永城農田灌溉渠道防滲施工及質量控制研究

王 蓉，趙海峰，孟宗偉

(1.中水淮河規劃設計研究有限公司，安徽合肥230000；2.中國水利水電第四工程局有限公司，青海西寧810007)

防滲是指通過一定的技術手段，防止液體的滲入或滲出流失，常見手段主要有堵塞和加固等。在現代農業生產活動中，對灌溉渠道的依賴性較高，為節約水資源，可通過施工技術改善農田灌溉渠道防滲能力。在技術選取和施工過程中，還應根據施工區域的特點、灌溉作業需求等做好分析，保證施工有效性。本文以河南省某地農田灌溉渠道建設為例，對其農田灌溉渠道防滲施工及質量控制進行分析。

1 工程背景

2018年，河南省商丘市永城縣進行農田灌溉渠道建設，因當地地處平原，春季風力較大，土質條件不理想，滲水性高，擬通過防滲技術進行渠道能力的優化。根據灌溉需求，共需建設干渠1條，一級分渠6條、二級分渠53條，擬對干渠供水量進行二次研究，并應用BIM模擬確定供水參數。同時考慮到當地氣候條件，不適宜應用復合材料防滲，為提升工程長期價值，擬選取混凝土防滲技術做渠道建設。將渠道分為6個小標段，每個標段長352.6 m。各標段同步進行施工，渠道深度1.22 m，寬度2.06 m，水泥板規格為90 cm×120 cm，底部鋪設兩塊，護坡斜面鋪設一塊。混凝土板間隙為2.50 mm，以水泥砂漿做縫隙填充。灌溉渠道共6處明顯轉折，制作14個磨具進行混凝土灌注防滲。

2 農田灌溉渠道防滲施工

2.1 技術選取與模擬

本次施工以節約水資源為前提，進行農田灌溉渠道防滲施工的過程中，結合建設要求做技術選取和模擬。以現代BIM技術和4D技術進行灌溉渠的工作參數分析，以4D模擬方式了解灌溉渠的防滲要求，為具體工作方案的確定提供參考。以農田的灌溉需求為約束條件，渠道參數方面，寬度為2.06 m、平均深度1.22 m，屬小型灌溉渠道，默認灌溉需求為131.5 m3/h，每日灌溉4 h，總需水量為526 m3。將上述參數代入到BIM軟件中，模擬獲取不同技術下的滲水情況，包括混凝土防滲、復合材料防滲、護面防滲等。完成初步模擬后，記錄參數，代入4D條件進行二次模擬，4D時間參數默認為1個月，加入當地風力條件、土質條件、降水條件等動態參數，進行第二輪模擬。根據第二輪模擬結果，選取在惡劣條件下依然能夠保證526 m3水資源輸送要求的技術方案[1]，擬選取混凝土防滲技術做渠道建設。

2.2 混凝土施工

混凝土施工方面，主要借助混凝土材料密度較大、抗滲性強的特點，以混凝土作為主要材料進行農田灌溉渠道的襯砌施工。

渠道底部混凝土板的寬度達到渠道底部寬度的105%～110%，用于護坡斜面的混凝土板參數，則根據渠道的作業壓力確定，如灌溉渠水位處于渠道高度的60%以下，斜面板的長度可取護坡斜面長度的70%～75%。本次施工中，渠道深度1.22 m，寬度2.06 m，水泥板規格為90 cm×120 cm。厚度方面，底部混凝土板不宜低于6 cm，下限值為4 cm，本次施工確定為4.5 cm。

施工過程設置若干工段，各自進行混凝土板的鋪設，兩塊混凝土板之間的縫隙要求在3 mm左右，不能完全閉合的接縫處，應用水泥砂漿進行填充，較大的縫隙、渠道轉彎位置，可制作模具進行混凝土澆筑，保證密閉效果[2]。

2.3 護面防滲

護面防滲方面，強調提升灌溉渠道表面的隔水能力，護面防滲應用的為水泥材料，以加強其應用的長期性，避免反復施工的困擾。

土方開挖，對灌溉渠道底部、周邊部位進行壓實處理。結合區域氣候特點選取水泥類型，應用干硬性水泥。灌溉渠開挖、壓實工作完成后，對表面進行加固處理，提升其抗屈服強度，實測在25 MPa壓力下，土體形變程度為2.2%。

進行灌溉渠各處施工。水泥均進行濕拌，在渠道底部、護坡各處灑水浸潤，自上而下進行鋪筑，寬度3 m、長度20 m的工段，鋪筑耗時標準為45 min。完成鋪筑后，選取類型相同的水泥，于鋪筑各位置表面進行抹光處理，提升密實度效果，提高防滲能力。

3 質量控制措施

3.1 關鍵環節分析

根據灌溉需求確定施工核心技術，再根據核心技術的特點，控制關鍵參數。通過BIM技術和4D技術確定應用混凝土技術進行防滲作業，需要控制的關鍵環節即混凝土的養護、避免其出現裂縫、空洞、蜂窩等問題。關鍵參數包括混凝土板的規格、鋼筋強度等。

施工作業前，將上述各個條目明確于施工方案中。以混凝土質量檢查為例，采用抽樣檢測法測定混凝土板的質量，每100塊混凝土板，隨機選取3件，以超聲檢測法進行質量評析，對混凝土板表面進行磨光處理，選取兩個對稱的位置，于A面發生聲波，對應的B面進行聲波收集，如果聲波信號均勻、強度一致，表明混凝土板質量良好，反之則表明其內部存在結構損傷、空洞等問題。合格率不足97%的混凝土板不能用于施工建設。其規格原則需滿足施工方案要求標準。鋼筋質量方面，也要求給出明確的參數標準，表面不允許出現氧化問題，抗彎強度不宜低于2.5 MPa，抗屈服強度不宜低于24 MPa，彎折角不大于1.5°，軸線偏移率不大于2.0%，合格率達到98%，可用于施工[3]。

本次施工中，混凝土板合格率為99.3%，鋼筋合格率為99.8%，滿足施工要求。

3.2 因地制宜原則

因地制宜進行技術選取，可保證農田灌溉渠道防滲施工，滿足具體的作業需求，契合當地灌溉和環境特點。

淮河以南地區濕度較大、降水較多，土壤強度低，塑性水泥具有低強度、低彈模和大應變等特性，彈性模量可達2000 MPa以下，適用于全地基，同時又具有很好的防滲性能，是首選材料。淮河以北地區，空氣較為干燥，不便于進行高濕養護，應用干硬性水泥能降低養護難度。

施工地點在淮河以北，選取干硬性水泥。此外，考慮到當地地形特點，施工區域地形較為復雜，應用混凝土防滲技術，模具制作、混凝土灌注需求復雜，施工難度較大，局部地區應用護面防滲技術，對灌溉渠道表面進行防滲能力加強。同時，當地大風天氣較多、灌溉渠道為永久性，對可能出現滲水的區域，額外應用復合材料防滲技術，降低施工難度的同時，提升防滲能力。

3.3 防滲材料應用

防滲材料在應用的過程中，選取需加強的局部地區，于灌溉渠底部和周邊進行薄膜的敷設，底部5層，護坡斜面為5層。確保塑料薄膜整體性良好，無明顯的破損、裂口問題，之后逐層平貼。完成一層平貼后，可少量灑水，再進行第二層平貼，借助水的聚合效果，分析兩層塑料薄膜之間是否存在氣泡，要求將氣體壓出再繼續鋪設。施工中以8.5 m為間隔，設置小工段，連接部位應用防水效果好的膠類物質進行處理。

為避免薄膜破損，鋪設前，施工人員應用黏土進行渠道覆蓋，黏土層厚度為7.5 cm左右，壓實后為5.5 cm，之后上覆薄膜提升防滲能力。護面防滲技術或混凝土防滲技術的同步應用對管理存在具體要求，施工中，避免頻繁的人員活動、交通活動，考慮到振動效應的影響，應先進行混凝土防滲施工。

4 結語

工程歷時72 d完成，投入使用后，滲水控制情況良好。為了解其后續使用價值，進行了動態模擬，分別調整工作壓力(階段供水量)、風力破壞以及老化破壞，結果表明，在液面不超過設計值的情況下，渠道防滲能力無明顯下降，風力破壞不影響渠道防滲能力，渠道工作5 a內，老化問題導致的防滲能力下降不明顯。方案要求滲水最大限度為0.15%，實際滲水控制為0.11%，滿足設計要求。