渠道防滲技術(shù)研究綜述

吳昀磊

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆伊犁835000）

1 我國渠道防滲技術(shù)研究與進(jìn)展

1.1 防滲材料

我國渠道防滲根據(jù)所用的材料不同，大致可以分為混凝土防滲、土料防滲（土料包括灰土、三合土、四合土等）、水泥土防滲（包括干硬性水泥土、素性水泥土等）、素襯薄膜防滲、砌石防滲等。

1.2 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(duì)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(jí)，按照對(duì)應(yīng)等級(jí)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)。渠道防滲方法大致可以分為兩類：一是設(shè)置防滲層，如采用各種襯砌，這樣做可以使渠道滲漏損失減少50%～90%；二是改變?cè)餐寥罎B透性能，可以分為物理機(jī)械法和化學(xué)法，前者就是進(jìn)行土的置換或者強(qiáng)夯處理，后者就是摻入化學(xué)材料增強(qiáng)土壤的不透水性。

1.3 襯砌結(jié)構(gòu)形式及施工技術(shù)

我國目前渠道襯砌的斷面形式有梯形、矩形、U 形和梯弓形等。不同類型渠道的優(yōu)缺點(diǎn)及相關(guān)的適用條件就不在這里一一贅述。 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。

1.4 需要研究的幾個(gè)問題

我國渠道防滲技術(shù)日趨成熟，但在某些領(lǐng)域還需要深入研究，如渠道襯砌設(shè)備研制、新型防滲土工膜材料的研發(fā)及改善土質(zhì)的固化劑等。

2 不同類型的渠道防滲

渠道防滲類型多樣，下文將主要介紹混凝土襯砌渠道防滲、瀝青混凝土渠道防滲、大摻量統(tǒng)排粉煤灰混凝土渠道防滲及漿砌石土工膜渠道防滲4 種防滲方式。

2.1 混凝土渠道防滲

混凝土襯砌渠道相對(duì)于其他類型襯砌渠道而言，有使用壽命長、糙率低、防滲效果好、抗沖刷力強(qiáng)、施工方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。其主要結(jié)構(gòu)為板形結(jié)構(gòu)，板形結(jié)構(gòu)中包含多種截面類型。不同截面類型適用于不同的地區(qū)，有凍脹的地區(qū)，楔形、肋形較為適用，而矩形截面不適用于有凍脹地區(qū)。小型U形渠道多采用先預(yù)制后吊裝的施工模式，且U形渠道具有較佳的水力斷面，利于輸水輸沙，有一定的抗土基凍脹能力。尤其在施工和運(yùn)行管理方面，具有占地少、省工、省料、襯砌速度快等優(yōu)點(diǎn)，比較適用于凍脹現(xiàn)象較為弱的地區(qū)。但是，在寒冷地區(qū)，土中水的凍結(jié)與冰體的增長會(huì)引起土體膨脹，地表會(huì)不均勻隆起，渠道容易受到破壞而發(fā)生整體移動(dòng)或出現(xiàn)裂縫。所以，U 形渠道不適用于強(qiáng)凍脹地區(qū)?；炷燎赖那谕馏w穩(wěn)定時(shí)一般為素混凝土，但是當(dāng)渠基土體的自重在外荷載作用下沿著滑裂面發(fā)生剪切破壞的可能性較大時(shí)，需要配鋼筋保持渠基的穩(wěn)定?；炷烈r砌的厚度影響因素主要有材料、施工方法及施工時(shí)的氣候等。比如，在其他條件相同時(shí)，無凍脹地區(qū)的襯砌厚度要薄于有凍脹地區(qū)，采用預(yù)制安裝施工工藝的混凝土渠道的襯砌厚度，要小于現(xiàn)場澆筑的襯砌厚度。

混凝土襯砌在施工過程中為防止因凍脹、地基不均勻沉降及溫度變化等因素引起的變形，一般需要設(shè)置伸縮縫。伸縮縫可用高壓閉孔板、聚氨酯砂漿或雙組縫密封膠等填充。

2.2 瀝青混凝土渠道防滲

瀝青在瀝青混合物內(nèi)有著防滲和膠結(jié)的作用，瀝青按其品種分類有石油瀝青、軟煤瀝青、液體石油瀝青、乳化石油瀝青等。各種瀝青在使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)交通量、氣候條件、施工方法、材料來源等情況選用。一般認(rèn)為石油瀝青宜與堿性骨料粘結(jié)，但在工程施工時(shí)往往離酸性骨料產(chǎn)地較近，而離堿性骨料產(chǎn)地較遠(yuǎn)。酸性骨料屬于親水性材料，與石油瀝青只存在簡單的吸附作用。并且酸性骨料與水的粘結(jié)性要好于與石油瀝青，當(dāng)遇到水時(shí)，容易置換已與酸性骨料粘結(jié)的石油瀝青，造成瀝青襯砌的破壞。我國在當(dāng)前所用的瀝青材料護(hù)面主要有瀝青席、埋藏式瀝青薄膜及瀝青混凝土3 種，3 種瀝青護(hù)面各有其特點(diǎn)及適用范圍，在此不一一論述。

2.3 大摻量統(tǒng)排粉煤灰混凝土渠道防滲

粉煤灰是一種火山灰質(zhì)材料，本身并無膠凝性能，在常溫下有水存在時(shí)，粉煤灰可以與水進(jìn)行二次反應(yīng)，生成難溶于水的水化硅酸鈣凝膠。粉煤灰中的主要礦物玻璃體降低了混凝土早期干燥收縮，提高了混凝土的密實(shí)性；微細(xì)顆粒填充了水泥顆粒間的空隙，增加了水泥膠體的密實(shí)度。我國在渠道防滲工程中已有使用粉煤灰混凝土的例子。在近些年，國內(nèi)外加大了對(duì)混凝土復(fù)合外加劑的研究，改善了粉煤灰混凝土早期強(qiáng)度低等問題，并且現(xiàn)在工程大量采用了電廠統(tǒng)排灰，這也對(duì)污染物的再利用提供了新的思路。

2.4 漿砌石土工膜渠道防滲

漿砌石是使用膠結(jié)材料的塊石砌體。石塊依靠膠結(jié)材料的粘結(jié)力、摩擦力和石塊本身重量來保持穩(wěn)定。漿砌石襯砌防滲的好壞很大程度上取決于石塊間的填筑材料，石塊間空隙被填筑密實(shí)，那么漿砌石襯砌就具有很好的整體性、密實(shí)性和強(qiáng)度，可以防止?jié)B水漏水，增加抵抗侵蝕的能力。但漿砌石襯砌容易被凍脹破壞，且一旦石塊間空隙不密實(shí)，防滲效果就會(huì)很差。土工膜是作為一種以高分子聚合物為基本原料的防水阻隔型材料，近些年來在渠道防滲方面得到了廣泛的應(yīng)用。防滲渠道施工主要過程如下：土方開挖、地基處理、鋪設(shè)土工膜并焊接牢固、鋪設(shè)砂漿墊層、砌筑漿砌石襯砌或混凝土預(yù)制板。

3 西北干旱內(nèi)陸河流渠道防滲的思考

西北干旱內(nèi)陸區(qū)，是全國生態(tài)高度脆弱的地區(qū)。該地區(qū)植被結(jié)構(gòu)簡單，降水相對(duì)偏少，且時(shí)空分布不均。經(jīng)濟(jì)耗水與生態(tài)耗水矛盾突出，隨著人類活動(dòng)的加劇，迫使生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)一步向著荒漠化方向演變。水資源的嚴(yán)重短缺，決定了西北地區(qū)必須提高水的利用率，才能夠保護(hù)環(huán)境并發(fā)展生產(chǎn)。渠道防滲作為節(jié)水的一項(xiàng)重要措施，在西北干旱區(qū)發(fā)揮了很大作用，但也存在一些問題。最主要的是忽略了水資源與生態(tài)系統(tǒng)之間的密切聯(lián)系，追求于“滴水不漏”，忽視了渠道周邊的生態(tài)用水。由于過度的防滲，使?jié)B入周圍固沙植物的水量減少，導(dǎo)致大范圍的植物枯死，最終的結(jié)果是綠洲逐漸變?yōu)榛哪牖哪坝^，適得其反，甘肅民勤綠洲就是一個(gè)典型的例子。

要解決存在的問題，就要綜合考慮防滲節(jié)水、保存固堤喬灌混交林、維持渠側(cè)瀕危的植被等。這就要求兼顧技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性，采用經(jīng)濟(jì)合理的防凍措施或新材料，并要求防滲材料鋪砌高度既不能超過渠堤內(nèi)側(cè)植物栽植位置以防其被清除，并能在輸水期間通過渠堤滲漏一定水量以維持渠側(cè)一定范圍內(nèi)淺根系植被的存活，又要求水量損失盡量小以提高渠道輸水效率。為此提出了一種工程措施與生物措施相結(jié)合的新型渠道防滲案，即塑膜半斷面鋪設(shè)，混凝土格柵填充草泥護(hù)坡——植柳護(hù)堤聯(lián)合防滲的方案。較好地解決了上述問題，并且克服了邊坡穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。 當(dāng)然，此種技術(shù)還需要進(jìn)一步地研究，但給與我們很多啟示，如在干旱內(nèi)陸性流域人們?cè)谶M(jìn)行水資源開發(fā)利用時(shí)必須兼顧社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)三大效益；采取措施節(jié)約用水，提高水的利用率，是干旱區(qū)的必由之路，但節(jié)水中亦必須考慮生態(tài)系統(tǒng)的最低需水等。

4 結(jié)語

渠道防滲技術(shù)在我國已經(jīng)有了很大的發(fā)展，但仍然存在許多的問題。我們?cè)诳吹角婪罎B帶給我們利益時(shí)，更應(yīng)該看到“過度防滲”帶來的危害，避免甘肅民勤綠洲的事例重演。不同的渠道防滲形式有它的使用范圍，在選擇時(shí)應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件選擇適合的，避免生搬硬套。