田間渠系護砌形式的研究

李鵬

摘 ?要：東北地區(qū)是世界三大黑土區(qū)之一，是中國重要商品糧生產(chǎn)基地，承擔著保障國家糧食安全的重要責任。但區(qū)內灌溉排水基礎設施薄弱，大部分田間渠系工程未采取襯砌、節(jié)水措施，水資源利用率低?？偨Y東北地區(qū)在建、已建灌區(qū)工程的工程實踐經(jīng)驗，從理論和實踐的角度探討田間渠系工程襯砌形式的優(yōu)越性和適用性，并列舉了幾種新襯砌技術。

關鍵詞：田間渠系 ?襯砌 ?防凍脹

中圖分類號：S274.1 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）06（c）-0051-02

農(nóng)業(yè)發(fā)展是中國經(jīng)濟穩(wěn)定增長的重要保障因素之一，同時也對人民的生存條件起到至關重要的作用。隨著國家對糧食安全的重視，松原灌區(qū)等一批國家重點項目獲得審批并陸續(xù)開工建設，田間配套工程即將實施。

如何總結現(xiàn)有工程的經(jīng)驗，從理論和實踐的角度探討田間渠系工程襯砌形式的優(yōu)越性和適用性，解決田間“最后1公里”問題已迫在眉睫。

1 ?田間渠系護砌常用形式

我國農(nóng)業(yè)總用水量80%的農(nóng)灌主要輸水手段是渠道，渠道防滲技術是杜絕或減少由渠道滲入渠床流失水量的工程節(jié)水技術和方法，常用混凝土、土料、水泥土、漿砌石、瀝青混凝土等剛性材料，以及PE、PVC及其改性薄膜材料建渠道防滲層。其優(yōu)點為粗糙度下降，流速提高，過水能力加大，提高渠系水的利用系數(shù)，采取渠道防滲措施以后，可以減少滲漏損失，節(jié)約投資和運行費用，防止雜草叢生、渠道沖刷、淤積及坍塌，同時渠道防滲還可以調控地下水位，防止次生鹽堿化。

（1）砼板護砌。

現(xiàn)行骨干工程及田間渠道多為梯形斷面輸水，采用混凝土板和防滲膜組合結構的襯砌形式，在吉林省和黑龍江省大中型灌區(qū)中普遍采用。

近年來，PP纖維混凝土被應用在渠道防滲護砌工程中，其關鍵在于同普通砼板塊相比降低了護砌工程造價，提高了護砌材料在渠道土基礎較大變形條件下的適應性、耐久性和抗?jié)B能力。加鋪兩布一膜可以增強預制混凝土板襯砌的防滲和抗凍脹效果。

吉林省大安灌區(qū)工程實施渠道襯砌后，采用PP纖維砼板可以減少輸水損失，另外，在板下鋪設二布一膜后，可以將輸水損失降到最低。襯砌后大安灌區(qū)渠系水利用系數(shù)從現(xiàn)在的0.6提高到0.76，節(jié)水3800萬m3。

但渠道襯砌凍脹破壞一直是制約東北地區(qū)水利工程發(fā)展的瓶頸。對渠道防凍脹處理多采用了兩種形式：一種為置換法，換填砂石等非凍脹土。但這種換填工程量較大，換填厚度一般要大于等于凍土深度。另一種形式為保溫板保溫，不對基土進行回填。防凍脹方式的選擇，直接關系到渠道的造價和施工的難易，受工程投資的限制，現(xiàn)有針對砼板護砌采取的工程措施，多僅能消減凍脹，無法保證渠道不受凍脹危害。

（2）U形槽護砌。

U形槽是灌區(qū)建設及改造中常用的一種田間工程護砌樣式，“U”形斷面渠道是采用底部為半圓或弧形、上部為一定傾角直線段的斷面形式，與傳統(tǒng)梯形斷面渠道相比，具有流速分布均勻，近似最佳水力斷面，流速較快，輸水能力強;力學性能好，渠底反拱型，有一定的反拱作用，對來自外部的凍脹力有較強的抵抗力，凍脹程度僅為梯形渠的1/4～1/3，當凍脹力較強時，U形槽將會整體上抬，解凍后多數(shù)可以復位;由于渠口窄，可節(jié)省土地，占地面積減少，一般較梯形斷面渠道節(jié)省渠道占地1/3左右，減少挖填土方量;施工簡易，進度快，整體性強。

傳統(tǒng)的U形槽結構主要是工廠預制，然后現(xiàn)場組裝。限于技術條件，具有結構尺寸較小、工藝水平低、滲流損失嚴重等問題。部分灌區(qū)田間工程實施后，U形槽渠道出現(xiàn)斷裂、塌陷、壓頂?shù)绕茐?，其損壞的主要原因：一是渠道竣工驗收后，后續(xù)管理欠到位，部分農(nóng)戶擴充土地，導致護岸寬度不夠塌陷。二是渠道施工工序控制不嚴，材料質量不合格。U形槽渠道一般使用壽命長，但由于施工中控制不盡到位等原因，出現(xiàn)了少量變形、裂縫等情況。其原因一方面是沒有嚴格按照施工工序施工，新渠或舊渠基礎及槽背而填土夯實不夠，舊渠道的雜物未清除干凈;另一方面是材料質量不合格，為趕工期在天氣惡劣情況下施工等。

（3）預制混凝土矩形槽。

預制混凝土矩形槽按生產(chǎn)、安裝工藝分為整體式預制混凝土矩形渠和拼接式預制混凝土矩形渠。預制槽身采用高標號混凝土，內設鋼筋網(wǎng)，與傳統(tǒng)渠道U形渠相比，強度更高，韌性更大，耐久性更強。預制矩形渠長度2000 mm，接縫少，輸水、節(jié)水效率更高，施工更加方便、快捷。槽身連接處采用遇水膨脹止水橡膠條密封，整體防滲效果好，并取消了防滲膜的鋪設。槽身后覆土高度可少量回填或不回填，土方開挖、回填量大量減少，與傳統(tǒng)相同輸水能力的梯形渠道相比，可減少一半以上的渠線占地。

雖然預制混凝土矩形槽工程造價高，一次性投資大，但節(jié)省了土地資源，提高了土地利用率，且質量和壽命均優(yōu)于U形槽，具有較高的性價比。近年在省內土地整理、灌區(qū)改造、農(nóng)業(yè)開發(fā)等項目中多有使用，得到了很高評價。

2 ?新型材料和技術

隨著經(jīng)濟與科技的發(fā)展，農(nóng)田水利灌溉技術發(fā)展得到了大力發(fā)展，不斷有新產(chǎn)品、新技術涌現(xiàn)，下面簡單列舉幾種適用于北部寒冷地區(qū)的施工簡單、易于大面積推廣的新興護砌形式。

（1）拼裝水渠。

適用于現(xiàn)有梯形渠道節(jié)水改造，選用了石棉水泥平板與柔性連接插件組合裝配的拼裝水渠，渠體受凍脹時不斷裂、不移位，達到防滲漏的目的，可解決北方氣溫變化大，冬季凍脹破壞水泥渠變形滲漏的弊端（見圖1）。

（2）組合式彈性水渠。

采用PE硅塑材料制造，包括若干塊渠體，相鄰渠體密封固連，其特點是：渠體的結構是具有內彈性渠板、中間支撐網(wǎng)架和外彈性渠板通過密封膠壓力粘合固連。在渠體的兩側相對應設置固位支撐座。由于渠體采用內彈性渠板、中間支撐網(wǎng)架和外彈性渠板通過密封膠壓力粘合固連結構，當受到氣候變化的影響使渠體熱漲或冷縮時，由于渠板具有彈性，不論渠板受拉力或壓力作用均能得到緩沖，且能夠使渠板恢復原始狀態(tài)。其具有板塊大，連接點少，吸水量小，耐高低溫，能夠以彈性抵抗熱脹冷縮變形，使用壽命長，可工廠化生產(chǎn)，運輸、安裝、維修方便等優(yōu)點（見圖2）。

（3）組合式軌道灌溉渠埂。

將田埂和渠道有機結合起來，實現(xiàn)了渠道和田埂的雙重功能。由人行道板、運輸軌道、渠埂壁、底板、固定腔、輸水管路構成。渠埂壁上端裝有人行道板，人行道板的兩側裝有運輸軌道，渠埂壁的下半部裝有底板，底板下部與兩側的渠埂壁之間形成固定腔，人行道板與渠埂壁及底板之間形成的空間為輸水管路。在相當流量下可節(jié)約兩倍以上耕地面積，占用土地少，增加了耕地面積，使用材料成本少，使用安裝成本低，有利于大面積推廣和應用（見圖3）。

3 ?結語

結合各地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及資金配置情況，合理選取適合本地區(qū)發(fā)展的田間渠系襯砌形式，實驗并拓展新型襯砌，解決田間“最后1公里”問題，是補齊我國節(jié)水灌溉發(fā)展中最后一塊短板的必由之路。并通過提高管理措施，提升農(nóng)戶的節(jié)水意識，才能為保障國家糧食安全、促進經(jīng)濟平穩(wěn)快速發(fā)展和社會和諧穩(wěn)定奠定更加堅實的水利基礎。

參考文獻

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