灌区节水改造工程中渠道防渗关键技术讨论

刘建国

摘要： 渠道作为灌区比较典型的廊道景观， 其灌溉能力也是农业生态安全性的重要保障。输水期， 绝大部分水经多级别的渠道输送到田间作用于农作物， 但由于渠道容易发生渗漏， 少部分水会通过渠底和渠坡的衬砌缝隙渗透到土壤内部。因此， 渠道系统防渗既是改善输水损失的重要手段， 也是未来水灌溉持续发展的主要方向。本文以灌区节水改造工程中渠道防渗技术为研究重点， 结合当下灌区节水改造工程的实际情况分析防渗技术， 并从土料防渗技术、 钢筋混凝土防渗技术、 砌石防渗技术等方面探讨了防渗技术的应用效果， 以期能够提高灌区节水改造工程的工作效率， 充分发挥渠道防渗技术的价值。

关键词： 灌区节水改造工程； 渠道防渗技术； 应用效果

DOI：10.12433/zgkjtz.20240248

随着我国城乡统筹化发展进程提速， 灌区节水改造工程既是解决好“三农问题”的重要手段， 也是一项基础性建设工程， 其在农业领域的作用愈发显著。但是长期以来， 虽然国家政府部门在灌区节水改造工程中投入了大量财政资金， 希望可以为灌区基础设备建设与高效运用奠定坚实基础， 但是受技术条件、 工程老化等因素影响， 灌区存在水资源严重浪费情况， 农业用水效率较低， 这是与我国可持续发展战略是相违背的。由此可见， 对灌区节水改造工程中渠道防渗关键技术讨论， 具有较为深远的现实意义。相关部门应当认识到防渗透技术对灌区节水改造工程的作用， 充分利用防渗透技术增强灌区节水效果。

一、 灌区节水改造工程中防渗技术的应用现状

在灌区节水改造工程中应用好防渗透技术， 是重中之重。该类工程以解决灌区渠道的渗漏问题为目标， 在实际节水改造工程中采取防渗漏技术手段， 对渠道进行抗冻处理， 改造灌区渠道线路。从现有的灌区渠道建设情况来看， 干路渠道多呈梯形， 支路渠道多呈U型， 且渠道相互连接， 每条渠道都不是独立的。因此， 要发充分挥渠道的作用， 就要在渠道施工阶段合理应用防渗技术， 并选择合适的抗冻处理方法来缩小冻胀系数， 从而保证防渗结构的稳定性， 以免发生损坏。

二、 渠道防渗技术的作用

首先， 应用渠道防渗技术有利于维持灌区节水改造工程的整体效益。只有构建完善的渗漏管理体系， 才能保证抗冻效果， 为灌区渠道的优化奠定基础。其次， 灌区是农业生产的关键一环， 各种农业生产活动的用水需求量较大。在灌区节水改造工程中合理应用好渠道防渗技术， 一直是各地方政府高度关注和重点推进的工程。通过应用渠道防渗透技术， 可以提高农业生产水资源的利用率， 减少水资源浪费与污染， 对于推进农业领域可持续发展、 实现区域经济良性循环具有积极意义。

灌区渠道改造作为农田灌区的主要施工内容， 要重视渠道改造工程。渠道改造工程的质量决定了水资源的利用率， 同时也是保证灌溉工作有序开展的基础。结合实际情况分析， 渠道长度大、 支流较多、 水资源利用较差都是目前农田灌溉工作中常见的问题， 其中渠道渗漏则是引发水资源浪费的主要因素， 因此针对灌区节水工程中的渠道防渗技术进行分析有重要意义。第一， 有利于加强对老旧渠道的管理。我国农业经济发展对灌溉模式、 灌溉工艺以及灌溉效率都提出了较高的要求。很多灌区渠道在使用后， 相关部门重建设但轻管理， 渠道的检修、 维护、 保养等工作都无法得到落实， 导致渠道应用中出现输水效率较低， 渗漏、 设备老化等问题， 影响了灌溉面积。加强对灌区渠道的节水改造， 能够保证老旧渠道的输水效率并且保证农民的经济收益， 促进我国农业经济可持续健康发展。第二， 有利于保证灌溉工程的安全性。渠道渗漏是影响我国农田灌溉效率、 导致水资源浪费的主要原因。重视灌区节水配套改造可以提高渠系水的利用率， 也能保证干支渠道以及干支渠系建筑的完整性。一些灌区工程运行时间已经超过几十年， 受技术、 资金、 施工工艺等因素的影响， 灌区工程建设标准较差、 渠系设施配套不完善， 再加上常年缺乏保养与维护， 导致工程破损严重， 渠道工程长期超负荷、 带伤运行， 必然会出现输水效率不高、 渠道渗漏等一系列问题。因此要重视对灌区渠道防渗技术的研究与分析， 处理渠系建筑物的安全问题， 避免发生供水中断、 决堤、 垮渠等问题， 保障灌区工程的安全性、 耐久性， 提高企业经济效益， 为我国农业长远发展奠定基础。农田渠道防渗技术作为农田节水改造工程的核心内容， 要保证灌区渠道的输水效率， 就要针对渠道中出现的问题进行研究， 合理应用渠道防渗技术。

三、 灌區节水改造工程中渠道防渗技术的应用

（一）梯形渠道的技术

高填方梯形渠道常见于灌区干渠、 支渠防渗漏施工中， 施工阶段主要采取混凝土衬砌技术进行边坡优化与改造。第一步， 对原有的渠道基层进行清表处理； 第二步， 采用黏土进行分层夯实处理； 第三步， 利用土工膜进行渠道全断面铺设； 第四步， 在防渗膜上铺设混凝土。衬砌边缘需要采用混凝土压顶处理， 这种工艺对于高填方渠道有极高的防渗漏效果。土工膜铺设可以有效阻止渠道中的水向渠堤内部渗透， 降低渠堤含水量， 也能够避免发生冻胀问题。需要注意的一点是： 梯形渠道施工阶段， 要先做好土工膜垫层， 主要以黏土为主从而可以避免土工膜受到损坏。在渠道节水改造工程中， 要利用水力学的原则， 结合不同渠道的特点进行施工对比， 保证选择方案的合理性和适用性。在施工方案设计阶段， 要先对各个渠道分支的横截面进行检测， 然后根据检测的结果计算边坡系数、 水力半径等， 保证梯形断面渠道设计的合理性。最后根据边坡系数、 渠道深度等数据确定混凝土衬砌的厚度。

（二）预制U形渠的相关技术

灌区灌溉的时候， 一般末级渠道中的杂物比较多， 水流的速度和水流量都会受到杂物的影响而减缓， 同时也加剧了渗水漏水的问题。为了保证渠道的输水质量， 需要清除杂物来保证输水效率， 相关人员要根据现场具体情况、 渗水漏水的原因对渠道防渗漏方案进行改造和优化。要仔细分析发生杂物沉积的原因， 按照不冲不淤的流速要求保证渠道内水流速度。对于农渠、 毛渠容易发生杂物堆积的现象， 可以将渠道设计成为U形槽衬砌断面， U形渠的设计方法比较简单， 工期较短且施工成本较低， 很短的时间里就可以有效解决渠道渗漏的问题， 保障水流通畅， 保证渠道的输水能力。需要注意的是， 我国国土面积广阔， 不同地区在不同季节的输送水过程受气候和环境因素影响存在一定的差异， 比如说， U形槽改造技术应用在我国北方地区， 就要考虑到冬天寒冷冰冻的问题， 在输水中很容易发生冻胀， 要结合实际情况做好防冻胀处理。

（三）多头小直径深层搅拌水泥成墙的技术

渠道防渗技术应用阶段， 也要考虑当地的土质环境， 在一些情况下， 渠道防渗漏施工中会有很多的淤泥、 黏土， 对于这些需要通过多头小直径搅拌设备来完成墙体的施工， 改善施工环境， 提高施工效率。多头小直径深层搅拌水泥成墙技术的防渗漏深度有20m， 渗透系数在A×10-6cm/s。我国不同地区的土质类型不同， 该技术在防渗施工中有突出的施工效果， 因此应用较为广泛， 能够保证施工中不会形成泥浆污染， 对周围环境的影响较小， 具有保护环境的效果。多头小直径深层搅拌水泥成墙技术的操作简单、 成本低、 工期短， 可以有效解决渠道渗漏的问题， 有利于加快施工进度， 提高施工质量。

（四）锯槽法成墙技术

灌区节水改造工程中的渠道防渗漏技术有很多类型， 需要结合当地土质条件、 周围环境和工程现场特点来选择合适的工艺。一般情况下， 对于石砾直径小于100mm的土质环境， 通过锯槽法施工技术可以有效解决渠道渗漏和输水效率低的问题。该技术通过锯槽机进行施工操作， 对于石砾直径小于100mm的土层有明显的优势。墙体连续质量决定渠道输送水效率的因素， 大多数防渗漏工程很难做好成墙连续质量的施工管理， 给后期防渗墙体破裂埋下了极大的安全隐患， 导致防渗漏效果不够明显， 锯槽法施工技术则可有效保证墙体施工效果。

（五）砌石防渗技术

对比其他灌区防渗漏技术， 砌石防渗技术采用砌卵石、 干砌石块、 浆砌石块等材料进行渠道表面的加固处理， 从而保证渠道的稳定性以及防渗漏性。这种方式最大的优势在于可以就地取材， 因此可以节省材料成本、 运输成本和人力成本。砌石防渗技术具有极好的抗冲流以及抗冻能力， 可用于比较复杂的施工环境， 发挥积极的节水效果。根据防渗结构的差异主要包括护面式和挡土墙式两种类型。砌石完成后实施内衬的水泥抹面， 保证渠道的稳定性。结合实际情况来看， 砌石防渗技术应用有极大的局限性， 砌石厚度较大且方量多， 不利于机械设备的使用。但是施工劳动力价格较高、 现场利用的石材较少， 砌石防渗技术在具体应用中会遇到很大的阻碍， 无法保证成本管控。薄膜、 沥青混凝土等材料具有适应能力强、 施工操作简单、 耐久性好的特点， 因此被广泛用于渠道防渗施工中。

（六）土料防渗技术

土料防渗的应用材料为灰土和四合土， 铺设在渠道的渠床位置中， 要注意铺设均匀并且实施碾压操作。碾压完成后可以形成密实的土料防渗结构， 从而可以避免渠道输水过程中发生渗水的问题， 提高渠道整体结构的防渗透能力。土料防渗技术的操作如下： 第一， 清理。针对渠道的底部做好清洁， 处理草皮、 树根等， 保证施工环境能够满足防渗技术的应用要求。第二， 填料。选择符合标准的石灰和混合材料， 在匹配土料应用要求下进行原料的过筛和粉碎操作， 根据工程项目的具体情况， 一般粒径直径要控制在2cm以下， 相应的石灰粒径也要在0.5cm以下。第三， 明确配合比。根据实验分析、 土料防渗配合比的应用要求开展工作， 在保证土料最优含水量的同时开展搅拌工作。搅拌均匀后还要进行含水率与标准含水率的对比， 偏差值要在1%以内符合施工要求。第四， 确定防渗层的厚度。为了保证土料防渗技术发挥自身的优势， 就要根据土料的类型开展分析， 保证防渗厚度满足施工规范要求， 渠道底部厚度在10～40cm以内， 渠道边坡厚度则控制在10～60cm以内。为了保证厚度标准， 土料拌合以及碾压都要符合应用标准， 保证防渗层的厚度在15cm以下。第五， 分层铺筑。根据标准流程确定分层铺筑的操作方案， 保证土料存干容量在设计起始容量以上， 铺筑工作完成后要实施防渗层保护， 保证其处于比较合理的湿度和温度环境中。土料防渗技术的应用有效降低了渗透量， 而且操作材料比较常见， 因此有利于提高操作的便捷性和稳定性。

（七）钢筋混凝土防渗技术

钢筋混凝土防渗技术应用中， 需要按照比例做好土料、 水泥等物质的混合处理， 完成搅拌后铺设在渠道渠床的位置上， 碾压处理后就会形成防渗层， 从而可以有效解决渠道运输中存在的渗漏问题。第一， 初期处理。为了保证钢筋混凝土防渗技术合理应用， 选择合适的土料并且做好风干、 粉碎处理， 根据工程项目的具体情况完成摊铺。第二， 干拌与湿拌。为了提高操作规范性和科学性， 要做好干拌处理后落实湿拌操作， 混凝土摊铺操作开始前要先湿润渠底， 维持可控的管理状态。混凝土集中铺筑在渠坡和渠底的位置， 抹平混凝土后在表面洒一层水泥， 厚度在2mm左右。第三， 设计保护层。根据钢筋混凝土防渗基础的应用要求设计塑料形式， 在混凝土初凝前保证其完整性。水泥砂浆作为保护层的时候， 配合钢板压光等操作保证整体保护效果， 养护时间为14天。第四， 预留缩缝。积极分析钢筋混凝土防渗技术所应用的结构， 根据施工标准制定管理对策， 对缩缝预留工作给予高度重视。

四、 灌区渠道应用防渗漏技术改造的对策

（一）灌区渠道的梯弧形渠的技术改造

在实施渠道边坡进行技术改造的时候， 可选择六边形预制板补砌技术。这一技术是在原有基础上进行夯实操作， 然后利用防渗膜开展敷设工作， 最后在上面铺设水泥垫层。为了解决水渠渗水问题， 要对渠道实施预制板护面堆砌操作， 伴随渠道中含水量不断下降也减少了发生冻胀的几率， 避免出现水资源浪费的情况。梯弧形渠的施工阶段， 要采用水泥砂开展垫层操作， 不仅可以对塑料薄膜形成良好的保护， 也是防渗体系的重要组成之一。变化预制板的六边形设计有重要的作用， 不仅可以避免冻胀期渠道发生不均匀变形， 也能提高渠道结构的稳定性。

（二）坝基和坝肩防渗技术

为了提高坝体安全性， 可以在平行于坝轴线的方向挖一条梯形断面截水槽， 槽内回填黏性土料并且分层压实。填筑坝体之前要将坝基内的腐殖土、 淤泥、 杂草等清除干净， 清除深度在0.5m以上。土坝与岸坡的衔接可以避免结合面出现集中渗流， 并且要注意岸坡上土坡高度的变化， 避免由于坡度不佳造成不均匀的沉降从而引起土坝裂缝。

五、 小结

灌區渠道改造工程中的防渗漏技术主要是避免渠道出现渗水或漏水的问题， 保证渠道正常供水， 节约水资源。在开展防渗工作前， 要先对当地土壤环境、 地质条件等进行深入勘察， 选择合适的防渗漏技术， 从根本上保证灌区节水改造工程的质量。

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