浆砌石防渗在汾河二坝西一支渠的应用及分析

刘宏武

（山西省汾河灌溉管理局，山西 祁县 030900）

1 工程基本情况

汾河二坝西一支渠位于汾河西岸的清徐与交城县境内，兴建于20世纪50年代，北从汾河二坝西干渠进水闸引水，西南到交城县王明寨西入磁窑河，渠长13.54 km，设计流量4.75 m3/s，渠道纵坡1/2 500，灌溉面积0.59万hm2。从2003年开始，西一支渠承担清徐、交城工业园区内清泉西湖、华鑫水库的工业供水任务。

西一支渠经过几十年的运行，渠系和建筑物年久失修，冲刷渗漏严重，渠系水利用系数仅0．549，灌溉水利用系数仅0.358，特别是西一支渠承担工业供水任务后，农业灌溉供水由原来的每年1~2次增加为每年4次，渠道和建筑物老化损毁严重，跑、冒、滴、漏严重，造成安全隐患，直接影响灌区效益的正常发挥。

2003年，汾河灌区按照轻重缓急、分期实施的原则，对西一支渠逐步进行节水改造与续建配套工程建设，主要利用浆砌石防渗材料对西一支渠进行全段防渗处理，经过几年的工程建设，至2010年，西一支13.54 km渠道防渗工程全部完成。

2 渠道防渗材料

西一支渠位于北方季节性冻土地区，全年工农业供水4次，分别在3月、6月、9月、11月进行，供水次数多、流量大、时间长，并承担冬季供水任务，因此对渠道防渗的整体稳定性以及抗冻、抗冲性能的要求都较高。相对而言，混凝土的防渗效果较好，但浆砌石的整体稳定性及抗冻、抗冲性能均优于混凝土，且清徐县边山地区石料丰富，浆砌石防渗材料具有就地取材、造价较低、施工简单、易于维修等优势，因此选用浆砌石作为主要防渗材料，并在防渗要求较高的地段加复合土工膜复合使用。

3 应用实践和效果分析

浆砌石防渗断面形式主要有重力式矩形断面、斜坡式梯形断面以及加复合土工膜、混凝土底板的复合断面形式。各年度工程项目的防渗断面形式和防渗长度见表1。

表1 各年度工程项目的防渗断面形式和防渗长度

3.1 浆砌石重力式矩形断面形式

2003年和2007年度项目采用浆砌石重力式矩形断面形式，主要应用在西一支渠清徐城区段（0+854—4+521），该段纵坡大（1/1 620）、冲刷严重，边坡坍塌不稳定，地下水位较高，沿渠企业和居民经常将污水和垃圾倾倒在渠内，形成局部淤积，严重影响了渠道的正常运行。采用重力式矩形断面防渗形式后，加强了渠堤的整体稳定性，抗冻、抗冲性能较好，并具有占地少、节约土地资源的优势，尤其适于城区段的防渗处理。因其地下水位较高，不铺设复合土工膜，增加干插石基础，加大矩形断面尺寸，取得了很好的防渗、防冲、加固渠堤效果，工程运行状况良好。缺点是断面尺寸大，工程投资较大。

3.2 浆砌石斜坡式梯形断面加复合土工膜形式

2008年度新增项目采用浆砌石斜坡式梯形断面加复合土工膜的防渗形式，主要应用在西一支10号闸（9+039）以下渠段，该渠段坡度较缓，土质渠堤的梯形断面形状稳定，渠道左岸是农田，右岸毗邻新一支退水渠，均为填方渠堤，防渗要求较高。采用斜坡式梯形断面防渗形式后，减少了土方回填的工程量，梯形断面尺寸小，仅是矩形断面工程量的65%，能够节省大量资金。缺点是土质边坡的压实度不易保证，施工难度较大；浆砌石护坡厚度仅400 mm，抗冻胀能力较低，工程竣工运行后，由于农田冬灌和退水渠内积水影响，两侧护坡均在水位线附近出现冻胀裂缝，增加了工程维修成本。

3.3 浆砌石重力式矩形断面加复合土工膜形式

2008年度项目03标采用浆砌石重力式矩形断面加复合土工膜的防渗形式，主要应用在西一支（4+521—8+745）渠段，该段渠堤坡面较陡，渠道左岸是农田，右岸毗邻新一支退水渠，防渗要求较高。采用重力式矩形断面加复合土工膜防渗形式后，防渗效果明显，抗冻胀性能得到提高，虽受农田冬灌和退水渠内积水影响，但工程竣工运行至今没有出现冻胀裂缝，运行情况良好。

3.4 斜坡式优化梯形断面加复合土工膜形式

2008年度项目04标继续采用浆砌石斜坡式梯形断面加复合土工膜的防渗形式，主要应用在西一支（9+420—12+100）渠段。鉴于2008年度新增项目采用该防渗形式后出现冻胀裂缝问题，所以04标项目在断面工程量保持基本不变的情况下，变更了断面设计，将400 mm厚的平行四边形护坡变为上部300 mm、下部500 mm的梯形形状，增加了100 mm的基础宽度，增强了护坡底部的抗冻胀能力，工程竣工运行后只在左岸背阴坡出现局部冻胀裂缝，取得了一定的抗冻胀效果。

3.5 浆砌石重力式矩形断面、混凝土底板加复合土工膜形式

2009年扩大内需项目沿用浆砌石重力式矩形断面加复合土工膜的防渗形式，变浆砌石底板为干插石混凝土底板，消除了浆砌石底板容易局部淤积并滋生杂草的缺陷，把浆砌石和混凝土防渗材料有效结合起来，是一种标准较高、成功有效的防渗形式。

4 效益分析

2008年5月，防渗工程未全部实施以前，西一支渠同时给清泉西湖和华鑫水库供水550万m3，清泉西湖从10号闸供水200万m3，华鑫水库从16号闸供水350万m3，当时渠道最大过流能力仅3.0 m3/s，10号闸以下最大过流能力仅2.0 m3/s，供水历时30 d，耗费了大量的人力、物力和财力，并且由于10号闸下游渗漏严重，导致左岸沿渠的4.5 hm2农田被淹，右岸渠堤外坡坍塌、青苗赔偿和工程抢险给灌区造成了较大的经济损失。

至2010年底，西一支渠利用浆砌石加复合土工膜防渗技术实行全渠段防渗后，取得了显著的经济效益和社会效益：一是加强了灌区基础设施建设，改善了工程状况，提高了清徐、交城经济开发区的用水效率和工农业供水保证率。二是增强了渠堤的稳定性和抗冻、抗冲能力，明显减少了渗漏损失，降低了农田盐碱化，渠系水利用系数提高到0.61，灌溉水利用系数提高到0.4，每年可节约用水61万m3，改善灌溉面积0.3万hm2。三是降低了渠道糙率，增加了输水能力，若给清泉西湖、华鑫水库同时供水550万m3，仅需15 d时间，节约了1/2时间，节省了大量的管理费用。四是减少了渠道淤积，防止了杂草生长，每年可节省清淤费用30万元。

5 思考及建议

西一支渠防渗工程多年的实践应用证明，浆砌石加复合土工膜的复合使用是比较成功有效的渠道防渗形式，尤其适用于石料丰富的北方地区渠道，具有稳定渠堤、造价较低、施工简单、冻胀破坏后易于维修的特点。

通过对浆砌石几种防渗断面应用效果的分析，浆砌石重力式矩形断面、混凝土底板加复合土工膜的复合断面是渠道防渗的最佳断面形式，渠堤和底板整体稳定性以及抗冻、抗冲性能都非常好，渠底不易淤积，不生杂草，平整美观，特别适用于供水次数多、流量大、时间长，并承担冬季供水任务的渠道，可以在北方地区渠道防渗工程中推广应用。

对于浆砌石斜坡式梯形断面加复合土工膜的防渗形式，可以采取加大渠堤底部浆砌石厚度、设置排水措施、置换渠床基土等措施解决冻胀问题，具有工程量小、节省投资的优势，是一种比较好的渠道防渗形式。