韶山灌区渠道防渗技术及效果分析

马文泽

（湖南省韶山灌区工程管理局 湘潭市 411401）

随着社会的向前发展，人们对水资源的需求与日俱增，工业和城镇生活用水与农业用水的矛盾日趋尖锐，在水资源总量不变的前提下，要解决这个问题，就只有节约用水。据资料统计，我国农业用水占水资源消耗总量的80%以上，其中灌溉用水又占农业用水总量的90%。因此，节水改造、节水灌溉已成为我国水利工作的重要任务之一。由于绝大部分灌溉水源是通过渠道输送的，而渠道输水损失又占灌溉水量损失的40%以上，故分析研究渠道防渗技术有着十分重要的现实意义。下面以韶山灌区为例对渠道防渗技术及效果进行浅析。

1 渠道防渗现状

韶山灌区位于湘中丘陵地区，是一个以灌溉为主，兼顾发电、航运、防洪、养殖、开发丘陵、工矿及城镇生产生活供水等综合利用的大型灌溉供水工程。由水库枢纽、引水枢纽和渠道工程三部分组成。渠道工程包括186.5 km干渠、1 186 km支渠、8 730 km斗渠及以下渠系。

该工程位于丘陵地带，地势高低起伏，挖、填渠道高差较大，干渠挖方渠段最大深度达25 m，一般为（5～10）m；填方渠段最大高度为 15 m，一般为（5～7）m。由于渠堤大部分是人工填筑，施工时土料的含水量、干密度无法严格控制，致使土粒结构松散，空隙多，渗漏严重。尽管在施工中注重工程质量并采取粘土夯压等防渗措施，但运行后渠堤漏水、冲刷、滑坡、崩塌、渠内淤积和滋长水草等现象仍较为严重。为了弥补施工中的某些不足，从运行的第3年开始，有计划、分步骤采用三合土、浆砌块石、预制混凝土板、现浇混凝土对渠道进行防渗衬砌。现干渠已衬砌85%，支渠已衬砌60%，斗渠已衬砌30%。

由于20世纪70年代有关设计理论不够成熟和受施工条件的限制，渠道防渗衬砌施工为群众运动，技术指导不够，施工操作不规范，施工质量难以保证。工程运行30年多年后，随着灌区工程老损现象的日趋加剧，渠道防渗衬砌体破损失效现象也越来越严重。据统计，总干渠渠堤严重渗漏段单边长度达到5 620 m，占总长度的29.5%。渠堤渗漏不但加大了渠道输水损失，而且造成渠堤外坡大面积湿润，使渠堤内土体含水量饱和而导致滑坡、崩塌现象，影响渠道安全运行，从而影响了灌区工程效益的发挥。实践证明，把握渠道防渗技术是确保渠道防渗效果的关键环节。

2 渠道防渗技术

渠道防渗技术，从概念上讲就是杜绝或减少渠道输水损失所采用的方法和技术的总称，力求以最低的经费投入尽可能地减少渠道的输水损失，使水资源利用效益达到最佳程度的目的。当今渠道防渗新技术发展较快，已由原来单一型材料发展为复合型材料防渗，由刚性材料向柔性材料发展。较常见的防渗形式有预制混凝土板防渗、现浇混凝土防渗、浆砌石防渗、三合土防渗、土工膜防渗等。运用实践证明，前段韶山灌区部分渠段防渗衬砌效果不够理想，主要是未把握住渠道防渗技术关。要提高渠道防渗的应用效果，必须合理规划，选用最佳的防渗形式，把握渠道防渗断面设计，严格工程施工质量等。

2.1 合理规划，选用最优防渗形式

韶山灌区的渠道防渗衬砌采用了现浇混凝土、预制混凝土块拼配、三合土、浆砌石、土工膜与混凝土复合材料等多种衬砌形式，以减少渠道渗漏和保证渠道过水能力。从本灌区历年来多采用浆砌石、混凝土预制块和三合土等常规材料衬砌的运行实践来看，浆砌石施工时灌浆不密实，空洞较多，年久易坏；混凝土预制块拼装接缝多，填缝不实，不仅缝隙滋长杂草现象严重，而且填方渠堤混凝土预制块衬砌渗漏较严重；三合土经过多年风化开裂，防渗效果大大降低，渗漏严重。如南干渠于20世纪70年代衬砌的三合土，80年代就开裂了，90年代改用混凝土衬砌才减少了渗漏。可见浆砌石、混凝土预制块、三合土防渗效果不甚理想。现浇混凝土防渗可使混凝土紧贴渠坡，耐久性强，糙率小，强度高，且衬砌表面光滑，水流条件好，防渗效果比较好，土工膜与混凝土复合材料防渗对渠道内坡坡面的平整要求较高，土工膜粘贴、铺设等施工工序要求严格，对 1∶1～1∶1.5 的边坡施工难度较大，土工膜与混凝土复合材料防渗是渠道防渗的一种新技术，它以土工膜作为防渗材料，在土工膜上现浇混凝土作为刚性保护层，因而造价相对较高，施工难度大，但防渗效果最好。从确保防渗效果角度出发，建议渠道防渗优先采用土工膜与混凝土复合材料防渗。

2.2 防渗渠道的设计

防渗渠道的设计直接关系到防渗衬砌的质量，它对于提高防渗效果、延长衬砌体的寿命具有很重要的作用。

2.2.1 衬砌高度拟定

根据部颁SDJ 217-84标准，灌溉渠道衬砌超高△h为（0.5～0.65）m，结合本灌区实际，超高选用 0.5 m，则衬砌高度为渠道加大水深H加超高△h，即为H+△h；坡比 i为 1∶1.5。

2.2.2 衬砌厚度确定

灌区工程已运行30多年，渠道均基本稳定，受地下水浮托力现象较小，根据有关参考资料提供的数据，确定底板衬砌厚度为（8～10）cm，边坡衬砌厚度为（6～10）cm。

2.2.3 伸缩缝设计

在边坡和底板上垂直于水流方向设横向伸缩缝，其间距为5 m，其中边坡与底板相邻伸缩缝相互错开 2.5 m，伸缩缝宽控制为（2～3）cm，伸缩缝止水材料采用PVC土工膜铺垫，缝内筑沥青水泥砂浆。

2.2.4 齿墙设计

为了使衬砌体与原渠道坡面能很好地结合起来并保持稳定，以改善受力状况，沿渠道边坡方向坡顶处设10 cm×10 cm齿墙，边坡与底板交接处设15 cm×15 cm齿墙，见附图。

附图 设计示意图 单位∶cm

2.3 渠道防渗工程的施工

施工是确保工程质量最重要的环节，在施工时应按照设计好的坡面尺寸削坡整形，使渠道衬砌断面达到设计要求，然后在整形后的渠道断面上铺设一层土工膜，再浇筑混凝土，以全面提高防渗效果。为保证防渗工程质量，对原材料的质量应严格控制，对工程所用的水泥、河砂、卵石及土工膜等材料均须抽样检测，保证将合格的材料用于工程，施工配比应由国家认可的实验室提供，施工按渠道防渗工程技术规划组织进行，混凝土采用连续浇筑法施工。根据进度及工程部位有针对性地对施工质量进行复查，对浇筑好的混凝土应及时养护，在混凝土凝固期间保持湿润，一般养护28 d左右。

3 渠道防渗效果分析

渠道防渗采用土工膜与混凝土复合材料衬砌后，有如下显著效果：

（1）能减少渠内输水渗漏损失，提高渠道输水效率，进一步发挥工程效益。根据韶山灌区干渠防渗后观测成果，对土工膜与混凝土复合材料衬砌前后渠段正常过水时的渗漏损失进行估算，计算公式为：

防渗前土渠：QF=34.8 H3.45

防渗后土工膜与混凝土复合材料衬砌渠道：QF=2.07 H3.0

式中QF——渠道渗漏强度（L/m2·h-1）；

H——渠道计算水深（m）。

计算水深按灌区总干渠运行时的平均深度4 m代入上式，两者之比为31.37∶1，即相同面积防渗后渗漏量比防渗前减少96.8%，输水效率明显提高。

（2）稳定了渠道边坡，提高了渠道安全运行的保证率，减少了维修工程量。根据典型渠段分析，渠道防渗衬砌后比衬砌前可减少维修工程量45%，减少渠内清淤工程65%。

（3）提高了工程标准，从而增加了渠道的过流能力，能更好地挖掘工程潜力。渠道衬砌前，每当农田需水高峰期，只好压减工矿工业用水；渠道衬砌后，工业用水单位可由原来的10多个增加到30多个，耗用流量可由原来的1 m3/s，增加到2.85 m3/s，农田用水高峰期间，工业用水能照常供应，能较好地挖掘工程潜力。

（4）降低了地下水位,使盐碱地、沼泽地得到改良，从而提高了土地利用率，并改善了生态环境，保证了沿渠农田稳产高产。

（5）渠道防渗后将促进人们节水意识的增强，灌区工程状况也将得到改善，灌区工程的安全隐患能大幅减少，有利于工程的安全管理和确保工程效益的发挥。