渠道防渗设计方案比选分析

孙福霞

(新疆吐鲁番地区水利水电勘测设计研究院，新疆吐鲁番838000)

0 引言

随着我国国民经济的迅猛发展，人民的生活水平也在不断提高，人们对水资源的需求量也在不断增加，导致了一些地区出现了用水紧张的局面。我国是一个农业大国，农业灌溉需要大量的水资源，因此用水的紧张局面就会不断出现。我国又是一个水资源相对贫乏的国家，人均水资源的量都不足世界平均水平的1/4，供水量往往难以满足需求量。如何发展节水农业，提高农业灌溉中水资源的有效利用率，就成了摆在人们面前的一个难题。为了解决这一问题，人们已经修建了总长超过100万km的渠道防渗工程来预防农业灌溉中的水资源浪费，但这还是远远不够，因为还有多达80%的渠道没有进行防渗设计。因此，采用何种防渗措施来进行渠道的防渗工作就成为了当前相关工程技术人员眼下的一道难关。下面笔者将对我国目前采用最广泛的混凝土渠道防渗设计方案进行阐述。

1 混凝土渠道防渗设计方案

混凝土渠道防渗是目前使用最广泛的一种渠道防渗技术方案。混凝土防渗，顾名思义，就是利用混凝土衬砌渠道，以达到减少或防止渗漏损失的效果。

1.1 混凝土渠道防渗的优缺点

用混凝土进行渠道的防渗材料具有比较明显的优缺点。其优点主要可从以下5个指标体现出来:①防渗效果。用混凝土作为渠道的防渗材料效果是非常好的，它最高能够减少渗漏的95%，最低也能达到90%，因此这能大大提高水资源的利用率;而且经过混凝土的衬砌后，流经渠道内部的水资源利用率高达0.97，这充分说明了混凝土的防渗效果是很不错的。②耐久性。一般的防渗材料如土料等，它的使用年限非常短。但是如果用混凝土作为防渗材料最少也能使用20年，当然这是指运用了防冻技术的混凝土防渗渠道。③糙率。在施工质量好的情况下，混凝土的糙率能达到个非常小的地步。当N在0.014—0.017的范围内变动时，能够减少沿程水头水资源的损失，提高水资源的利用率。另外，用混凝土作为防渗材料时，能够使允许的水流速增大，一般能够达到3.5～6.0 m/s。④管理方面。用混凝土作为防渗材料设计的渠道，因为其强度比较高，耐久性也比较强，所以因为外因导致的渠道破坏就会比较少，因而能够更好的进行管理，节省大量的维修费用。⑤适应性。因为混凝土的模塑性比较好，能够按照不同要求被设计成不同形状，因而适应性是非常广泛的，能够适应不同的环境情况和大小不同的渠道。

但是，也存在着以下3个缺点:①受天气情况的影响。在寒冷地区，用混凝土作为防渗材料时需考虑到相应的防冻害措施;而且，要是某地区昼夜温差变化大的话，混凝土的冻胀变形能力比较差，这些都会增加设计完成后渠道使用的困难。②受地区的影响。如果是在某个缺少砂石料的地区，用混凝土作为防渗材料的话，造价会相当昂贵，采用时难以决策。由于用混凝土作为渠道的防渗材料存在着上述缺点，因而就要求渠道的设计者根据当地的实际情况思考是否是否选择它。

1.2 混凝土渠道防渗的结构形式

用混凝土作为渠道的防渗材料时，首先需要考虑的问题就是联系当地的实际情况选择一个最合适的结构形式。目前我国使用的防渗渠道断面形式主要有以下两种:明渠渠面的断面形式和暗渠渠面的断面形式。前者主要分为梯形、矩形、复合形、弧形底梯形、弧形坡脚梯形和U形;后者一般以U形、城门洞形、箱形和正反拱形为主。其中我国通常选用并且也是使用最广泛的有梯形(包括弧形底梯形和弧形坡脚梯形)、矩形和U形这3种。梯形和矩形的断面施工比较简单，断面尺寸由实际经济断面计算法确定。U形断面因为其整体性能良好，强度较高，受力部位比较均匀，因而能够更好的管理。

1.3 混凝土渠道防渗的设计流程

1.3.1 基础面处理

根据混凝土坐落基础面的不同，对基础面进行不同的处理工作。如果基础面为砂砾石垫层，则应清理干净垫层上的杂物，使其平整，并且用水润湿;如果基础面为防水或是保温材料时，则应在使其平整的基础上，还应铺上一层防水或保温材料;如果基础面为原渠基面，也应进行清扫工作，最后应进行凿毛处理，喷洒素灰水。

1.3.2 渠道相关参数确定

在渠道的设计过程中，涉及到两个相关参数，一个为渠道纵降比，另一个为渠道流速。渠道纵降比直接影响着渠道控制面积的大小和工程整体造价的高低，因此是一个关乎全局的重要因素。一般我们在设计渠道纵降比时，应结合考虑当地的地形走势和所需设计的渠道走线，在进行综合考量后，设计出最佳的渠道纵降比。渠道的最佳流速应介于不冲和不淤之间，因此应由流量和计算好的设计断面来确定。一般来说，混凝土防渗渠道的不淤流速按照经验公式来确定。渠道的流速和渠道的断面设计是息息相关的。

1.3.3 断面设计

一般来说，小型渠道采用U形断面，而中大型渠道通常采用梯形和矩形断面。综合考虑经济效益和施工难度等指标，梯形断面具有最佳效果，主要是因为梯形断面的材料用量比较少，并且性价比高，施工还比较简单。但是，当流量较小时，断面的选择没有多大意义，不同断面可以应用于任何渠道。

1.3.4 伸缩缝处理

在对伸缩缝处理时，现在主要采用806树脂油膏—砂浆伸缩缝。此外，还可以在渠道上设置闭孔泡沫板伸缩缝和切割缝试验段。前者可以用于两边同时浇筑和单边浇筑施工;后者主要针对的是混凝土衬砌渠道因冻胀而产生的裂缝。并且，伸缩缝只设置在渠道横向，纵向则不设置。

1.3.5 压顶封口处理

为了增加渠道边坡混凝土板的稳定性，防止地表的径流注入混凝土背面，应在渠道边坡防渗层顶部设置混凝土水平封顶板，并且要和边坡混凝土连接起来。这样做的目的主要是减少内水压力，以利于水的排放，使水资源的利用率达到最大，渠道使用年限更长。

1.3.6 防冻胀设计

实验证明，如果在渠道防渗工程中使用聚苯乙烯泡沫保温板和防渗土工膜，混凝土板的裂缝会明显减少，防冻胀效果也会更好。同时，这也会提高施工的质量，增加渠道的使用时间。

2 国内外渠道防渗工程设计的发展趋势

目前，国内外的渠道防渗工程设计有以下几种趋势:

2.1 新材料的推广

目前，国内外出现了大量的新型防渗材料，代表有PE、PVC及其改性材料、沥青混凝土防渗材料和新型伸缩缝止水材料。PE、PVC及其改性材料在我国已经有了50多年的使用。这种材料防渗性能好、质量轻、具有一定的延伸性，并且造价也比较低，而且经过20 a使用仍能保持基本完好状态，因此在我国应用范围非常广。沥青混凝土防渗材料在我国第一次使用是在20世纪70年代，这种材料具有防渗性好、温柔性低和裂缝自愈等优点。沥青混凝土防渗材料最佳的应用工程是有冻害的渠道防身工程，因为其可以适应冻胀变形等情况，是一种前景非常宽广的防渗新材料。最后就是新型伸缩缝止水材料，由于这种材料我国研究的比较少，因而应用不是太广泛。但是水利部西北水科研究出了一种性能和其非常相似的材料——焦油塑料胶泥，得到了一定的应用，效益也非常显著。

2.2 防渗形式的变化

以前，渠道在进行防渗设计时多采用单一防渗材料。现在，这种形式已发生了明显的变化，人们多采用复合材料的结构形式进行防渗。防渗层主要采用PE、PVC及其改性材料等柔性膜料起防渗作用，在此之上还应添加一层刚性材料或土料作为保护层，主要起保护柔性膜料不被破坏，工程寿命延长的作用。

2.3 施工形式的变化

现在的渠道防渗工程最多就是采用半机械化施工，远远不能达到全机械化施工的目的。半机械化施工，会导致施工成本的增加，并且施工的效果也不能达到最佳。如果采用全机械化施工的话，施工的速率会显著增加，并且工程的质量也会得到一定保障，施工成本会得到降低，从整体上提高工程的效益。

3 结束语

现实就是，我国是一个水资源非常稀缺的国家，而这种情况随着我国经济的迅猛发展、人口数的不断增加、城市工业化的发展导致的用水量的进一步增加，都直接制约了我国农业用水的供需矛盾。无数现实指出，限制我国农业发展的一大弊端就是干旱缺水。在农业灌溉方面，渠道的渗漏导致了水资源的严重浪费。因此，建设一个水资源利用率很高的渠道防渗工程才是当今实现节水型农业的主要方案。

在这方面，混凝土渠道防渗工程能起到一个及其良好的效果。它不仅能够提高农业灌溉中水资源的利用率，还能够通过降低地下水位起到改善土地次生盐碱化的效果，从另一方面改善土地的环境。因此，设计者在进行混凝土渠道防渗的设计师，应综合考虑多方面的因素选择最佳的设计方案，是渠道达到最好的防渗效果。

最后，我国应大力发展新型防渗材料，并将防渗形式从单一材料防渗转向复合材料防渗，已达到更好的防身效果，并且使防渗具有更好的持久性。同时，为了保证施工质量，进一步加快施工进度，以后的渠道防渗工程施工还应以机械化为主。

［1］水利部农村水利司中国灌溉排水技术开发培训中心.渠道防渗工程技术—节水灌溉技术培训教材［M］.北京:水利水电出版社，2002.

［2］卫江益.渠道防渗工程设计［J］.新疆水利，2003(2):8－11.