灌區節水改造中渠道防滲改建設計中的幾點技術措施

周志鴻

(新疆生產建設兵團十二師水務公司，烏魯木齊830013)

新疆地處西北干旱地區，水資源相對匱乏是制約本區農業發展的一個重要因素。隨著國家西部大開發戰略的實施，為緩解水資源匱乏的問題，國家投入大量資金，安排了大型灌區節水改造、中型灌區節水改造以及小型農田水利建設等項目。這些項目主要針對已有的老灌區，這些灌區一般已形成十幾年或幾十年，由于興建時缺乏統一規劃，而且缺乏資金進行必要的水利建設，一般灌溉渠道為無防滲土渠，滲漏嚴重，不但造成水資源的大量浪費，而且引起灌區內局部地下水位上升，土壤鹽漬化加劇，水分生產率很底。因此，灌區常規節水改造項目一般主要解決老灌區灌溉渠道的防滲問題。

近幾年完成的渠道防滲工程中，混凝土板加塑膜雙防型式由于耐久性、防滲效果較好得到廣泛采用。而對于老灌區，渠道防滲改造由于受灌區農業灌溉影響，施工期一般較短，常采用預制混凝土板加塑膜型式。以下就近年來在此種結構型式設計中遇到的問題談幾點經驗。

1 渠道斷面型式

一般預制混凝土板鋪砌的渠道均采用梯形斷面，梯形斷面渠道土方工程施工條件較好，土方密實度也較易達到。但在工程運行中，發現此種斷面在梯形坡腳處水流條件較差，由于邊坡板下滑擠壓底板，常造成此處的伸縮縫失去作用，而且形成應力集中，新疆地處寒冷地區，坡腳處也是受凍脹破壞最為嚴重的區域。

為避免這些問題，經反復研究討論及工程實際驗證，我們認為梯形弧腳斷面能夠較好的解決這些問題。弧腳處采用整塊預制，成型斷面為弧面平底斷面，將坡腳處最薄弱區域變為整體，與梯形斷面相比，增加的工程量非常少，改善了此處水流條件、避免了應力集中、提高了抗凍脹性能，平底面在施工當中因板下土方仍為梯形，碾壓、削坡、控制土方斷面等均與梯形斷面相同。因此后期設計中經常采用此種斷面，經近年工程驗證，該斷面型式在施工上較易完成，實際運行中水流條件、抗凍脹性能均較好。

2 渠道防凍脹破壞

在寒冷、嚴寒地區，防凍脹措施是剛性襯砌渠道成敗的關鍵問題。如果處理不好，輸水后的一個冬季就會使預制板隆起凍壞，板塊脫落，不但造成巨大的工程損失，還影響到第二年農業用水。

渠道的防凍脹處理一般常用的有換填法和保溫法兩種，換填法是將渠床基土換為非凍脹土(風積砂或砂礫石)，不使渠床內水分向凍峰面轉移而避免凍脹;保溫法是將保溫材料(一般是苯板)鋪于板下，使渠床基土處于正溫而避免凍脹。

換填厚度和保溫材料厚度均可采用(DL/T5082－1998)《水工建筑物抗冰凍設計規范》公式計算，一般情況下換填風積砂的厚度為保溫苯板厚度的8～10倍，即風積砂材料便宜但工程量大，苯板價格高但工程量少。

由于風積砂在新疆地區分布較廣、價格低，是換填法采用的主要材料，合格的防凍換填砂指標見表1。

表1 風積砂特征值表 mm

采用此法工程控制的要點是含水率和壓實度指標。此兩點相輔相成，當沙含水率低時，壓實機械幾乎無法將其壓至設計要求，含水率過高時，又會造成邊坡換填層向渠底滑塌。一般來說，風積砂含水率應控制在15% ～18%為宜，壓實度達到0.75時，干容重可達到1.5～1.55 g/cm3，此標準經多項工程驗證，可保證渠道無凍脹破壞。

苯板保溫法工程需控制的要點是苯板質量和渠床平整度。一般水利工程項目苯板的質量要求見表2。

苯板質量控制主要是在生產廠家，這一點可在材料采購時進行控制。要控制渠床基土平整度，是因為防凍用苯板單塊面積宜大不宜小，其長度一般在6～8 m，寬度在1～2 m。由于單塊面積較大，且苯板本身抗折斷性能較差，當渠床平整度較差時，苯板上鋪設混凝土板后就易變形斷裂，使其上混凝土板間縫開裂滲水，不但大大影響其抗凍脹性能，而且減弱了混凝土板的整體性，影響渠道的使用壽命。

表2 聚苯乙烯泡沫板性能表

經濟上比較，按一般工程經驗，在土路面情況下，風積砂運距超過4.5 km時，其工程造價就高于苯板。這兩種方法在很多工程中均使用過，其防凍脹效果也較好，具體工程當中使用那種方法，主要根據工程區的具體情況分析確定。

3 關于預制混凝土板下找平層處理

預制混凝土板加塑膜雙防渠道在板與膜之間均需設找平層，厚度一般為2 cm，其作用一是保護防滲塑膜，二是確保渠道成型斷面平整度。在通常設計中該層材料采用風積砂，由于價格便宜，施工中常存在鋪膜斷面較大，找平層厚度增加。而該層由于處于膜上板下，預制板間滲漏水進入后幾乎無法排出，使其達到飽和狀態，造成邊坡下層板揚壓力過大引起破壞;同時由于層厚不均勻，飽和狀態下的風積砂冬季凍脹位移量不同，板間勾縫材料開裂甚至脫落，次年運行時水流自開裂的縫間將沙粒帶出，形成板下空洞引起預制板塌陷、脫落，且由于風積砂材料本身抗沖性能很差，一塊板脫落后往往造成大面積的沙層被淘出，引起大面積的預制板脫落，渠道破壞嚴重且維護費用很高。實際工程中曾經有找平層最大厚度達到10 cm，預制板破壞后發現及時，只有用沙袋壓住脫落區，才沒有造成更大面積的破壞。

為防止此現象也曾采取了許多措施，但由于風積砂材料與渠床土料價格差距很小，而渠床基土的平整度控制比較困難，施工單位多采用加厚找平層的辦法滿足成型斷面的平整度。根據現場施工經驗我們在設計中將找平層材料換為M5砂漿，由于砂漿價格遠高于渠床土方，而核定工程量時僅按設計厚度2 cm計算，施工單位就會盡量將鋪膜斷面做至設計要求尺寸，以求減少砂漿用量。從實際完成的一些工程來看，采用M5砂漿找平層后該層最大厚度僅在4 cm左右，工程質量大為改觀。而且采用此材料后，上述風積砂材料的諸多弊端均不存在了，工程運行維護也費用大大降低了。

經濟上比較，風積砂找平層與砂漿找平層雖然差價較高，但此部分工程量在工程總投資中所占比例較少，對工程總投資影響不大。因此，雙防渠道找平層材料宜選擇采用M5砂漿。

以上幾個問題是渠道防滲改造中經常遇到的，經多次工程實踐，總結得出一些方案，對以后的渠道防滲設計具有一定的指導意義。

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