渠道防滲技術研究綜述

吳昀磊

（新疆伊犁河流域開發建設管理局，新疆伊犁835000）

1 我國渠道防滲技術研究與進展

1.1 防滲材料

我國渠道防滲根據所用的材料不同，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，冬季嚴寒，日溫差較大，若防滲措施不到位，渠道極易受到嚴重的凍脹問題困擾。 針對此問題，20 世紀70年代以來，相關科研人員立足于大量的渠道凍脹破壞試驗及渠道抗滲抗凍試驗，改變了傳統的“抗凍脹”設計觀點，提出了“適應消減凍脹”的思想。 該思想依據大量試驗得出的計算凍脹量和凍結深度的公式，將不同凍脹量劃分為不同的等級，按照對應等級選擇與之匹配適應的消減凍脹措施，此項舉措取得了良好的效果。

現階段，我國采取的渠道抗滲抗凍脹措施可歸納為兩個方面：一是根據當地地質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，減小集中應力，可以較好地與凍脹變形相適應。渠道防滲方法大致可以分為兩類：一是設置防滲層，如采用各種襯砌，這樣做可以使渠道滲漏損失減少50%～90%；二是改變原渠床土壤滲透性能，可以分為物理機械法和化學法，前者就是進行土的置換或者強夯處理，后者就是摻入化學材料增強土壤的不透水性。

1.3 襯砌結構形式及施工技術

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。不同類型渠道的優缺點及相關的適用條件就不在這里一一贅述。 在渠道防滲施工技術方面，我國目前仍以低效率、施工質量主要由施工人員水平高低來決定的人工施工為主，但我國渠道機械化施工程度正在逐步提高，技術也日趨成熟。

1.4 需要研究的幾個問題

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

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、施工方便等諸多優點。其主要結構為板形結構，板形結構中包含多種截面類型。不同截面類型適用于不同的地區，有凍脹的地區，楔形、肋形較為適用，而矩形截面不適用于有凍脹地區。小型U形渠道多采用先預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。尤其在施工和運行管理方面，具有占地少、省工、省料、襯砌速度快等優點，比較適用于凍脹現象較為弱的地區。但是，在寒冷地區，土中水的凍結與冰體的增長會引起土體膨脹，地表會不均勻隆起，渠道容易受到破壞而發生整體移動或出現裂縫。所以，U 形渠道不適用于強凍脹地區。混凝土渠道的渠基在土體穩定時一般為素混凝土，但是當渠基土體的自重在外荷載作用下沿著滑裂面發生剪切破壞的可能性較大時，需要配鋼筋保持渠基的穩定。混凝土襯砌的厚度影響因素主要有材料、施工方法及施工時的氣候等。比如，在其他條件相同時，無凍脹地區的襯砌厚度要薄于有凍脹地區，采用預制安裝施工工藝的混凝土渠道的襯砌厚度，要小于現場澆筑的襯砌厚度。

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有著防滲和膠結的作用，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，應根據交通量、氣候條件、施工方法、材料來源等情況選用。一般認為石油瀝青宜與堿性骨料粘結，但在工程施工時往往離酸性骨料產地較近，而離堿性骨料產地較遠。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性要好于與石油瀝青，當遇到水時，容易置換已與酸性骨料粘結的石油瀝青，造成瀝青襯砌的破壞。我國在當前所用的瀝青材料護面主要有瀝青席、埋藏式瀝青薄膜及瀝青混凝土3 種，3 種瀝青護面各有其特點及適用范圍，在此不一一論述。

2.3 大摻量統排粉煤灰混凝土渠道防滲

粉煤灰是一種火山灰質材料，本身并無膠凝性能，在常溫下有水存在時，粉煤灰可以與水進行二次反應，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性；微細顆粒填充了水泥顆粒間的空隙，增加了水泥膠體的密實度。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，國內外加大了對混凝土復合外加劑的研究，改善了粉煤灰混凝土早期強度低等問題，并且現在工程大量采用了電廠統排灰，這也對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

漿砌石是使用膠結材料的塊石砌體。石塊依靠膠結材料的粘結力、摩擦力和石塊本身重量來保持穩定。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，那么漿砌石襯砌就具有很好的整體性、密實性和強度，可以防止滲水漏水，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，防滲效果就會很差。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用。防滲渠道施工主要過程如下：土方開挖、地基處理、鋪設土工膜并焊接牢固、鋪設砂漿墊層、砌筑漿砌石襯砌或混凝土預制板。

3 西北干旱內陸河流渠道防滲的思考

西北干旱內陸區，是全國生態高度脆弱的地區。該地區植被結構簡單，降水相對偏少，且時空分布不均。經濟耗水與生態耗水矛盾突出，隨著人類活動的加劇，迫使生態系統進一步向著荒漠化方向演變。水資源的嚴重短缺，決定了西北地區必須提高水的利用率，才能夠保護環境并發展生產。渠道防滲作為節水的一項重要措施，在西北干旱區發揮了很大作用，但也存在一些問題。最主要的是忽略了水資源與生態系統之間的密切聯系，追求于“滴水不漏”，忽視了渠道周邊的生態用水。由于過度的防滲，使滲入周圍固沙植物的水量減少，導致大范圍的植物枯死，最終的結果是綠洲逐漸變為荒漠化，半荒漠化景觀，適得其反，甘肅民勤綠洲就是一個典型的例子。

要解決存在的問題，就要綜合考慮防滲節水、保存固堤喬灌混交林、維持渠側瀕危的植被等。這就要求兼顧技術和經濟可行性，采用經濟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側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一定范圍內淺根系植被的存活，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合的新型渠道防滲案，即塑膜半斷面鋪設，混凝土格柵填充草泥護坡——植柳護堤聯合防滲的方案。較好地解決了上述問題，并且克服了邊坡穩定性差的缺點。 當然，此種技術還需要進一步地研究，但給與我們很多啟示，如在干旱內陸性流域人們在進行水資源開發利用時必須兼顧社會、經濟、生態三大效益；采取措施節約用水，提高水的利用率，是干旱區的必由之路，但節水中亦必須考慮生態系統的最低需水等。

4 結語

渠道防滲技術在我國已經有了很大的發展，但仍然存在許多的問題。我們在看到渠道防滲帶給我們利益時，更應該看到“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，在選擇時應該根據當地條件選擇適合的，避免生搬硬套。