蘭陵縣會寶嶺灌區(qū)渠道改造措施淺析

付建軍

（臨沂市蘭陵縣水利局,山東 臨沂 277700）

0 引言

水資源是世界上不可再生資源之一，更是人類長遠生活在社會上以及未來發(fā)展的前提條件之一，也是人類自身所能擁有的寶貴資源之一[1～3]。人們通過建設(shè)水利工程設(shè)施科學(xué)有效地利用水資源，如利用水利渠道進行水資源調(diào)配，保證缺水地區(qū)人們?nèi)粘Ｉ钜约吧a(chǎn)用水。為提高水資源的使用率、降低輸水過程中的水資源浪費，對渠道防滲提出了較高的要求。在水利渠道的建設(shè)當(dāng)中提高輸水渠道的防滲技術(shù)水平，不僅能夠提高水資源利用效率，還能延長渠道工程的使用壽命，因此在其施工過程中務(wù)必要做好渠道防滲[4]。怎樣在水利工程施工中有效做好防滲，是如今水利工程渠道建設(shè)中急需解決的難題之一[5～6]。

1 工程概況

會寶嶺灌區(qū)是山東省臨沂市蘭陵縣的重要灌溉區(qū)，東至蘭陵縣汶河，西至棗莊，南到江蘇省與山東省省界。會寶嶺灌區(qū)始建于1959 年，該灌區(qū)主要覆蓋蘭陵縣的6 個鎮(zhèn)，灌區(qū)內(nèi)面積可達30 余萬畝。以蘭陵縣會寶嶺水庫及水庫下游西泇河上陳橋、大橋兩座攔河閘為灌溉水源，灌溉會寶嶺水庫下游和西泇河兩岸農(nóng)田。對于主要灌溉渠體系來說，其包含總干渠1 條0.584 km。以及對應(yīng)的干渠6 條，這些干渠的總長度為65.77 km，且包含支渠條數(shù)為37 條，包含干斗條數(shù)為36 條，此外包含電灌站7 座以及庫區(qū)揚水站8 座等灌溉基本工程。干支渠各類建筑物共948 座。自從會寶嶺灌區(qū)被開發(fā)以來，當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率得到了很大的提升，但是經(jīng)過數(shù)十年的運行，灌區(qū)內(nèi)的渠道出現(xiàn)了淤塞，且灌區(qū)內(nèi)建筑物開始出現(xiàn)老化現(xiàn)象溝渠的常年失修，導(dǎo)致渠道經(jīng)常會有漏水的情況出現(xiàn)，從而給灌溉水的有效利用帶來負(fù)面影響，進而制約區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。因此有必要實施續(xù)建配套與節(jié)水改造相關(guān)工程。

2 渠道襯砌改造設(shè)計

會寶嶺灌區(qū)設(shè)計灌溉面積為30 萬畝左右，工程規(guī)模為大型，另據(jù)水利部《灌溉與排水設(shè)計規(guī)范》（SL252—2000），灌區(qū)工程等別為Ⅲ等，會寶嶺灌區(qū)橫山支渠0+000～0+470 區(qū)域?qū)?yīng)的排澇流量為11.75 m3/s，該段溝渠對應(yīng)的工程級別為4 級以及渠系建筑物工程級別為4 級；一干渠渠首灌溉流量為3.22 m3/s，陳橋新西干4+900 流量2.7 m3/s，陳橋新東干6+705 流量2.45 m3/s，橫山支渠0+470～1+350 灌溉流量為1.26 m3/s，工程級別為5 級，渠系建筑物為5 級。

2.1 襯砌材料和襯砌方式分析

要求選取的石料材質(zhì)堅硬新鮮，無風(fēng)化剝落層甚至裂紋現(xiàn)象，表面潔凈。采用座漿法砌筑，要求平、穩(wěn)、緊、滿等。此外，為確保施工保質(zhì)保量按時完成，漿砌石工程與土方開挖、回填工程壓茬進行。

2.2 襯砌分縫

（1）伸縮縫間距設(shè)置

通常情況下，混凝土的縱縫間距設(shè)置為5 m，橫縫間距3 m～5 m。本工程涉及的渠道橫縱縫間距均設(shè)置為4 m，同時將渠底寬度設(shè)置為2 m，且將渠段的橫縫間距設(shè)置為2 m。

（2）襯砌對應(yīng)的縫型、縫寬及填料

渠底混凝土通常使用結(jié)構(gòu)簡單且施工方便的矩形縫。襯砌分縫的縫寬受縫距、溫度變化、混凝土的填料物理性能、干縮系數(shù)以及膨脹系數(shù)等因素影響。分縫選用性能良好的填料可有效實現(xiàn)防漏水的效果。根據(jù)伸縮縫的基本特性，在填縫時選擇聚硫密封膠。

2.3 混凝土板平面結(jié)構(gòu)尺寸

本工程為新挖渠段，使用4 m（長）×2 m （寬）的混凝土板。原渠道與邊坡使用4 m×4 m的正方形板。

2.4 砼帽石工程

邊坡襯砌頂部設(shè)水平封頂板，封頂板寬25 cm，與路沿石緊密貼合，板厚同邊坡襯砌，采用M10 水泥砂漿安裝預(yù)制砼帽石。

3 渠道防滲設(shè)計

3.1 渠道滲漏等級劃分

（1）強滲漏情況分析

滲透系數(shù)高于1×10-4m/s的巖石會為高滲透性材料，最具代表性的有礫砂、中粗砂細(xì)砂以及全風(fēng)化巖石等。本工程強滲漏段共計2 段：陳橋新西干樁號4+900～9+440，10+437～14+450 段 9.453 km；陳橋新東干 6+705～9+300，長2.595 km。

（2）中滲漏情況分析

滲透系數(shù)介于1×10-6m/s與1×10-4m/s之間的巖石屬于中等滲漏材料，最具代表性的有全風(fēng)化頁巖、砂壤土以及泥灰?guī)r等。本工程中滲漏段：一干渠：11+343 ～12+200，長0.857 km；橫山支渠：0+000 ～1+350，長 1.35 km。

3.2 渠道滲漏量計算方法

3.2.1 無防滲情況下的自由滲漏量

渠道滲漏受溝渠所處地區(qū)的氣象水文條件、渠床本身的物理性質(zhì)以及運行時間影響，隨著滲漏過程的推移，渠道的滲漏損失量會發(fā)生明顯變化，一般可分為自由滲漏和頂托滲漏。

一般來說，渠段防滲漏的自由滲漏量求解方式會受到各個渠段的土質(zhì)、土壤的滲透性以及溝渠具體的挖填情況決定，見下式：

式中：S為不采取防滲漏措施時的單位長度滲漏量，m3/（s·m）；k為土壤的滲透系數(shù)，m/s；b為溝渠對于的底寬，m；γ1為邊坡側(cè)向毛管滲吸時對應(yīng)的修正系數(shù)，對于這個系數(shù)來說，其取值范圍為1.1～1.4；h為溝渠的設(shè)計水位深度，m；m為渠道邊坡的相關(guān)系數(shù)。

此外依據(jù)上式可以導(dǎo)出渠道頂托滲漏量對應(yīng)的計算公式：

式中：S頂為采取頂托措施后的單位長度滲透量，m3/（s·m）；γ為對應(yīng)的修正系數(shù)。

3.2.2 防滲后滲漏量情況分析

在采取防滲措施后渠道滲透量的計算公式：

式中：S為采取防滲措施后單位長度滲透量，m3/（s·m）；β為對應(yīng)地代表采取防滲措施后的滲透系數(shù)，混凝土襯砌的減少稀疏取值為0.1，混凝土加復(fù)合土工膜防滲減少稀疏取值為0.05。

3.3 灌區(qū)溝渠的防滲設(shè)計

本文所研究的灌區(qū)主要采取如下幾種渠道防滲漏措施：①防滲土料或防滲的水泥土，這些原料對應(yīng)的造價低，施工簡便，但耐久性以及抗凍性等性能不佳；②埋鋪式膜料等原料，重量輕且運輸量小，優(yōu)點是防滲效果極佳，缺點是在應(yīng)用土料保護層時對流速要求比較高，該方法占地面積較大，加上使用剛性保護層會提高工程成本；③瀝青混凝土與混凝土防滲技術(shù)都能夠在一定程度上起到防滲作用，瀝青混凝土的防滲漏性能較強，缺點是容易造成對生態(tài)環(huán)境的破壞；④石料防滲，優(yōu)點是施工技術(shù)難度低，材料抗凍抗沖性能強，生態(tài)環(huán)境破壞小，是當(dāng)前最為主流的防滲方式。

對于防滲結(jié)構(gòu)所遵循的原則來說，優(yōu)先考慮因地制宜原則，還需考慮如下因素：防滲效果好；使用壽命長；防滲結(jié)構(gòu)對應(yīng)的輸水強度以及防淤抗沖強度高；要求施工操作相對簡易，并且質(zhì)量容易保證；管理維修方便，并且施工代價合理。綜上所述，對應(yīng)的灌區(qū)溝渠需要采用土工膜加剛性保護層以及漿砌石防滲等形式的防滲漏方案比較好。

3.3.1 方案擬定

方案Ⅰ：渠基滲透系數(shù)小于1×10-7m/s對應(yīng)的溝渠采取梯形漿砌石襯砌的方式，現(xiàn)澆C20 砼護底，采用聚硫密封膠嵌縫對進行防滲漏處理；對于渠基滲透系數(shù)大于1×10-7m/s的中強滲漏的溝渠渠段以及溝渠下方，如存在穿渠建筑物須進行土工膜鋪設(shè)，提高渠道的防滲透能力。

方案Ⅱ：針對溝渠渠基滲透系數(shù)小于1×10-5m/s的溝渠渠段采用梯形漿砌石襯砌，現(xiàn)澆C20 砼護底，聚硫密封膠嵌縫對進行防滲漏處理。渠基滲透系數(shù)大于1×10-5m/s，需在強參漏渠段以及相應(yīng)構(gòu)渠底部鋪設(shè)土工膜，加強防滲。

方案Ⅲ：梯形漿砌石襯砌，現(xiàn)澆C20 砼護底，以聚硫密封膠嵌縫，全斷面土工膜加強防滲。

3.3.2 防滲效果比較

根據(jù)渠道地質(zhì)資料核算各方案實施后的年滲漏量以及投資。方案Ⅱ進行現(xiàn)澆C20 砼護底時，需要在渠底添加土工膜，能夠明顯減少漏水量，降低滲漏損失增加的投資。而方案Ⅰ對應(yīng)的滲水量最小，但投資較高。雖然方案Ⅲ的施工成本較低，但是該方案會浪費較多的水資源。因此根據(jù)分析，選取方案Ⅱ較為合理。

3.3.3 加強防滲設(shè)計

（1）加強防滲渠段及部位

渠道漿砌石襯砌具有一定的防滲透作用。對于土質(zhì)條件較為理想且滲透系數(shù)較低區(qū)段來說，無需額外采取防滲漏措施。但在滲透系數(shù)較高的渠段以及存在穿渠建筑物的渠段必須要進行土工膜鋪設(shè)，保證渠道整體的防滲透性能。

（2）防滲材料

本工程最終選用576 g/m2的二布一膜的復(fù)合土工膜防滲材料來提升防滲效果，厚度為0.0003 m。

（3）防滲設(shè)計

渠道斜坡的防滲土工膜可能會出現(xiàn)頂部與襯砌頂部高度相同的情況，可采用三角形壓邊技術(shù)來處理，并要求漿砌石必須要在鋪設(shè)防滲材料的頂部。膜層鋪設(shè)采用粘接方式，粘接寬度控制在10 cm以上，粘接方向下游開始上游終結(jié)，且上游邊要壓下游邊。

4 結(jié)語

蘭陵縣會寶嶺灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程2014 年度項目建成后即投入試運用，工程運行良好，滿足設(shè)計功能，較好地發(fā)揮了節(jié)水灌溉的功能。該灌區(qū)開展該節(jié)水改造工程后，對應(yīng)的灌溉面積增加1.6 萬畝，并且有效改善灌溉面積2.57萬畝的農(nóng)田，實現(xiàn)了多年平均灌溉效益為321.49 萬元的基本目標(biāo)。投資效益十分顯著。