渠道防滲工程技術比較

李春雨

1 渠道防滲的意義

發展節水型農業行之有效的節水技術有渠道防滲、低壓管道輸水、改進地面灌溉技術、發展噴灌與微灌、實行節水灌溉制度等。這些節水技術無疑都是重要的和必需的,但節水效益最大的技術則是渠道防滲。這是因為我國每年灌溉用水量約為3 500億m3,占農業用水量的90%,但我國80%以上的渠道沒有防滲,渠系水的利用系數很低,平均不到50%,也就是說,從水源到田間,有50%以上的灌溉水因為渠道滲漏損失掉了。因此,必須要做好渠道防滲工程,堵住這個浪費水的大窟窿,提高渠系水的利用率。

2 渠道防滲措施類別

渠道防滲措施包括管理措施和工程措施兩大方面。

渠道防滲的管理措施主要是:加強灌溉管理,實行計劃用水,合理調配水量,組織安排輪灌,改建、改善不合理的渠系布置,搞好田間工程配套,加強渠道和建筑物的養護、維修等。

渠道防滲工程措施的種類比較多,但就其防滲特點而言,可以分為三大類:第一類是在渠床上加做防滲層;第二類是改變渠床土壤滲漏性能;第三類是采用防滲渠槽的結構形式。

第一類中采用較多的有黏土類防滲層、灰土類防滲層、砌石砌磚類防滲層、混凝土防滲層、瀝青材料類防滲層、塑料薄膜類防滲層等。第二類措施主要有兩種,即夯實土壤和利用水中含有的粘性顆料,淤填渠床土壤孔隙,以減少渠道滲漏。第三類是明渠,可選用矩形、梯形、U形和復合形;無壓暗渠可選用城門洞形、箱形、正反拱形和圓形。

3 渠道防滲工程措施

3.1 土料類護面防滲

土料類護面防滲是指用壓實素土、粘砂混合土、灰土、三合土、四合土等土料進行渠槽護面防滲。利用土料類護面防滲具有就地取材,造價低,施工簡單的特點,其防滲效果(允許最大滲漏量)為0.07 m3/(m2·d)～ 0.17 m3/(m2·d),使用年限為 5年～25年。對土料類護面防滲的技術要求主要有以下幾點:1)土料類護面防滲層的滲透系數不應大于1×10-6cm/s;2)素土和粘砂混合土在水中不應發生崩解現象;3)灰土的配合比一般可采用石灰和土的比例為1∶3～1∶9;三合土的配合比一般采用石灰與土砂總重的比例為1∶4～1∶9,其中土重為土砂總重的30%～60%,四合土可在三合土配合比的基礎上加入25%～35%的卵石或碎石;4)最佳含水量,灰土采用20%～30%;三合土、四合土采用15%～20%;5)混合土樣應攪拌均勻,邊鋪料邊夯實,達到設計干密度為止。一般要求素土或粘砂混合土夯壓后的干密度為1.5 t/m3～1.7 t/m3,對于灰土、三合土、四合土等防滲層,一般要求壓實后的干密度在1.65 t/m3左右。

3.2 水泥土護面防滲

水泥土是一種性能較好而且比較價廉的建筑材料。它主要由土料、水泥和水等原料按一定比例配合拌勻后在渠槽表面鋪設,并經過壓實和養護后而形成的防滲護面。水泥土護面防滲具有一定的強度和耐久性,可就地取材,施工也較容易,但抗凍性較差。適用于氣候溫暖且渠道附近有壤土和沙壤土的地區,其防滲效果為0.06 m3/(m2·d)～ 0.17 m3/(m2·d),使用年限為8年～30年。水泥土襯砌渠道防滲一般有壓實干硬性水泥土護面防滲和澆筑塑性水泥土護面防滲兩種方法。水泥土中的水泥摻加量一般為8%～15%(重量比),水泥的摻加量越多,水泥固結能力越強,其強度也越高,這不僅可提高渠道防滲能力,還可滿足渠道抗沖、耐磨等的要求,但水泥摻加量若超過20%,就很不經濟。

3.3 砌石護面防滲

砌石護面防滲是指用料石、塊石、卵石、石板等進行漿砌,或用卵石進行干砌掛淤等作為渠道護面而進行防滲的技術。石料襯砌渠道抗凍、抗沖、抗磨及抗腐蝕性能較好,施工簡易,耐久性強,能適應渠道內水流流速大、推移質多、氣候寒冷的環境。但其防滲能力較難保證,需勞力多。砌石防滲適用于石料資源豐富、能就地取材的地區,以及有抗凍和抗沖要求的渠道。砌石防滲一般均可減少渠道滲漏量的 70%～80%。漿砌石防滲效果為0.09 m3/(m2·d)～ 0.25 m3/(m2·d),干砌卵石掛淤的防滲效果為0.20 m3/(m2·d)～0.40 m3/(m2·d),使用年限為 25年～ 40年。為了提高砌石護面的防滲效果以及防止渠床基土被淘刷,可采用如下方法:1)對于干砌卵石掛淤渠道,可以在砌石體下面設置砂礫石墊層,或者鋪設土工織物;2)對于漿砌石板渠道,可在石板防滲層下鋪設厚度為2 cm～3 cm的砂料或者低標號砂漿做墊層;3)對于防滲要求高的大、中型渠道,可在砌石防滲層下加鋪黏土、三合土、塑性水泥土或塑料薄膜層。

3.4 膜料襯砌防滲

膜料襯砌防滲在我國主要是采用增塑聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)和線性低密度聚乙烯(LLDPE)等塑料薄膜材料用于渠槽防滲。采用塑料薄膜襯砌渠道防滲,其防滲性能強,質輕,運輸便利,有較高的抗凍性和抗熱性,并具有良好的柔性和延伸性,施工技術較簡單。若用土保護層,造價較低,一般僅為混凝土防滲渠道的 1/3～1/4,但占地多,允許流速小,適用于中、小型低流速渠道防滲;若用剛性保護層,造價較高,可用于大、中型渠道防滲。采用塑料薄膜襯砌渠槽防滲,可減少滲漏量80%～90%,防滲效果為 0.04 m3/(m2·d)～ 0.08 m3/(m2·d),使 用年 限為 20 年 ～30年。采用塑料薄膜鋪設防滲,其鋪設方式有表面式和埋鋪式兩種。表面式鋪設是將塑料薄膜鋪于渠床表面,埋鋪式是在鋪好的塑料薄膜上再放置一層保護層。我國現在都采用埋鋪式,這種方式雖然要增加渠槽挖填土方量,但避免了陽光、大氣的直接作用和機械破壞,減緩了塑料薄膜的老化,延長了塑料薄膜的使用壽命。

3.5 混凝土襯砌防滲

混凝土襯砌渠道,防滲性能好,防滲效果為 0.04 m3/(m2·d)～0.14 m3/(m2·d),減少滲漏量可達80%～95%,使用年限為30年～50年,抗沖性能好,強度高,耐久性強,能耐高速流,可達4 m/s～6 m/s,而且便于管理,對各種地形、氣候和運行條件的大、中、小型渠道都能適用。所以,混凝土襯砌防滲在我國渠道防滲中采用的最為普遍。混凝土襯砌防滲層的結構形式一般采用等厚板。當渠基有較大變形時,除采用必要的地基處理措施外,對大中型渠道主要采用楔形板、肋梁板、中部加厚板和Π形板結構形式,對小型渠道宜采U形渠槽。楔形板、肋梁扳、中部加厚板和Π形板均是為抗凍破壞而改進的混凝土防滲結構形式。

3.6 瀝青混凝土防滲

瀝青混凝土防滲性能強,適應變形能力較好,造價與混凝土相近,一般適用于凍脹性土基。其防滲效果好,為 0.04 m3/(m2·d)～0.14 m3/(m2·d),使用年限為20年～30年。瀝青混凝土防滲結構分為有整平膠結層和無整平膠結層兩種形式。無整平膠結層的結構多用于土質地基,有整平膠結層的結構多用于巖石地基。另外,為提高防滲效果,防止老化,延長使用壽命,通常在防滲層表面涂刷瀝青瑪脂封閉層,瀝青瑪脂在高溫下不流淌,在低溫下不脆裂,具有良好的熱穩定性和變形性能。瀝青混凝土防滲層一般為等厚斷面,其厚度為5 cm～6 cm,大型渠道采用厚度為8 cm～10 cm;凍脹性土基,渠坡防滲層也可采取楔形斷面,坡頂厚度為5 cm～6 cm,坡底厚度為8 cm～10 cm。

4 渠道防滲工程措施的選擇

選用渠道防滲工程措施應注意:1)能達到預期的防滲效果,有一定的耐久性;2)因地制宜,就地取材,施工簡單,造價較低;3)能提高渠道的輸水能力及抗沖能力,促進渠道穩定,減少渠道斷面尺寸;4)便于管理、養護、維修費用低。我國各地氣候、土質、材料、水源等條件不同,防滲措施及防滲體結構也不盡相同。

最后必須指出,選擇防滲措施主要是考慮防滲效果。在保證一定防滲效果的前提下,還要進行各種可行方案的經濟比較,從而合理選定防滲措施及其結構形式。

[1]郭彩華.汾河灌區渠道防滲襯砌技術與施工質量控制[J].山西建筑,2008,34(20):360-361.