汾河灌區渠道防滲襯砌結構的比選

王引田

(山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024)

1 前言

汾河灌區地處太原盆地的“底部”，呈條帶狀分布于汾河東西兩岸階地，屬排泄水文地質單元區。灌區地形平緩，總的地形趨勢由東北向西南傾斜，地面自然坡降南北為1/1250～1/4000，東西為1/1500～1/1200。土地較為平整，但微地形起伏變化較大。

汾河灌區地形及地質條件表現在:由于汾河水水位的控制，沿岸地下水水平交替滯緩，垂直交替強烈。灌水后地下水位可上升2m或與地面水聯成一體。作物播種以后，隨著作物的生長對水分的消耗，地下水位下降，直到作物收割，地下水位又回到2～3m。年復一年，周而復始。

灌區的灌溉以冬、春灌溉為主，輔以適當的夏灌。冬灌一般開始于11月上旬，12月上中旬結束。春灌一般開始于3月上旬，4月上中旬結束。夏灌一般僅在小范圍內進行，開始于5月中旬，6月上中旬結束。零星分布井片區的灌溉根據作物的需水時間進行。

汾河灌區灌水時間的特殊性表現在:大規模的灌溉基本在晚秋、冬季和早春進行。這意味著汾河灌區的灌溉是在土壤凍結或沒有完全解凍的條件下實施。帶來的問題是:大部分灌溉面積在灌溉完畢后，地下水位升高，土壤凍脹加大，地面會出現結冰，積水和越冬冰蓋。

以上地形地質條件及灌水方式決定了汾河灌區防滲襯砌結構成功與否的重要因素為渠道滲漏及抗凍脹性。

2 防滲結構形式比選

防滲渠道的設計應符合防滲和渠基穩定的要求，并對防滲、防凍脹、防沖刷、防淤積等進行綜合分析。由于汾河灌區位于季節性凍土地區，地基土的凍脹對渠道襯砌結構危害較大。為了防止渠道滲漏及凍脹破壞，結合汾河灌區續建配套與節水改造工程實施以來的經驗教訓，對干、支渠道的襯砌型式進行比選。

1999～2011年汾河灌區在2000年總體規劃的框架下，先后實施了5條干渠、7條支渠共計94km的渠道防滲，襯砌結構均采用了復合式防滲襯砌結構，共5種，分別為漿砌石重力墻+混凝土板防滲型式、漿砌石重力墻+復合土工膜防滲型式、漿砌石護坡+復合土工膜防滲型式、復合土工膜+現澆混凝土板防滲型式、復合土工膜+預制混凝土板防滲型式。本著因地制宜、就地取材的原則，本次防滲結構仍以混凝土和砌石結構為主，并充分考慮以下要求:(1)防滲效果好，最大滲漏量能滿足工程要求;(2)經久耐用，使用壽命較長;(3)輸水能力和防淤抗沖能力高;(4)施工簡易，質量容易保證;(5)管理維修方便，價格合理。

比選方案中除上述已實施過的5種防滲形式，同時增加漿砌石護坡+混凝土板防滲型式和現澆混凝土板+聚苯乙烯泡沫板的防滲結構2種型式，下面對上述7種防滲型式進行分析比選。

2.1 方案1，漿砌石重力墻+混凝土防滲型式

該方案渠道邊墻及底板均采用漿砌石結構，底板厚0.4m，邊墻為重力式，臨水面采用0.1m厚現澆混凝土板防滲。如圖1所示。

圖1 方案1渠道防滲結構

2.2 方案2，漿砌石重力墻+復合土工膜防滲型式

該方案渠道邊墻采用墻式漿砌石結構;底板采用漿砌石結構，厚0.4m。邊墻及底板下均鋪設一層復合土工膜。如圖2所示。

圖2 方案2渠道防滲結構

2.3 方案3，漿砌石護坡+混凝土板防滲型式

汾河灌區現有干、支渠大部分為梯形斷面土渠，因此防滲方案應盡可能按照原有斷面形式確定。本方案在梯形土渠基礎上采用底板及邊墻漿砌石襯砌結構，底板厚0.4m，邊坡采用0.3～0.5m厚漿砌石襯砌，過水斷面采用0.1m厚現澆混凝土板防滲。如圖3所示。

圖3 方案3渠道防滲結構

2.4 方案4，漿砌石護坡+復合土工膜防滲型式

該方案底板及邊墻均采用漿砌石結構，底板厚0.4m，邊墻厚0.3～0.5m，漿砌石下鋪設一層復合土工膜。如圖4所示。

圖4 方案4渠道防滲結構

2.5 方案5，復合土工膜+現澆混凝土板防滲型式

該方案底板及邊墻均采用0.15m厚現澆混凝土結構，混凝土下鋪設一層復合土工膜。如圖5所示。

圖5 方案5渠道防滲結構

2.6 方案6，復合土工膜+預制混凝土板防滲型式

該方案底板采用0.15m厚現澆混凝土板結構;邊墻采用0.08m厚預制混凝土板結構;底板及邊墻混凝土板下鋪設一層復合土工膜。如圖6所示。

圖6 方案6渠道防滲結構

2.7 方案7，聚苯乙烯泡沫塑料板+預制混凝土板防滲型式

該方案底板采用0.15m厚現澆混凝土板結構;邊墻采用0.08m厚預制混凝土板結構;底板及邊墻混凝土板下鋪設7cm厚聚苯乙烯泡沫塑料板保溫。如圖7所示。

圖7 方案7渠道防滲結構

2.8 防滲結構優缺點

各方案防滲結構優缺點比較見下表1，其中投資以渠深2.1m、渠寬8.0m為計算斷面。(表內投資不包括挖填土方及拆除量)。

表1 渠道防滲襯砌結構優缺點比較

通過上表對比分析，漿砌石結構主要滿足抗凍脹要求，現澆混凝土板及復合土工膜主要滿足渠道防滲的要求。前4種方案均可滿足我省冬季抗凍脹和防滲要求。當地下水埋深滿足鋪設土工膜要求時(鋪設時不要有地下水出漏，且基底承載力達到一定要求)相對方案2、4比方案1、3節省投資，但土工膜鋪設施工中需加強管理，以免不恰當的操作扎破或撕裂防滲膜;現澆混凝土板需滑模施工，在防滲高度較高時，施工難度大，澆筑困難，但過流條件較好，耐久性想對較好，不宜破壞。雖前4種方案投資相對較大，但對于流量較大、需要冬季灌溉運行、有凍脹的渠道，結合10多年汾河灌區的運行經驗，仍建議采用上述4種方案。方案5、6投資省，工程量小，工期快，但只適用于沒有凍脹或凍脹較小、冬季不運行的渠道，目前汾河灌區使用相對較少;方案7采取聚苯乙烯泡沫塑料板作為保溫材料，但從運行效果上看，沒有起到良好的抗凍脹保護，渠道變形導致保溫板、預制板整體塌滑，且不易修復，因此不推薦采用。

3 結論

以上各種防滲形式是針對大型灌區的干、支渠渠道防滲結構采取的措施，斗農渠渠道防滲抗凍脹措施更適合采用“U”型防滲結構形式。

我國是水資源相對短缺的國家，且地域分配極不均衡，缺水現象在北方尤其嚴重，直接影響到了農業灌溉與農業生產。為此水利部在2000年以后，特別是近幾年，在開發可利用水源的同時大力提倡農業節水灌溉，花費大量投資對大中型灌區進行渠道節水防滲改造。我們對汾河灌區近十多年的渠道防滲改造進行總結，對于我國北方尤其是受凍脹嚴重影響的灌區防滲改造有一定的借鑒意義。

［1］SL23-2006.渠系工程抗凍脹設計規范.

［2］段美清.瀟河灌區節水防滲工程探索與實踐［J］.山西水利，2014(04).

［3］張建疆.灌溉渠道施工防滲技術淺析［J］.山西水利，2014(03).

［4］張學榮，盛巖.農業節水灌溉技術與渠道防滲措施關系分析［J］.水利規劃與設計，2014(03).

［5］鄧艷.水利工程渠道防滲措施分析［J］.水利規劃與設計，2013(10)