農田水利工程施工中防滲技術要點分析

劉蘭芳

（河南省水利第一工程局，河南 鄭州 450000）

0 引言

近年來，水資源的利用已成為國內外關注的熱點問題。我國雖然擁有豐富的水資源，但人均資源占有量遠遠低于世界平均水平。因此，對農田水利工程施工的防滲技術進行研究，充分利用水資源，對解決水資源不足問題具有十分重要的意義。

前人針對農田水利工程防滲問題開展了大量的研究工作，并取得了很多有意義的成果。例如，高術人［1］結合工程實例對混凝土襯砌防滲施工技術進行了探討，從地基處理、模板施工、混凝土配制等多個方面提出了技術的應用要點。劉田田［2］對土料、瀝青、灌漿防滲施工技術進行了介紹。王河清［3］分析了農田水利工程中防滲渠道施工工藝的應用。劉祖文［4］針對農田水利工程滲漏問題進行分析，并就膜料防滲技術的應用進行介紹。劉春旸等［5］認為，引進防滲透渠道施工技術，可以降低后期維修成本，提高工程建設質量。張宇峰等［6］認為，利用防滲渠道襯砌技術能夠更好地提高水利工程對水的利用率。羅深瓊［7］基于當前農田水利工程具體情況，分析了防滲技術要點。劉輝［8］對農田水利工程施工進行了分析，重點討論了工程施工中防滲技術的應用要點。陳小林［9］分析了引起水利渠道滲漏的原因，并提出了具有針對性的防滲對策。雖然學者在農田水利工程防滲技術領域開展了大量的研究，提供了很多可行的技術思路，但大多數分析過于籠統，未結合具體的工程案例。因此，筆者結合遼寧省沈陽市蘇家屯西部的八一灌區，對防滲技術要點進行概括，進而提出防滲對策。

1 案例分析

1.1 八一灌區概況

八一灌區耕地面積達1.5萬hm2，農作物以水稻為主，平均667 m2年產量達600 kg。該灌區為沈陽市最早的水稻大面積種植基地，年產優質水稻25 000 t，提供水稻良種7 000 t。

圖1 八一灌區地理位置圖

該灌區為半濕潤大陸性季風氣候區，年平均氣溫為7.7 ℃，其中極端最高溫度出現在7月，為35.5 ℃，極端最低溫度出現在1月，為-35.5 ℃；年平均積溫3 400 ℃，無霜期153 d，陸地凍結深度110 cm，年降水量650 mm，日照百分率57%，相對濕度72%，平均風速2.9 m/s。該灌區土壤以堿化草甸土為主，水資源主要由降水及地下水組成，年降水量充足，且地下水位較高、水質好。當八一灌區來水保證率為75%時，水資源總量達5 711 600 m3，可利用量為5 597 300 m3。其中，地表水量為1 726 600 m3，可利用量為837 900 m3；地下水量4 131 500 m3，可利用量為3 718 300 m3。

該灌區農田水利工程包括渠道及其附屬建筑。其中，總干渠長15.5 km，設計流量為70 m3/s；支渠共有22條，全長70 km；渠道附屬建筑包括橋梁、座閘共40個，其中橋梁13座、座閘27個。排水工程主要由3條干渠、10條支渠組成，干渠長32 km，支渠長64 km。

1.2 八一灌區水利工程滲漏問題及原因分析

1.2.1 設計方面。由于建造時經費不足、建設時期久遠等原因，再加上沒有根據實際的用水需求、水文特征、地質條件調整建設方案，八一灌區防滲渠道的防滲效果十分有限。該灌區大部分農渠仍為土渠，未采取任何防滲措施，出現了嚴重的滲漏問題。

1.2.2 材料方面。八一灌區農田水利工程建設時間較早，防滲材料基本選用土料。由于使用年限過長，而且沒有進行定期維護、修復，嚴重影響了防滲效果，導致水資源利用率僅為5%左右。由于一些農渠損害嚴重甚至無法供水，許多稻田被迫改為旱田。

1.2.3 環境方面。由于地處北方寒冷地區，冬季嚴寒，該灌區防滲渠道極易受到凍脹破壞。調查發現，八一灌區多處防滲渠道表面混凝土產生裂縫，最終導致出現滲漏問題。

1.2.4 施工方面。受當時防滲技術水平的限制，八一灌區在設計施工方案時忽略了防滲處理，施工過于簡單，導致灌區多處渠道提前出現了滲漏問題，使用年限遠遠未達到設計目標使用年限。

2 八一灌區防滲技術要點

2.1 防滲材料選取

防滲材料是灌溉渠道與水直接接觸部位的重要組成部分，對防滲效果影響極大。針對八一灌區農田水利工程中防滲材料單一問題，有關部門可結合該工程實際優選防滲材料。當前，我國農田水利工程應用的防滲材料包括土料、水泥土、磚石、混凝土、瀝青混凝土及薄膜材料等，其中土料、混凝土等使用較為廣泛。

選用土料作為防滲材料時，施工簡單、取材容易、成本較低，因此在工程中應用最為廣泛。但由于土料防滲層較為敏感，易受多種因素影響，為了確保防滲效果，相關人員在施工過程中需要不斷進行維護、修復。

混凝土是由膠凝材料、骨料和水按適當比例配制，再經過一定時間硬化而成的復合材料的統稱，是世界上使用量最大的人工土木建筑材料。當選用混凝土作為防滲材料時，具有以下優點：便于取材，原材料可以在施工現場選取；耐久性好，可大大延長渠道的使用壽命；強度高且耐用性好，渠道強度提高，受外界因素影響而發生破壞的可能性較低，可以節省后期維護成本；可塑性好，可以根據工程實際需要現場將其設計成不同的形狀。因此，混凝土在農田水利工程中的應用十分廣泛。

瀝青混凝土是經人工選配具有一定級配組成的礦料（碎石或軋碎礫石、石屑或砂、礦粉等）與一定比例的路用瀝青材料，在嚴格控制條件下拌制而成的混合料。當選用瀝青材料作為防滲材料時，由于其抗滲透能力較強，將其鋪設在渠道表面可以起到良好的防滲作用。但是，由于瀝青混凝土施工環節繁多、操作復雜，在農田水利工程中的應用并不廣泛。

2.2 防滲渠道設計

基于八一灌區存在的農田水利工程渠道防滲效果差問題，相關人員需要根據工程特點對渠道進行優化設計，以改善渠道防滲效果。我國應用較多的防滲渠道有U形、梯形、矩形等結構。

U形結構采用底部為半圓或弧形、上部為一定傾角直線段的斷面形式，適用于小型渠道，防滲效果優于梯形結構，控制其他變量的條件下，每千米可以減少滲漏4%，與土渠相比優勢則更為明顯，滲漏減少量高達97%。

梯形結構則適用于中型防滲渠道，具有施工工期短、技術簡單、過程易控、地形適用性強等優點，但防滲效果不如U形結構。

矩形結構多應用于斷面規則的小型防滲渠道，具有適用范圍廣、占地小、工期短、工藝簡單等優點，適用于土地資源緊缺、施工條件復雜的地區。

其中，U形結構斷面尺寸計算方法為

式（1）（2）中：r為圓弧的半徑，α為直線段的傾斜角，Nα為直線段外傾角為α時的系數，Q為渠道設計流量，n為渠道數目，i為渠底比降，hd為渠道設計水深。

矩形、梯形結構斷面尺寸計算方法為

式（3）（4）（5）中：h為渠道設計水深，Q為渠道設計流量，n為渠道數目，β為渠道斷面的最優寬深比，m為渠道的邊坡系數，i為渠底比降，b為渠道設計底寬。

2.3 防滲工藝優化

除合理選擇防滲材料、優化防滲渠道設計之外，工作人員還可通過對防滲工藝進行優化，如應用灌漿防滲技術等，以提高防滲效果。灌漿防滲技術是指采用打管灌漿的方法提高渠道的防滲效果及渠道結構強度。該技術采用防滲墻工藝，施工過程中需要根據環境、地質、水文等工程特點以及實際需求制作灌漿孔洞，并確定灌漿孔洞數量。另外，為使漿料起到良好的防滲效果，灌漿時宜采用高壓噴射方式進行灌注。灌漿防滲技術具有效果明顯、施工速度快、用料少等優勢，但也存在成本高、操作困難等問題。

2.4 施工方案設計優化

前文主要從防滲設計的角度闡述了防滲效果提高的方法，而施工過程本身也影響著工程的實際防滲能力。因此，相關部門應針對不同的防滲材料制訂施工方案。當選用土料作為防滲材料時，為提高渠道防滲能力，具體施工環節設計如下。首先，粉碎土料并對水渠表層進行清潔。其次，根據具體的地質、水文等環境特點及工程建設要求確定材料配比。然后，采用先干后濕的施工工藝，分層進行澆筑，且施工完成后需要對其防滲能力進行檢測。最后，加強對渠道的維護，及時發現渠道存在的問題并進行解決，有效保證防滲效果［8］。當選用瀝青材料作為防滲材料時，施工前要先對底部土壤進行平整、除草等處理，并做好施工現場的清潔工作；之后要融化瀝青，并利用機械設備在渠道表面噴灑一層瀝青形成防滲膜，待瀝青防滲膜穩定后再大面積鋪設瀝青。鋪設瀝青混凝土時，相關人員需要根據工程實際情況合理確定砂礫、碎石、瀝青的比例，保證材料的耐久性和穩固性，從而保證材料的防滲效果。

3 結論

筆者以沈陽市八一灌區為研究對象，開展農田水利工程施工中防滲技術要點研究，發現八一灌區防滲渠道因受材料、設計、環境、施工等方面的影響存在滲漏問題。針對八一灌區存在的滲漏問題，筆者從防滲材料選取、防滲渠道設計、防滲工藝優化、施工方案設計優化等方面提出建議，以提高農田水利工程施工防滲效果。