)的檢查與維修，以保證排水的暢通。在冬季不運(yùn)行時(shí)，應(yīng)該在停水以后及時(shí)清除渠內(nèi)雜物，渠道內(nèi)不能存在積水及雜物；渠道的外側(cè)最好種植一些根系發(fā)達(dá)的，可以改善渠床土基狀態(tài)的植物，這樣對(duì)渠道的凍害防治非常有利。

結(jié)語

由于渠道防滲工程技術(shù)涉及的面比較廣，技術(shù)也很復(fù)雜，所以，應(yīng)將提高渠道防滲、抗凍害問題作為重點(diǎn)，加大渠道防滲工程技術(shù)的研究力度。

參考文獻(xiàn)

[1]于東升.關(guān)于渠道防滲工程設(shè)計(jì)及凍害防治[J].才智，2012，25：38.

[2]王丹.輸水渠道襯砌結(jié)構(gòu)凍害防治及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D].大連理工大學(xué)，2013.

[3]李硯青.渠道防滲工程凍害中水的作用及凍害防治對(duì)策[J].山西水利，2000，06：23-24.