续建配套节水改造工程渠道防渗抗冻胀技术浅析

摘要：渠道防渗工程是减少渠道渗漏损失、节约灌溉用水量、增强渠道行水安全，提高渠道水的利用率的主要措施。在交口抽渭灌区水资源短缺的情况下，大力开展续建配套节水改造工程十分重要。

关键词：渠道防渗；抗冻胀破坏；措施

中图分类号：S277.7 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2011）-07-0269-2

1 灌区概况

陕西省交口抽渭灌区位于陕西省关中东部，是一个灌排并举的大型电力抽水灌区，东西长48.6km，南北宽31.9km，辖灌西安、渭南两市所辖的临潼、闫良、临渭、富平、蒲城和大荔六个县（区），设施灌溉面积126.2万亩，有效灌溉面积112.96万亩。灌区共建有抽排水站31座，总装机容量29627kW。灌区建有总干渠1条，长度36.2km；分干渠4条，长度59.6km；支渠34条，长度256.4km。干、支渠已衬砌长度各为70.6km、166.8km，干支渠衬砌率为67.4%，原已衬砌渠道损坏长度40km，衬砌渠段损坏率为16.8%，干、支渠实际衬砌完好率为83.2%。灌区灌溉水利用系数长期徘徊在0.52左右，水资源浪费尤为严重。

2 渠道防渗的作用

渠道防渗工程措施除了减少渠道渗漏损失、节省灌溉用水量、更有效地利用水资源外，还有以下作用：（1）提高渠床的抗冲能力，防止渠坡坍塌，增强渠床的稳定性。（2）减小渠床糙率系数，加大渠道内水流流速，提高渠道输水能力。（3）减少渠道渗漏对地下水的补给，有利于控制地下水位和防治土壤盐碱化及沼泽化。（4）防止渠道长草，减少泥沙淤积，节省工程维修费用。（5）降低灌溉成本，提高灌溉效益。

3 渠道防渗工程的冻害及原因

灌区渠道预制、现浇砼属于刚性衬砌材料，抗压性强，但抗拉强度较低，不均匀变形和拉伸变形能力差。在冻胀力和热应力的作用下容易破坏，其破坏形式如下：

（1）鼓胀及裂缝。冻胀裂缝多出现在灌区干支渠道尺寸较大的阴面现浇砼板上，裂缝一般出现在渠道坡脚1/4～1/2范围内和渠底中部。当冬渠道行水时，多出现在水面附近的边坡上。形成原因是：当预制板板尺寸过大，不能适应温度收缩变形时，将温度应力造成纵向或横向裂缝。当缝间止水材料不能适应低温变形时，将在分缝处发生开裂。（2）隆起架空。在地下水位较高的渠段，渠床基土距地下水近，冻胀量大，而渠顶冻胀量小，造成砼衬砌板大幅度隆起架空。这种现象多出现在灌区干、支渠阴坡段坡脚或水面以上0.3～1.0m边坡和渠底中部。（3）冻融滑塌。在灌区内多出现两种，一是由于冻胀隆起架空，使坡脚支撑受到破坏，衬砌板垫层失去稳定平衡，渠道基础融化时，上部板块顺坡向下滑移、错位，互相穿插。二是渠坡基土融化期的大面砌板塌落下滑，导致坡脚砼板被推开，上部衬砌板滑落下滑。此现象多出现在干、支渠衬砌断采用多块板衬砌的面阴坡段。

4 防渗抗冻胀的措施

根据冻害形成原因分析，防渗工程是否产生冻胀破坏、其破坏程度大小，取决于土冻结时水分迁移和冻胀作用，而这些作用又和灌区改造渠系段的土质、土的含水量、负温度及工程结构等因素有关。因而，防治衬砌工程的冻害，要针对产生冻胀的因素，根据工程实地情况从渠系规划设计、渠基处理、基础排水、保温，以及衬砌的结构形式、材料、施工质量、管理维修等方面着手，全盘考虑。

4.1 灌区渠道防渗结构形式

交口灌区干支渠防渗工程，结构形式主要有M7.5浆砌石、预制砼边坡板、现浇砼边坡版板、预制钢筋砼多孔边坡板、U形砼现浇等衬砌形式。

（1）M7.5砌石渠道，按结构分为护面式和挡土墙式两种，按材料分为浆砌块石和浆砌石板等。灌区渠道采用浆砌块石护面式结构，多用于地下水位较高，地质条件较差地渠系以及各抽水站前渠道段，优点是抗冻能力强, 耐磨性能强，抗冲击流速大，对渠道边坡稳定起到较强作用。缺点是施工质量控制难度比较大，不易大面积采用机械化施工。（2）预制砼边坡板现浇弧形底渠道，优点是施工工艺简单，工期较短；缺点是接缝多，板缝用水泥砂浆填充，受施工工艺及质量的影响，缝隙容易出现裂缝，渠水很容易由此缝隙渗入板下，增加基土含水量，遇到冬季极端气候，基土冻胀，接缝首先破坏，造成砼板发生鼓胀、折裂、整体滑落等破坏现象。（3）预制钢筋砼多孔板，它主要能起到保温作用，避免了基土冻胀对防渗工程的破坏，方便运输，施工工艺简单，工期较短。（4）现浇砼板渠道，优点是施工缝少，整体性强，抗冻性强。缺点是施工工艺要求高，工期长，不能满口灌区短时期集中连片改造要求。（5）U形衬砌渠道，上世纪90年代在交口灌区开始试用，目前已得到了广泛的应用。其主要优点是：①水力条件好，近似最佳水力断面，可减少衬砌工程量，输沙能力强，有利于高含沙引水；②在冻胀性和湿陷性地基上有一定的适应地基不均匀变形的能力；③渠口窄，节省土地，减少挖填方量；④整体性强，防渗效果优于梯形渠道；⑤便于机械化施工，可加快施工进度。

4.2 灌区渠道衬砌结构形式

渠道衬砌结构形式选择，要按照从降低基础含水率，增加砌体刚度、抵抗冻胀角度三个方面考虑。通过多年实践和探索，交口灌区主要采用以下几种衬砌方式：

（1）全断面板膜复合结构。在土模上全断面铺设复聚乙烯复合土工膜（型号：0.25mm/100g），在土工膜和衬砌板之间铺设20mm厚M5.0水泥砂浆过渡层。这种形式适用于地下水位低的填方渠段。见图1。（2）预制钢筋砼板。适用于灌区地下水位相对较高的渠段,以及较大的弧脚梯形断面。（3）U形现浇式适用于小流量地质条件要求不高，地下水位较高渠段。

4.3 灌区渠道断面形式的设计

交口灌区渠道防渗断面结构形式主要依据渠道流量大小并结合干支渠改造渠段实际情况（现状渠道断面、回填土料来源、施工工期、回填土施工质量等条件）来确定。总干渠(流量在10-40m3/s）采用弧脚梯形渠断面。干支渠（2-10m3/s）采用弧底梯形渠断面，支渠（小于2m3/s）及斗渠采用U型渠断面。

5 灌区防渗工程的施工管理措施

交口抽渭灌区续建配套节水改造工程中施工方法中侧重于提高机械化施工程度。现浇弧脚梯形、弧底梯形渠时除搅拌、运输等环节要机械化外，渠底用平板震动器或进双滚筒式震捣器。边坡板采用滑模震动器施工。预制安装时首选整体预制边坡板，避免采用双板对接及多半对接的边坡形式。

5.1 严把施工质量关

（1）渠道衬砌中要严把施工工序，加强节点工期检测环节，确保各隐蔽工程按设计，保质保量高标准完成。（2）渠基处理，清基时必须把渠道内的杂草土质和淤泥挖净，原则要求清基不得超挖，对于出现超挖部分应确保回填密实达到0.93以上。（3）由于续建配套节水项目多为改造项目，根据交口灌区实际情况，多为分标段施工，施工时必须注意防渗结构的连续性和渠道比降的一致性，避免出现倒比降，以及接茬部位漏水现象。（4）预制板缝安装回填时，需先将缝内砂浆、杂物清除干净后，再填压密实水泥砂浆，同时要加强洒水养护。

5.2 加强灌溉管理

（1）冬灌结束后，各管理站应及时排空渠道内的剩余积水，避免渠道冻胀破坏。（2）对干支渠系工程定期进行检查、检测和维修养护，确保渠系工程，不超警戒水位运行（水位不超渠道过衬砌板高度）。（3）做好渠道安全运行有关宣传工作，实行岗位责任制，责任到人，专人专职。（4）在渠道沿线设置警示标志牌、禁止在渠道内任意取水、杜绝群众渠堤取土活动等损害渠道安全运行的行为。

6 结语

2000年以来，交口抽渭灌区随着续建配套与节水改造项目的实施，渠道防渗工程技术得到广泛的应用，在渠道防渗衬砌工程中通过采用新材料、新技术、新工艺，将逐步解决渠道工程设施现状存在的主要问题，扩大及改善灌溉面积，提高灌区的灌溉水利用系数和水分生产率，使有限的水资源得到充分利用，为灌区发展“两高一优”农业，实现灌区农业经济的可持续发展奠定了良好的基础。

参考文献

[1] 渠道防渗工程技术规范.SL18-2004.

[2] 农村水利技术术语.SL56-2005.

[3] 何武全.渠道防渗抗冻新材料与新技术[J].节水灌溉,2003,(1).

[4] 冯广志.渠道防渗衬砌技术发展中的若干问题与建议.

作者简介：张晓锋（1982-），陕西省交口抽渭管理局秦东设计院助理工程师，研究方向：水利工程。