渠道防滲設計方案比選分析

孫福霞

(新疆吐魯番地區水利水電勘測設計研究院，新疆吐魯番838000)

0 引言

隨著我國國民經濟的迅猛發展，人民的生活水平也在不斷提高，人們對水資源的需求量也在不斷增加，導致了一些地區出現了用水緊張的局面。我國是一個農業大國，農業灌溉需要大量的水資源，因此用水的緊張局面就會不斷出現。我國又是一個水資源相對貧乏的國家，人均水資源的量都不足世界平均水平的1/4，供水量往往難以滿足需求量。如何發展節水農業，提高農業灌溉中水資源的有效利用率，就成了擺在人們面前的一個難題。為了解決這一問題，人們已經修建了總長超過100萬km的渠道防滲工程來預防農業灌溉中的水資源浪費，但這還是遠遠不夠，因為還有多達80%的渠道沒有進行防滲設計。因此，采用何種防滲措施來進行渠道的防滲工作就成為了當前相關工程技術人員眼下的一道難關。下面筆者將對我國目前采用最廣泛的混凝土渠道防滲設計方案進行闡述。

1 混凝土渠道防滲設計方案

混凝土渠道防滲是目前使用最廣泛的一種渠道防滲技術方案。混凝土防滲，顧名思義，就是利用混凝土襯砌渠道，以達到減少或防止滲漏損失的效果。

1.1 混凝土渠道防滲的優缺點

用混凝土進行渠道的防滲材料具有比較明顯的優缺點。其優點主要可從以下5個指標體現出來:①防滲效果。用混凝土作為渠道的防滲材料效果是非常好的，它最高能夠減少滲漏的95%，最低也能達到90%，因此這能大大提高水資源的利用率;而且經過混凝土的襯砌后，流經渠道內部的水資源利用率高達0.97，這充分說明了混凝土的防滲效果是很不錯的。②耐久性。一般的防滲材料如土料等，它的使用年限非常短。但是如果用混凝土作為防滲材料最少也能使用20年，當然這是指運用了防凍技術的混凝土防滲渠道。③糙率。在施工質量好的情況下，混凝土的糙率能達到個非常小的地步。當N在0.014—0.017的范圍內變動時，能夠減少沿程水頭水資源的損失，提高水資源的利用率。另外，用混凝土作為防滲材料時，能夠使允許的水流速增大，一般能夠達到3.5～6.0 m/s。④管理方面。用混凝土作為防滲材料設計的渠道，因為其強度比較高，耐久性也比較強，所以因為外因導致的渠道破壞就會比較少，因而能夠更好的進行管理，節省大量的維修費用。⑤適應性。因為混凝土的模塑性比較好，能夠按照不同要求被設計成不同形狀，因而適應性是非常廣泛的，能夠適應不同的環境情況和大小不同的渠道。

但是，也存在著以下3個缺點:①受天氣情況的影響。在寒冷地區，用混凝土作為防滲材料時需考慮到相應的防凍害措施;而且，要是某地區晝夜溫差變化大的話，混凝土的凍脹變形能力比較差，這些都會增加設計完成后渠道使用的困難。②受地區的影響。如果是在某個缺少砂石料的地區，用混凝土作為防滲材料的話，造價會相當昂貴，采用時難以決策。由于用混凝土作為渠道的防滲材料存在著上述缺點，因而就要求渠道的設計者根據當地的實際情況思考是否是否選擇它。

1.2 混凝土渠道防滲的結構形式

用混凝土作為渠道的防滲材料時，首先需要考慮的問題就是聯系當地的實際情況選擇一個最合適的結構形式。目前我國使用的防滲渠道斷面形式主要有以下兩種:明渠渠面的斷面形式和暗渠渠面的斷面形式。前者主要分為梯形、矩形、復合形、弧形底梯形、弧形坡腳梯形和U形;后者一般以U形、城門洞形、箱形和正反拱形為主。其中我國通常選用并且也是使用最廣泛的有梯形(包括弧形底梯形和弧形坡腳梯形)、矩形和U形這3種。梯形和矩形的斷面施工比較簡單，斷面尺寸由實際經濟斷面計算法確定。U形斷面因為其整體性能良好，強度較高，受力部位比較均勻，因而能夠更好的管理。

1.3 混凝土渠道防滲的設計流程

1.3.1 基礎面處理

根據混凝土坐落基礎面的不同，對基礎面進行不同的處理工作。如果基礎面為砂礫石墊層，則應清理干凈墊層上的雜物，使其平整，并且用水潤濕;如果基礎面為防水或是保溫材料時，則應在使其平整的基礎上，還應鋪上一層防水或保溫材料;如果基礎面為原渠基面，也應進行清掃工作，最后應進行鑿毛處理，噴灑素灰水。

1.3.2 渠道相關參數確定

在渠道的設計過程中，涉及到兩個相關參數，一個為渠道縱降比，另一個為渠道流速。渠道縱降比直接影響著渠道控制面積的大小和工程整體造價的高低，因此是一個關乎全局的重要因素。一般我們在設計渠道縱降比時，應結合考慮當地的地形走勢和所需設計的渠道走線，在進行綜合考量后，設計出最佳的渠道縱降比。渠道的最佳流速應介于不沖和不淤之間，因此應由流量和計算好的設計斷面來確定。一般來說，混凝土防滲渠道的不淤流速按照經驗公式來確定。渠道的流速和渠道的斷面設計是息息相關的。

1.3.3 斷面設計

一般來說，小型渠道采用U形斷面，而中大型渠道通常采用梯形和矩形斷面。綜合考慮經濟效益和施工難度等指標，梯形斷面具有最佳效果，主要是因為梯形斷面的材料用量比較少，并且性價比高，施工還比較簡單。但是，當流量較小時，斷面的選擇沒有多大意義，不同斷面可以應用于任何渠道。

1.3.4 伸縮縫處理

在對伸縮縫處理時，現在主要采用806樹脂油膏—砂漿伸縮縫。此外，還可以在渠道上設置閉孔泡沫板伸縮縫和切割縫試驗段。前者可以用于兩邊同時澆筑和單邊澆筑施工;后者主要針對的是混凝土襯砌渠道因凍脹而產生的裂縫。并且，伸縮縫只設置在渠道橫向，縱向則不設置。

1.3.5 壓頂封口處理

為了增加渠道邊坡混凝土板的穩定性，防止地表的徑流注入混凝土背面，應在渠道邊坡防滲層頂部設置混凝土水平封頂板，并且要和邊坡混凝土連接起來。這樣做的目的主要是減少內水壓力，以利于水的排放，使水資源的利用率達到最大，渠道使用年限更長。

1.3.6 防凍脹設計

實驗證明，如果在渠道防滲工程中使用聚苯乙烯泡沫保溫板和防滲土工膜，混凝土板的裂縫會明顯減少，防凍脹效果也會更好。同時，這也會提高施工的質量，增加渠道的使用時間。

2 國內外渠道防滲工程設計的發展趨勢

目前，國內外的渠道防滲工程設計有以下幾種趨勢:

2.1 新材料的推廣

目前，國內外出現了大量的新型防滲材料，代表有PE、PVC及其改性材料、瀝青混凝土防滲材料和新型伸縮縫止水材料。PE、PVC及其改性材料在我國已經有了50多年的使用。這種材料防滲性能好、質量輕、具有一定的延伸性，并且造價也比較低，而且經過20 a使用仍能保持基本完好狀態，因此在我國應用范圍非常廣。瀝青混凝土防滲材料在我國第一次使用是在20世紀70年代，這種材料具有防滲性好、溫柔性低和裂縫自愈等優點。瀝青混凝土防滲材料最佳的應用工程是有凍害的渠道防身工程，因為其可以適應凍脹變形等情況，是一種前景非常寬廣的防滲新材料。最后就是新型伸縮縫止水材料，由于這種材料我國研究的比較少，因而應用不是太廣泛。但是水利部西北水科研究出了一種性能和其非常相似的材料——焦油塑料膠泥，得到了一定的應用，效益也非常顯著。

2.2 防滲形式的變化

以前，渠道在進行防滲設計時多采用單一防滲材料?，F在，這種形式已發生了明顯的變化，人們多采用復合材料的結構形式進行防滲。防滲層主要采用PE、PVC及其改性材料等柔性膜料起防滲作用，在此之上還應添加一層剛性材料或土料作為保護層，主要起保護柔性膜料不被破壞，工程壽命延長的作用。

2.3 施工形式的變化

現在的渠道防滲工程最多就是采用半機械化施工，遠遠不能達到全機械化施工的目的。半機械化施工，會導致施工成本的增加，并且施工的效果也不能達到最佳。如果采用全機械化施工的話，施工的速率會顯著增加，并且工程的質量也會得到一定保障，施工成本會得到降低，從整體上提高工程的效益。

3 結束語

現實就是，我國是一個水資源非常稀缺的國家，而這種情況隨著我國經濟的迅猛發展、人口數的不斷增加、城市工業化的發展導致的用水量的進一步增加，都直接制約了我國農業用水的供需矛盾。無數現實指出，限制我國農業發展的一大弊端就是干旱缺水。在農業灌溉方面，渠道的滲漏導致了水資源的嚴重浪費。因此，建設一個水資源利用率很高的渠道防滲工程才是當今實現節水型農業的主要方案。

在這方面，混凝土渠道防滲工程能起到一個及其良好的效果。它不僅能夠提高農業灌溉中水資源的利用率，還能夠通過降低地下水位起到改善土地次生鹽堿化的效果，從另一方面改善土地的環境。因此，設計者在進行混凝土渠道防滲的設計師，應綜合考慮多方面的因素選擇最佳的設計方案，是渠道達到最好的防滲效果。

最后，我國應大力發展新型防滲材料，并將防滲形式從單一材料防滲轉向復合材料防滲，已達到更好的防身效果，并且使防滲具有更好的持久性。同時，為了保證施工質量，進一步加快施工進度，以后的渠道防滲工程施工還應以機械化為主。

［1］水利部農村水利司中國灌溉排水技術開發培訓中心.渠道防滲工程技術—節水灌溉技術培訓教材［M］.北京:水利水電出版社，2002.

［2］衛江益.渠道防滲工程設計［J］.新疆水利，2003(2):8－11.