渠道防渗维护技术的发展趋势

□ 何章森 马利嘉

渠道防渗是我国目前应用广泛的节水工程技术，常用土料、水泥土、石料、混凝土、沥青混凝土和膜料等材料作为渠道防渗层，以达到防止渠道渗漏的目的。近20年来，渠道防渗工程技术引起普遍重视并得到迅速发展，在防渗材料、防渗断面结构形式方面取得了许多研究成果，渠道防渗由单一材料向复合材料、由单一结构向复合结构和由以人工施工为主向半机械化机械化方向发展。

在渠道及其建筑物的维修中，合理使用建筑材料对确保维修工程质量、防止工程病害的发展、降低维修费用等方面都有十分重要的意义。因此，现在的渠道维护施工人员不仅要掌握工程维修的技能，也要了解常用建筑材料的种类及、用途和新型建筑材料的用途、性能及施工技术知识，才能更好地适应维修养护工作的需要。

一、渠道防渗工程的种类、防渗渠道断面及材料

（一）防渗工程种类

根据使用的材料的不同，渠道防渗工程一般包括如下几种：

1.土料防渗。适用于粘性土（土壤、粘土及黄土等）渠道。按砌筑方法的不同，土料防渗又分为四种类型：原土夯实、粘土护面、胶泥锤钉、草泥护面。

2.灰土防渗。适用于南方防渗要求高、产石灰的地区，在北方寒冷地区需加保护层。

3.水泥土防渗。适用于有水泥但缺少砂石料的地区。水泥土按施工方法的不同，分塑性水泥土和干硬性水泥土两种。

4.砌石防渗。适用于当地有石料、流速大的地区。按砌筑石料可分为卵石防渗和料石（包括块石、板石）防渗；按砌筑方法的不同，有干砌、干砌沟缝和浆砌三种。

5.膜料防渗。适用于防渗要求高，边坡较缓的土渠。此方法已广泛应用于渠道防渗工程中。

6.混凝土防渗。适用于丘陵地区和地形地质复杂地区及边坡较陡且粗糙和岩层有裂隙需加固的渠段。按其施工方式可分为现场浇筑、预制装配和压力喷射三种。

7.沥青混凝土防渗。适用于防渗效能高、当地有沥青材料的地区。按其防渗的结构形式可分为沥青薄膜、沥青席、沥青砂浆和沥青混凝土等四种。

8.砌砖防渗。适用于产粘土砖、陶砖及上釉砖、非寒冷和盐碱化不严重的地区。防渗砖有普通的粘土砖、陶砖及上釉砖。

（二）防渗渠道的断面形式

明渠渠道的断面形式一般为：梯形；矩形；复合形；弧形底梯形；弧形坡脚梯形；U形断面。暗渠渠道的断面形式一般为：U形；城门洞形；箱形；正反拱形。

（三）防渗材料

1.土料。土料防渗是指以粘土、粘砂混合土、灰土、三合土和四合土等为材料的防渗工程措施。土料防渗具有就地取材、料源丰富、技术简单、施工方便、造价低、投资少等优点。我国很早就有采用土料防渗的记载。土料防渗的缺点是冲淤流速难于控制、抗冻性较差、维修养护工程量大。随着渠道防渗工程技术的发展，各种防渗新材料和新技术的应用，传统的土料防渗措施正在逐年减少。

2.水泥土。水泥土为土料、水泥和水拌合而成的材料，其主要作用是靠水泥与土料的胶结与硬化达到防渗目的。水泥土中的土料占80%～90%，因此，材料来源丰富，造价较低，施工较容易。缺点是早期强度低、抗冻性较差，仅适用于南方温和气候的无冻害地区。

3.砌石。砌石防渗的优点是可就地取材、抗冲刷和耐磨性能强，一般渠内流速可达3～6m/s，大于混凝土防渗渠的抗冲流速，同时抗冻和抗渗能力也较强。缺点是仅适用于石料来源丰富的地区，较难实现机械化施工，施工质量难于控制。

4.混凝土。混凝土防渗是目前广泛采用的一种渠道防渗技术措施。其优点是：防渗效果好，一般能减少渗漏损失90%～95%以上；糙率小(n = 0.014～0.07)，允许流速大，一般为3～5m/s，缩小渠道断面，减少土方工程量和占地面积；强度高、耐久性好、便于管理、适应性广泛。但混凝土衬砌板适应变形的能力差，在缺少砂石料地区造价较高。

5.沥青混凝土。沥青混凝土防渗具有防渗效果好、低温柔性好、抗冻能力强和裂缝自愈等优点。国外在20世纪30年代即应用于大坝防渗工程上，我国于20世纪50年代就开始在渠道上将沥青混凝土作为防渗材料。工程试验证明，其极限拉伸值远大于混凝土，在一22℃～27℃低温下尚有一定的柔性，是一种较理想的防渗材料，但因沥青料源不足，推广较慢。

6.膜料防渗。具有较好的防渗效果，一般可减少90%以上的渗漏损失，同时具有施工方便、工期短、造价低等优点。我国膜料防渗始于上世纪60年代， 80年代以后，膜料防渗发展较快，目前应用的有PE、PVC及其改性塑膜，PVC复合防渗布和沥青玻璃丝布油毡等。但由于土工膜较薄，在施工期和运行期易被刺穿，使得防渗能力大大降低。

二、国内外渠道防渗工程技术发展趋势

综合国内外工程技术概况，渠道防渗工程技术有以下发展趋势：

（一）防渗新材料的研究和推广

1.薄膜材料。我国从上世纪60年代开始研究膜料防渗，以后逐渐推广。1984年为加速推广塑膜防渗，在“全国渠道防渗科技协调组”的组织下，在新疆专门召开了“塑膜防渗科技经验交流会”，使塑料薄膜防渗很快发展起来，且生产了一些新型膜料。

① PE、PVC及其改性塑膜。经过20--30年的运用仍基本保持完好，显示了塑膜防渗性能好、质轻、延伸性强、造价低且能满足工程使用寿命等优点。近年来又开发出宽幅、高密度、线性低密度以及高充填合金聚乙烯膜，使其抗拉强度、延伸率和抗撕裂强度有了大幅度提高，加之与之配套的多种粘合剂和焊接工艺，为塑膜防渗开辟了前景。

② PVC复合防渗布。PVC复合防渗布是将PVC加增塑、抗老化剂等材料压延涂敷于无纺布上而制成的复合防渗膜料，有一布一膜、二布一膜，厚度在0.5～2.3mm的系列产品。该产品具有竖向防渗、水平导水的性能，强度及抗老化性能较高。由于该产品价格较高，故适用于地下水位浅埋或有旁渗的渠道及防渗标准较高的工程。

③ 沥青玻璃丝布油毡。这是采用玻璃丝布作基材，以改性沥青作浸涂层，经压制而成的防水卷材。该产品由西北水科所与青海水科所协作开发。此后，各地针对沥青低温变脆、高温流淌及老化快等缺陷，采用高聚合物及添加剂来改善沥青性质，又陆续开发出SBS,、APP、 FBS等多种类型的改性沥青及高分子防水卷材。

2.沥青混凝土防渗材料。沥青混凝土防渗材料因具有高抗渗性、低温柔性和裂缝自愈等突出优点，早在1936阿尔及利亚修建了格里布斜墙坝后，很快便在水工防渗工程上得到推广。我国水利部西北水科所在上世纪70年代经过在陕西省冯家山灌区、青海省涅海渠和山东省渔张五干渠等地的沥青混凝土渠道防渗工程试验证明，其极限拉伸值为混凝土的3.6～20倍，在22～27℃的低温下尚有一定的柔性，且为黑色材料。该产品用于有冻害的渠道防渗工程，可以适应冻胀变形，有保温作用，可以减免冻害，且造价不高，是一种很合理很有前途的防渗新材料。但目前因料源不足，推广较慢。

3.新型伸缩缝止水材料。我国以往在止水材料方面投资较少，一些刚性材料防渗渠道多用沥青砂浆、油毡、氯乙烯汕膏等作伸缩缝止水材料，但这些材料有的性能差、有的造价较高、有的施工技术复杂，难以较好地解决生产中的问题。水利部西北水科所在聚氯乙烯油膏的基础上，研制出性能与其相同、但造价却很低的新型伸缩缝止水材料——焦油塑料胶泥。目前此材料已在各地广泛应用，效益显著。

（二）复合材料防渗结构形式

实践证明，单一的混凝土或砌石等防渗材料很难达到预期的防渗效果和耐久性。近年来随着防渗膜料的发展，采用了复合材料防渗的结构形式——采用柔性膜料(塑膜、沥青玻璃布油毡或复合膜料等)作防渗层，主要起防渗作用；在膜料防渗层之上，再用混凝土等刚性材料或土料作保护层，此层主要起保护膜料不被外力破坏和防止老化、延长工程寿命的作用。两种材料互相扬长避短，显示了明显的经济技术性能。其主要优点如下：

1.防渗效果好。不同材料防渗渠道的渗漏量见下表。

不同材料防渗渠道渗漏量表

2.延长渠道防渗工程的寿命。明铺式膜料防渗，因老化严重而寿命短，但铺在保护层下，其寿命在30年以上。同时，膜料防渗层可以保温，降低渠基土的水分，从而减轻冻害，使混凝土、砌石等刚性保护层裂缝破坏减少，延长了工程寿命。

3.造价低。采用混凝土作膜料防渗层的保护层时，其厚度可以由混凝土防渗时的10～14cm减薄至4～8cm。用减薄混凝土节约的投资购买膜料，可使总造价较低，再加上复合材料防渗减轻了冻害，还可减少维修和管理费用。

4.符合国情。我国拟建的防渗渠道多为旧渠改建工程，普遍存在施工与行水时间的矛盾。如采用工厂生产的膜料，可先预制好混凝土板，在停水期施工，不影响行水。

（三）防渗渠道新断面形式

过去的防渗渠道断面形式多采用梯形或矩形，近年来我国各地结合工程具体条件，在小型渠道上已大量推广了U形断面，在大、中型渠道上，也将逐渐采用弧形坡脚梯形断面和弧形底梯形断面。

1.U形断面防渗渠道。U形渠目前系采用底部为半圆或弧形、上部为一定倾角的直线段的断面形式。近年来有些灌区结合当地实际对U形断面进行了改进，采用抛物线形断面，比U形断面更接近于最优水力断面。混凝土U形渠较梯形渠每公里输水损失小3.7%，较土渠可以减少渗漏损失更大，防渗效果最好。它近似于最佳水力断面，水流条件好、流速快、输水输沙能力强。

2.弧形坡脚梯形断面或弧形渠底梯形断面防渗渠道。此种渠道的优点是：较梯形断面流速分布均匀，近似最佳水力断面，流速较快，改善了防渗渠道冻胀变形分布的不均匀性，且渠底有一定的反拱作用，故可以减轻冻害，减少裂缝和错台现象，造价较低。

（四）施工向半机械化和机械化方向发展

为了保证施工质量，加快进度，美、日等国已基本上全部采用机械化施工的方法修建渠道防渗工程，这是施工技术的发展方向。目前，我国在渠道防渗工程施工机械设备的研制和应用上已经迈出了可喜的一瞎，这对提高防渗工程质量、加快施工进度、降低工程造价和提高工程效益等都起到了良好的作用。如U形渠道基槽开渠机、小型U形渠混凝土浇筑机等，在我国渠道防渗工程施工中的应用越来越普遍，基本实现了施工机械化。

三、结束语

我国是一个水资源严重短缺的国家。随着经济的发展、人口的增加、社会的进步、工业和城市用水量的激增，农业用水供需矛盾日益突出，干早缺水成为制约我国农业发展的主要因素之一。输水渠道渗漏是浪费水的主要方面。建设好渠道防渗工程，是节约用水、实现节水型农业的重要内容。规划好、设计好、建设好渠道防渗工程，可以有效地提高渠系水利用系数，充分发挥现有工程的效益。为了充分利用水资源，在渠道防渗工程治理中，应大力推广防渗新技术，以达到更高的水资源利用率。