謝寨灌區節水工程防滲渠道襯砌施工技術的應用

吳曉光

（菏澤市河湖流域工程管理服務中心，山東 菏澤 274000）

1 灌區概況

1.1 灌區自然地理概況

謝寨引黃灌區地處山東省菏澤市腹地偏南方，東魚河沿岸，地形狹長，南北橫向長度為6 km左右，東西縱向長達120 km，包括7個縣（區）。由于其地處淮河流域的南四湖湖西平原，因此灌區地勢低平，無顯著突起，地勢西南高、東北低。灌區土壤以潮土為主，幾乎沒有不利于農作物生長的鹽堿地，農業發展價值極高。灌區位于溫帶季風氣候區，四季變化明顯，具有適宜的溫度和充足的光照。

1.2 灌區社會經濟概況

謝寨引黃灌區隸屬于菏澤市水利局，覆蓋7個縣（區）的38個鄉、529個行政村，總人口64.08萬人，其中農業人口50.18萬人，占總人口的78.3%，農業勞動力35.23萬人，占農村人口的48.3%，年農業總產值11.91億元，農民人均年凈收入2 373元。

雖然謝寨灌區自然條件良好，但受水資源利用不充分的限制，農業生產水平一般，仍具有較大的提升空間。灌區主要農作物有冬小麥、棉花、大豆、花生等，目前作物種植指數為1.70，糧食作物667 m2產量328 kg，棉花667 m2產量64 kg。

1.3 灌區發展現狀

謝寨灌區始建于1956年（原名黃寨灌區），自建成以來，在當地國民經濟發展中發揮了極其重要的作用。但經過多年運行，灌區涌現出許多問題：第一，灌區渠道土質疏松導致的崩塌漏水使水資源在運輸過程中損耗增加，不利于水資源效益的發揮；第二，由于運營期較長，大部分建筑處于待維護或停運狀態，不能正常使用；第三，灌溉方式落后，目前上游渠道兩側仍存在漫灌現象，但下游農戶卻無法用水，水資源利用矛盾十分突出；第四，由于沒有現代化的水測量設施，大多數農民繼續按照面積收費，導致農業用水價格較低，農民缺乏節水意識；第五，管理設施不完善，管理模式滯后，管理體制粗放，灌區發展急需改革。

隨著謝寨灌區人口數量的不斷增加，該區人口對糧食的需求量也進一步增大，在某種程度上加快了謝寨灌區的農業發展速度，但同時也引發了農業灌溉水資源的供需矛盾問題。謝寨灌區灌溉主要依靠土渠，然而渠道襯砌率非常低，灌溉用水利用系數僅為0.45，嚴重影響了灌區灌溉效益的正常發揮。因此，要采取節水措施，進一步加強灌區渠道防滲襯砌施工的控制和管理，從而有效提高渠道防滲能力，減少水資源浪費。對承擔著整個灌區輸水任務的謝寨輸水干線進行優化改造，對提升整個灌區的灌溉效益有巨大幫助。東明干渠和第一干渠在東明兩岸乃至東魚河北支路的農業灌溉中也發揮著重要作用，解決了渠道土質差造成的漏水問題和沿線群眾飲水問題，充分利用了有限的水資源，提高了農田灌溉效率，增加了農民收入，促進了農村振興。

2 渠道工程布置

2.1 設計原則

由于渠道工程建設要求不能影響周圍建筑物的正常使用，且不能占用較多的土地資源，因此應采用適當調整渠道中心線的方法，最大限度地將現有渠道截直。

根據河道沿線控制建筑物及兩岸建筑物的引水情況，結合灌區總體規劃，按原設計坡度確定渠道襯砌坡度。

2.2 渠道指標確定

渠道襯砌斷面采用梯形斷面，渠道水頭導流水位根據主渠道水位確定，以典型支渠計算的灌溉水利用系數作為擴展指標，按各渠控制面積計算渠流量。

根據渠床土壤巖性，考慮是否減少開挖土方量，襯砌渠道段的坡度系數為主渠道1∶2，支渠1.0∶1.5，襯砌頂部以上路堤邊坡1∶2。預制混凝土板襯砌渠道的粗糙度在0.016～0.018。結合灌區襯砌渠道的設計糙率，通過綜合分析，確定襯砌后主渠道和支渠道河床糙率為0.018。

參考謝寨灌區已建成襯砌渠道的運行情況，襯砌標高按下列公式計算：主渠道襯砌高程=渠道設計水位+0.4 m，支渠襯砌高程=支渠設計水位+0.3 m。路堤頂部高程根據以下公式確定：路堤頂部高程=增加的水位+1/4H+0.2 m（H為增加水深）。

路堤頂部高程要將沿干渠和當前路堤頂部的棄土計算在內。在不增加新占地和滿足土方開挖平衡的情況下，可適當提高路堤頂部高程。渠道設計斷面采用明渠均勻流計算公式及進行計算。

2.3 渠首水位推算

渠道的設計要考慮上下游水位和渠底高程的銜接，渠道上下級水位的銜接見表1。

表1 渠道上下游水位銜接表

3 防滲襯砌施工技術準備工作

3.1 施工準備

施工準備是農業灌溉渠道防滲襯砌施工技術中的一個重要環節，也是保證地基平衡的一個重要環節，做好施工準備可在很大程度上避免滲漏。同時，根據通道布置方式和施工圖中的設計尺寸，應在基礎平衡的范圍內進行規定。放線時，需要根據放線標志進一步進行開挖作業。在基礎平衡操作中，還需要減少地基的水分，以防止由于低溫導致水凍結或凍裂擴展。

3.2 施工板制作

根據圖紙進行板長設計，并進行測量和配置，相應的信號必須有重要的信號連接，安裝時必須有效保證安裝面上的板平衡，避免變形，以免安裝后漏液、漏泥等。模板制作安裝過程中，模板應縱向安裝在防滲槽之間。安裝測量每塊寬板時，安裝過程誤差應控制在4 cm以內。如果施工板主要是漏混凝土，還應控制和管理板上的安裝誤差［1］。

4 灌區渠道防滲漏技術改造措施

4.1 梯弧形渠的技術改造

渠道邊坡技術改造一般采用六角形預制砌體技術。該技術是在原有基礎上進行填塞施工，然后用防滲膜完成鋪設，并在其上放置水泥墊層。為了避免出現渠道滲水問題，有必要切割預制板蓋，以便隨著渠道含水量的不斷減少，減少結冰的可能性，從而避免水資源的浪費。在階梯拱形渠道的修建過程中，混凝土沙墊層的施工不僅可以保護塑料薄膜，而且是防滲系統的重要組成部分。可變預制板的六角形設計也起著非常重要的作用，不僅可以有效避免渠道在擴建期間的不規則變形，還可以提高渠道整體結構的穩定性。

4.2 預制“U”形渠的技術改造

一般來說，在斗渠和農業渠道的設計中，大多數部門都沒有進行防損失設計。另外，排水渠道內污染物多，雜草叢生，導致渠道輸水能力受到嚴重影響，損失問題十分嚴重。因此，在重建施工中，必須首先對項目進行防虧損改造。為了提高輸水能力，有必要提高河床流速。一般情況下，設計斗式渠道或農業渠道時，可根據項目的實際情況設計“U”形渠。預制“U”形渠應用于水利灌溉工程中，不僅結構形式設計簡單，且施工時間相對較短，能夠以較少量的混凝土在短期施工內完成工程的襯砌工作，同時可規避對土地的大面積占用和對地面交通的影響。另外，由于該工程位于北方，冬季相對寒冷，因此也要適當采取防凍措施。

4.3 壩基及壩肩防滲處理

為確保大壩安全，需開挖一段平行于壩軸線的梯形斷面，截留護城河，溝槽分層填筑密實土。截水溝深2.0～5.0 m，坡度1∶1，下寬3.0 m。壩體填筑前，必須清除壩基內的腐殖質、淤泥、雜草、樹根和其他雜物，基礎清理深度不得小于0.5 m。大壩兩側陡峭的部分必須切割。注意岸坡陸坡高度的變化，避免土壩因坡度和共同面形狀不當導致不規則沉降而產生裂縫，并將與大壩相連的岸坡按1∶3的坡度進行削坡。為了延長接觸滲濾路徑，在排氣隧洞的每個接縫處設置1個滲濾段環。為防止沿管壁集中滲透，防滲夾環寬0.8 m，厚1.0 m。

5 渠道防滲改建的技術要求

5.1 渠基改建技術應用

為了提高整個渠道的穩定性，在設計和處理階段應予以高度重視。首先，確保渠道內無淤泥、雜草和其他物品。其次，在夯實過程中，必須嚴格按照規范和標準進行施工，并實時仔細檢查。再次，為了確定新的渠道基礎，有必要分析整個渠道的密度值，并不斷改進相應的技術和質量分析指標，以提高渠道穩定性［2］。最后，必須嚴格分析渠道的破壞程度，并與渠道的實際漏損狀況相結合。

5.2 進行伸縮縫技術改造

伸縮縫的設置與施工是整個防滲工程中的關鍵。灌區渠道地基多為黃土狀粉質壤土，具有濕陷性，凍脹現象嚴重，需要采取砼預制板襯砌防滲。此外，由于該工程地處北方，溫差較大，溫度變化對混凝土裂縫造成非常大的影響，因此有必要進行基礎防滲處理，實現渠道之間的科學設計。一般來說，預留6 cm的保證范圍，渠道的整體穩定性將得到有效改善。為了避免熱脹冷縮的影響，減少凍脹破壞，在工程建設中應用伸縮縫的處理方法時施工工藝尤為重要。在實際施工中，一般用低標號水泥砂漿填平伸縮縫，以節省費用。

5.3 復合土工膜的技術改造

進行節水區域的技術改造，應明確相關技術要求，并從每個階段開始進行膜的施工和分析［3］。一是在實施單元焊接時，需要提前處理，并在完成拋石工作后處理其穩定性，并掌握實際的交付處理類型。二是選擇科學合理的工具，提前確定施工進程。

5.4 混凝土澆筑技術改造

澆筑混凝土時，應根據各階段的不同情況，有效確定相關預防措施，以便在了解相關性能的基礎上選擇科學的施工技術方法。一般來說，32.5級以上硅酸鹽水泥的穩定性相對較強。此外，在滲漏過程中，為了滿足技術要求，最好使用攪拌機攪拌混凝土。在隨后的操作過程中，還必須實施有效的維護，并且必須定期進行全面評估。在評估過程中應收集整理材料和數據，并在此基礎上采取合理的維護措施。另外，冬灌期結束后，必須及時對渠道內的水進行處理，運用合理科學的檢測模式對渠道進行維護。一旦出現問題，必須及時進行有效的補水和修復。

6 渠道防滲襯砌施工技術的有效應用方法

6.1 施工現場調查

在混凝土防滲施工前，施工人員需要對施工現場進行調查，負責清理施工現場的雜物，防止相關雜物影響施工。施工現場的地基處理需嚴格按規定標準進行。例如，若施工過程中土層含水量較大，應采用有效措施保證成樁及樁體施工質量，從而避免施工過程中污泥逸出［4］。在施工現場，必須對建筑基層進行壓實處理，所用土料不得采用有機質含量高的種植土、建筑垃圾等，挖去表層松動土層，將基坑坑底的原土碾壓處理密實。一是在施工過程中，原有混凝土的水泥必須清理干凈，并用清水淋洗，這兩種類型的混凝土必須融合在一起，這樣結構才能相互連接。第二，在混凝土施工過程中，柱子必須附在混凝土周圍。

6.2 控制混凝土配比

需根據防滲涂料施工的要求進行混凝土配制，并將配制好的混凝土運用到試驗中，檢查合格后，再根據混凝土融合率標準體系選擇原材料和混凝土使用比例［5］。為滿足建設要求，避免事故發生，在輸送過程中應盡可能對混凝土進行保溫監督和管理，以免混凝土因溫度的波動而影響其質量和效率。另外，在施工過程中需要確保混凝土不會漏出［6］。

6.3 管控建筑材料質量

選擇合適的水泥材料在建筑材料的質量管控中至關重要。在農業灌溉渠道建設過程中，必須保證渠道材料的質量。市面上，水泥材料有多種類型，且不同類型材料具有不同的性能。一是在防滲襯砌工程中選擇強度較大的水泥材料［7］。二是推進骨料質量管理控制。當不采用鋼筋水泥修建防滲渠道時，可相應選擇一些大顆粒的骨料結構；相反，則可以選擇一些顆粒相對較小的骨料進行施工。

7 結語

渠道是農業灌溉中不可缺少的一部分，在農業灌溉工程中起著非常重要的作用。謝寨引黃灌區投資渠道單一，缺少維護資金，投資缺口大。針對以上問題，在渠道建設過程中，有效地應用了與防滲，防凍相結合的技術措施，并在原有基礎和建筑基礎上進行了階梯分段設計，并實施“U”工程的小型排水渠和渠道。為了提高干渠的防濾性能，在原有敷設電路的基礎上，采用弧形梯形材料，大大提高了通道抗泄漏的能力。完成渠道修復工作后防止泄漏，不僅解決了冷環境下的渠道變形問題，而且可以有效節約水資源，獲得良好的經濟效益。