永舒榆灌区节水灌溉工程中的防渗技术

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 摘要: 本文详细介绍了复合土工膜结合PP纤维混凝土在永舒榆灌区节水灌溉续建工程中的应用及其防渗原理，在实践中取得的较好效果
Abstract: this article introduced detailed that Complex Geomembrane and PP Fibre Concrete be used in the Seepage Prevention Project of Yongshuyu Irrigation System,and introduced the seepage  control principle.Get well effect in practice.
【关键词】节水灌溉；渠道防渗;土工膜;PP纤维混凝土
【antistop】Seepage Prevention Project， Canal Seepage Protection， Complex Geomembrane，    PP Fibre Concrete
前言
永舒榆灌区位于吉林省中部，吉林市北部，第二松花江右岸，以第二松花江为水源，为吉林市唯一的无坝自流引水大型灌区。是全国重要商品粮基地。吉林省8大灌区之一，设计灌溉面积 2 41万hm2，设计引用流量56m3/s。受益范围涉及长春、吉林两个地区的两市一区共 7个乡镇、 62个行政村、1个国营农场和1个经济开发区 ,人口 1 5 3万人 ,实际灌溉面积 1 733万hm2 ,是吉林省的水稻主产区。灌区始建 1943年 ,先后经历了初建、兴建、电灌、续建四个历史阶段 ,自投入运行以来为当地的农业生产和农村经济的发展发挥了重要作用。但由于永舒榆灌区续建时是“边设计、边施工、边运行”的“三边”工程 ,因此存在着许多亟待解决的问题。
永舒灌区地势由南向西北倾斜，地面海拔高程在160m至173m之间，东西平均坡度为1/4000～1/6000，南北平均坡度1/200～1/1000，区域在大地构造位置上处于新华夏系构造体系，地貌单元为现代冲积、淤积、一级阶地、二级阶地、三级阶地。渠系在现代冲积、淤积及一级阶地地貌单元上。地层岩性为第四系松散堆积的壤土、淤积质壤土、砂、砂砾卵石等。
永舒灌区地形属河谷平原，区内地下水按其成因类型及埋藏条件，主要为第四系松散岩类孔隙水，漫滩地下水以潜水为主，局部具微承压性，阶地地下水以承压水为主，承压水水头较低，局部为潜水。地下水位一般在1～3m之间，水位变化受季节性及人工调节明显。地下水化学类型以HCO3-SO4-Ca-Na型水为主，一般水质较好，无色、无味、可饮用。
工程区属温带大陆性季风气候，春季干旱少雨，夏季炎热，秋季凉爽，冬季漫长寒冷。年平均气温3.50C，最高气温36.60C，最低气温达-420C，无霜期在110天～142天，初霜在9月中旬，终霜在5月中旬，全年日照2400至2500小时。最大冻土深1.7m，多年平均降水量600-750mm，年平均蒸发量1421mm，灌溉期蒸发量581.03mm。
该灌区建于日伪时期，开发年代较久。建国后虽经多次维修改造，但目前灌区建设仍不适应于国民经济发展要求，主要是：工程不配套、骨干渠系建筑物工程配套率仅为42%～88%；现有工程年久失修，骨干工程完好率仅为25%～67%；干支斗农渠道几乎没有防渗措施，田间节水工程建设滞后，灌溉水跑冒滴漏严重；渠系水的利用系数仅为0.47～0.68，田间水利用系数仅为0.88～0.95，灌溉水利用系数仅为0.42～0.65；水分生产率低，单位面积用水量高，影响了灌区设计效益的发挥。在吉林省进行大型灌区续建配套节水改造显得尤为必要。近年来，国家对该灌区续建配套节水改造建设给予了扶持和投资，调动了地方政府和群众对灌区建设的积极性，有效地推动了以节水增效为中心，以提高水的利用率、水分生产率为重点的大型灌区建设步伐，促进了灌区灌溉事业的发展，实现了农民增产增收，促进了该灌区覆盖范围内的经济可持续发展。
在灌区实施节水灌溉设施配套建设中，为减少渗漏的渠道衬砌是比重比较大的一项建设内容。
灌区续建配套节水改造工程项目建设卓有成效
从国家开展大型灌区续建配套节水改造工程项目建设工作以来，永舒榆灌区节水项目的实施，较好地完成了灌区续建配套节水改造工程建设计划任务，增强了该灌区基础设施功能。
（一）灌区工程状况得到明显改善
由于近几年对工程不断地进行维修、配套和改造，使该灌区的主要病险工程得到了整治，亟待配套的工程得到了配套，工程状况和灌溉供水条件得到了一定的改善，大型灌区工程配套率和完好率都有了提高。渠道防渗工程使灌区的渠道输水能力大大增强，确保了灌溉范围内水田灌溉面积的稳步发展。
（二）续建配套节水改造项目效益显著
续建配套节水改造项目的实施，带来了非常明显的经济效益、社会效益和生态效益。具体表现在以下四个方面：
1、通过对灌区工程的配套、改造和渠道防渗衬砌，减少了灌溉用水的跑、冒、滴、漏，提高了水的灌溉水利用系数，也缩短了各灌区的灌溉周期（灌溉周期缩短了3天），为下游城市生活、工业用水和生态环境用水提供了一定的水资源保障。
2、通过对灌区渠首工程改造（抽水站、拦河闸），提高了灌溉引水能力，既缓解了灌溉期间用水紧张的局面，又促进了灌区水田的开发和老水田的改造，粮食产量明显提高。极大地拉动了地方经济的快速发展。
3、节约了大量能源，降低了农民生产成本，促进了农民增产增收。
4、灌区续建配套节水改造项目使周边生态环境得到了改善。
防渗原理及施工工艺
在水利工程中，采用的防渗措施是随着科学技术的发展而逐步多样化起来的，相关的防渗材料由单一的粘土类，进而演变成水泥、沥青、橡胶、高分子聚合物等多样化的工业产品。土工合成材料的出现，又使得土工膜这一新颖的防渗材料受到了工程设计和施工的青睐。
该灌区多年来渠道衬砌采用的防渗措施就是以复合土工膜加pp纤维混凝土板来实现防渗目的的。
聚丙烯纤维又称为工程纤维、混凝土纤维、抗裂纤维、防裂纤维或合成纤维,是一种以聚丙烯为主要原料,以独特生产工艺制造而成的高强度束状单丝纤维.加入混凝土或砂浆中可有效的控制混凝土（砂浆）固塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂缝,防止及抑止裂缝的形成及发展,大大改善混凝土的阻裂抗渗性能,抗冲击及抗震能力,广泛的应用于地下工程防水,工业民用建筑工程的屋面、墙体、地坪、水池、地下室等,以及道路和桥梁工程中。
复合土工膜，是以塑料薄膜作为防渗基材，与无纺布复合而成的土工防渗材料，它的防渗性能主要取决于塑料薄膜的防渗性能。目前，国内外防渗应用的塑料薄膜，主要有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE），它们是一种高分子化学柔性材料，比重较小，延伸性较强，适应变形能力高，。耐腐蚀，耐低温，抗冻性能好。其主要机理是以塑料薄膜的不透水性隔断土坝漏水通道，以其较大的抗拉强度和延伸率承受水压和适应坝体变形；而无纺布亦是一种高分子短纤维化学材料，通过针刺或热粘成形，具有较高的抗拉强度和延伸性，它与塑料薄膜结合后，不仅增大了塑料薄膜的抗拉强度和抗穿刺能力，而且由于无纺布表面粗糙，增大了接触面的摩擦系数，有利于复合土工膜及保护层的稳定。同时，它们对细菌和化学作用有较好的耐侵蚀性，不怕酸、碱、盐类的侵蚀。
复合土工膜的使用年限问题，主要是由塑料薄膜是否失去防渗隔水作用而定。据苏联国家标准规定，水工用的厚度为0.2m的加稳定剂的复合土工膜，在清水条件下工作年限可达40~50年，在污水条件下工作年限为30~40年。因此复合土工膜的使用年限足以满足一般工程防渗要求的使用年限。
目前，国内生产土工膜有一布一膜，一布二膜，二布一膜，二布二膜及多布多膜等。型号有200g/m2~1000g/m2等
该灌区多年来渠道衬砌采用的为山东淄博产的防渗复合土工膜，技术指标：型号和规格为：WCD——1型二布一膜的复合土工膜，其规格为300g/m2，。
幅宽4m~5m，抗穿刺强度高，摩擦系数大
耐老化性能好，适应环境温度范围大，优良的抗排水性能
主要技术指标：断裂强度KN/m 5 75 ，CBR顶破强力KN 11 纵横向，撕破强力KN 0.15 纵横向
渠道未衬砌时，一般是土质渠道，多含有腐殖质，易滋生杂草灌木，树根也易扎入，鼠类、蚁类繁衍，容易挖洞贯穿堤防，常谓千里之堤，毁于蚁穴，便是说这类土堤。以上的原因，使得在实际中，土质堤防渠道渗漏十分严重，甚至还有局部被冲刷决口，渠道缺失，无法进行输水到田。
在修整完渠道底、边坡和堤顶后，铺设复合土工膜，在土工膜上现浇pp纤维混凝土，使输水断面成为混凝土断面，解决了空隙洞穴的问题，解决了冲刷的问题，解决了渗漏系数较大的问题。渠道基面处理
基面欠方时，应当进行土方填筑，首先前应对填筑部位的基础进行清理和排水，清除填筑区内的树皮、草根、垃圾以及其他不合格物。填筑土料严格按设计要求，作业面分层统一铺土，统一碾压。采用推土机碾压，人工夯实边坡，并做出坡顶和坡底边线。机械碾压不到的部位，应以人工夯实，填筑的土料要符合设计要求。
土方回填料确定后，需要在料场进行取样，抽取的土样应具有代表性，包括使用范围内的各个土层和性状的土。土样抽取后进行标准击实试验，确定最优含水率下的最大干密度。并保证满足设计压实度要求，同时确定最优含水率。
基面一定在按设计要求清理好，这是确保防渗效果的关键，特别是对尖石、树根等杂物要彻底清除干净，基面不允许有局部凹凸现象，清理好的基面要用夯锤或夯板夯紧，使之密实平整。
土方回填时，根据土料最佳含水量、摊铺厚度、碾压及夯实遍数，对填筑过程进行严格控制。铺土时，对边坡处要进行开蹬处理，开蹬宽度按开挖边坡系数和铺土厚度计算确定。铺土厚度不允许超出经试验确定的铺土厚度。压路机碾压采用进退错距法，碾迹搭接宽度应大于10cm。人工夯实按每层20cm一次性达到要求向前推进，在回填铺土及碾压和夯实时，其推进方向与轴线平行。人工夯实与碾压结合处其重叠部位不应小于0.5m。对于碾压中出现的漏压及欠压部位以及碾压不到位的死角均采用人工夯实方法进行补救。分段碾压时接茬处应作成大于1：3的斜坡，碾压时碾迹应重叠0.5m，上下层错缝距离不应小于1m。在降雨前应及时压实作业面表层松土，并将作业面作成拱面或坡面以利排水，雨后应晾晒或对填土面的淤泥清除，合格后方可继续填筑。
复合土工膜铺设
防渗膜进场时要检查产品出厂合格证，且各项技术指标均应达到规范和设计要求，进场后要将其放置在干燥、避光处。铺设前应进行复检，合格后方可使用。渠道表面处理检验合格后，进行铺设。膜与膜之间及膜与基面之间要压平贴紧，但不宜将膜拉得过紧，应留有一定的宽松度，以适应不均匀沉陷变形，因为土工膜比较薄且很轻，铺好以后，在未铺好保护层以前，极易被风吹动，所以一次铺膜面积不宜达大，不能在膜底留有气泡防渗膜连接采用热元件法焊接，焊接叠合宽度为5㎝。焊接后，两面土工布搭接后缝合，铺设时纵向自下游侧开始依次向上游侧平展铺设，避免防渗膜打皱，上游侧防渗膜搭接在下游侧防渗膜上。横向自堤脚依次向堤顶铺设，方法同纵向。已铺防渗膜上的破孔应及时粘补，粘贴膜大小应超出破孔边缘10-20㎝。铺设完成后及时进行砼浇筑。
该灌区渠道防渗衬砌设计pp纤维混凝土板厚度在50mm左右，采用沥青木板伸缩缝现浇工艺。
现浇PP纤维砼，采用沥青木板进行分块浇筑。砼搅拌时，先将纤维先撒入符合设计水灰比的水（使用减水剂的水量）中浸泡，搅拌均匀后，使程悬浮状，在搅拌机搅拌水泥与砂卵石料时倒入共同拌制，要保证PP纤维在砼中分布均匀。拌制混凝土需要较低水灰比，较小塌落度，卵石最大粒径小于20mm，为防止搅拌好的纤维砼在运输至作业面的过程中产生灰浆离析，浇筑前应进行必要的人工拌和。振捣采用小型手持式平板振捣器，振捣后的PP纤维砼表面应平整，并有均匀的灰浆泛出。然后将表面抹平。养生不少于7天，每天洒水4遍，使纤维砼体在养生期保持湿润。
结语
经过工程运行，该方案成熟，防渗节水效果明显，有效的起到了节水灌溉的需要。
参考文献：
[1]《复合土工膜设计规范》
[2]水利部建设司，《水利水电施工技术规范汇编》　
[3]王忠,防渗膜与PP纤维混凝土在灌区工程中的应用年 第02期吉林水利 2008
[4]夏立军,蒋晓红,复合土工膜在渠道防渗中的应用年 第02期 吉林水利2004