渠道防渗的方法及其特点

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必要性       渠道长度大，可能经过不少透水岩土带，即使每带的渗漏量不多，但整条渠道的渗漏总量也会很大。有些土渠或裂隙发育石渠的渗漏量可达引水量的40％～60％，不仅降低灌溉、供水效益,还将抬高通水区地下水位,造成土壤盐碱化、沼泽化。如渠道通过膨胀土或黄土地区，土体发生膨胀或湿陷后可引起渠底高程变化，渗漏严重的还可使填方渠道发生渠坡坍塌，或使渠道所在的山体斜坡发生滑塌等，影响渠道通水，需要预先采取防渗处理措施。     渠水位高于地下水位时，才会发生渗漏。但如果我们的地下水高于渠道我们还何必进行水渠输水呢？因此我们的渠道就必然会面对渗漏，所以我们也必须要采取措施防止渠道渗漏。   当透水层较均匀、地下水埋藏较深时，渠水渗漏过程大体是在过水初期，渗透水流以垂直下渗为主。此时渗漏量最大，下渗水达到地下水位后，除向两侧渗流外，还使渠底下的地下水位上升而形成地下水峰，并逐渐上升到与渠水连成统一水面。此后，渠水向渠道的一侧或两侧渗漏,渗漏量接近稳定值（图1、图2）           渠道长度大，可能经过不少透水岩土带，即使每带的渗漏量不多，但整条渠道的渗漏总量也会很大。有些土渠或裂隙发育石渠的渗漏量可达引水量的40％～60％，不仅降低灌溉、供水效益,还将抬高通水区地下水位,造成土壤盐碱化、沼泽化。如渠道通过膨胀土或黄土地区，土体发生膨胀或湿陷后可引起渠底高程变化，渗漏严重的还可使填方渠道发生渠坡坍塌，或使渠道所在的山体斜坡发生滑塌等，影响渠道通水，需要预先采取防渗处理措施。       一类是设置防渗层,即进行渠道衬砌,可用混凝土和钢筋混凝土、塑料薄膜、砌石、砌砖、沥青、三合土、水泥土和粘土等各种不同材料衬砌渠床。采用防渗措施后,渠道渗漏损失可以减少50%～90%。混凝土衬砌是一种较普遍的渠道防渗形式,防渗防冲效果好、耐久,但投资较大。 措施 为了减少渗漏，提高渠系水利用系数，节约灌溉用水，将各级渠道进行防渗处理，是我国干旱半干旱地区目前应用最为广泛的节水工程技术之一。目前常用的几种形式如下：
一、土料防渗
土料防渗就是将渠基土夯实或者在渠床表面铺筑一层夯实的土料防渗层，包括压实素土、粘砂混合土、三合土、四合土、灰土等。
1．特点和适用条件
土料防渗具有一定的防渗效果［0.07～0.17m3/（m2 ?天）］，能就地取材，造价低廉，技术简单，群众容易掌握，但允许流速小，抗冻耐久性差，故土料防渗适用于气候温和地区流速较小的中、小型渠道，当地应有丰富的土料资源。
若防渗要求高，当地砂石料缺乏，难以采用后述的衬砌方法时，可利用土壤固化剂（如GA剂）对土料进行固结处理。
2．防渗结构和材料
（1）土料防渗，一般由等厚的土料防渗层构成。如用于寒冷地区，则应根据冰冻情况，加设30～50厘米的保护层，土料防渗层的厚度可参考表1选用。为了防止三合土、四合土、灰土等混合土料防渗层由于温度变化等原因引起裂缝，可每隔3 ～5米设一条伸缩缝。为了提高土料防渗层的表面强度，可用水泥砂浆抹面1厘米，亦可在灰土、三合土和四合土防渗层表面，涂刷一层1：10～1：15的硫酸亚铁溶液。
（2）素土的选用和混合土料的配合比，应通过试验确定最大干容重和最佳含水率，按照强度最大、渗透系数最小的原则选用防渗土料。无条件进行试验时，可参考表1选用。
（3）素土和粘砂混合土应进行泡水试验。若发现试件崩解，或呈浑浊液时，应改换素土和调整粘砂混合土的配合比。
3．施工要点
土料防渗要做到“六防”即“防渗、防冻胀、防湿胀、防干缩、防滑坡和防冲刷”。除了必须有合理的设计外，施工质量直接影响其效果和寿命。因此，施工时必须掌握好削坡清淤、配料、拌和、铺料、锤实和养护等各个环节。主要应注意如下几点：
（1）土料的原材料应粉碎、过筛，素土粒径不应大于2.0厘米，石灰不应大于0.5厘米。
（2）施工中应严格控制配合比和含水率，拌和后含水率与最佳含水率的偏差值不大于1％。
（3）混合土料宜先干拌后湿拌。
（4）铺筑顺序是三合土、四合土、灰土先渠坡后渠底；素土、粘砂混合土先渠底后渠坡。防渗层厚度大于15厘米时，应分层铺筑。铺筑时应边铺筑，边夯实，夯实后土料的干容重不得小于设计容重。
二、水泥土防渗
1．特点和适用条件 水泥土防渗分为干硬性水泥土和塑性水泥土两种，北方多用前者，南方多用后者。水泥土具有较好的防渗效果［0.06～0.17m3/（m2?天）］，能就地取材，造价低，技术简单，群众容易掌握，其水泥用量与低标号混凝土的水泥用量相当，允许流速小，抗冻性差。适用于温和地区，且附近有砂土和砂壤土而缺乏砂石料的渠道。
2．施工要点
（1）水泥土所用土料应风干、粉碎、过5毫米筛。
（2）水泥土铺筑应做到配料准确，拌和均匀、摊铺平整、浇捣密实。拌和水泥土时先干拌后湿拌，铺筑水泥土前，应洒水润湿渠基。半小时左右，将拌好的水泥土，按先渠坡后渠底的顺序均匀地铺筑。初步抹平后，宜在表面撒一层厚2毫米的水泥，随即揉压抹光。
应连续铺筑，每次抹和料从加水至铺筑宜在1.5小时内完成。
（3）设置保护层的塑性水泥土，其保护层应在塑性水泥土初凝前铺设完毕。当保护层为水泥砂浆时，应在水泥砂浆上刷一层水泥浆，用钢板压光，并且养护两周以上。 三、混凝土防渗
1．特点和适用范围
混凝土衬砌渠道具有防渗抗冲效果好，输水能力大，经久耐用，便于管理等特点。因而，适用于各种地形、气候和运行条件的大、中、小型渠道，附近应有骨料来源。
2．施工技术
混凝土衬砌按施工方法分为现浇和预制两种。现浇混凝土防渗层时，除了有分块的两侧挡板和伸缩缝成型夹板外，还应有外模板，否则施工质量不易保证。为节约模板、提高质量、降低成本，可采用活动模板和分块跳仓法、滑模振捣器法施工。近十几年来使用衬砌机浇注U型混凝土渠道，在土基梯形和U形渠道上采用喷射混凝土以及对塑料养护剂的试验应用是混凝土衬砌施工技术的重要发展；现浇完毕后，应及时收面，及时养护。
混凝土预制板初凝后即可拆模；强度达到设计强度的70％方可运输；安砌应平稳、坚固；砌缝应用水泥砂浆填满、压平、抹光。
四、膜料防渗
1．特点和适用条件
膜料防渗是用塑料薄膜或沥青玻璃纤维布油毡或者复合类膜料作防渗层，其上设保护层的防渗方法。膜料防渗性能好，适应变形能力强，南北方均可采用，特别是北方冻胀变形较大的地区，效果理想。
2．施工技术
膜料防渗的施工程序为渠道基槽开挖整平、薄膜加工及铺衬、保护层回填夯实三个步骤。膜料防渗施工质量的核心问题，是在施工过程中保持膜层的完整和土保护层的边坡稳定。
土渠层的铺膜基槽可采用梯形、台阶形、五边形和锯齿形等断面形式，当渠槽开挖整平后，首先进行灭草处理，然后根据渠道大小将膜料加工成大幅，自渠道下游向上游，由渠道一岸向另一岸铺设膜料，膜料应留有小褶，并平贴渠基。
保护层的回填夯实，直接影响保护层的稳定和衬砌的防渗效果。土保护层可用压实法或浸水泡实法填筑，刚性材料保护层的施工方法与相同材料防渗层施工方法相同。 塑料薄膜渠道防渗技术,顾名思义,就是在渠道内铺设塑料薄膜来防止渗漏的方法。与用混凝土、浆砌石、砖砌等渠道相比,塑料薄膜渠道有不少优点。它不但大大提高了渠道水的利用系数,而且造价低、运料方便、施工简单,防渗效果比较理想。另外这种渠道柔性好,有一定防冻胀能力,适合寒区采用。据有关资料表明,塑料薄膜防渗有效期,在南方可达10—15年,东北寒地也可在9—12年。经实际核算,用塑料薄膜防渗的费用仅为混凝土衬砌的1/8
五、沥青混凝土防渗 1．特点和适用条件
沥青混凝土衬砌属于柔性结构，其防渗能力强，适应变形性能好，造价与混凝土相近，适用于冻害地区，且附近有沥青料源的渠道。
2．沥青混凝土衬砌分有、无整平胶结层两种。
一般岩石地基的渠道才考虑使用整平胶结层。为提高沥青混凝土的防渗效果，防止沥青老化，在沥青混凝土表面涂刷沥青玛蹄脂封闭层。涂刷的沥青玛蹄脂，必须满足在高温下不流淌，在低温下不脆裂，具有较好的热稳定性和变形性能。
沥青混凝土衬砌每隔4～6米应设置横向伸缩缝，以适应外界温度变化对衬砌的影响。
沥青混凝土防渗一般采用等厚断面，中小型渠道为5～6厘米，大型渠道为8～10厘米。整平胶结层应能填平岩石基面。沥青玛蹄脂的厚度一般为2～3毫米。冻脂性土基，渠坡采用楔形断面时，坡顶厚度一般为5～6厘米，坡度厚度8～10厘米。
3．施工技术
沥青混凝土衬砌正式施工前，必须首先进行试铺筑，以确定沥青混合料的配合比、摊铺厚度、施工温度、碾压遍数等工艺参数。
沥青混凝土衬砌施工工序是：铺筑整平胶结层→铺筑防渗层→涂刷封闭层。碾压是沥青混凝土衬砌施工的关键环节，按选定的摊铺厚度均匀摊铺后，先静压1～2遍，再振动压实。压实渠坡时，上行振动，下行静压。压实过程中应严格控制施工温度和碾压遍数。