浅谈宁夏渠道防渗衬砌的措施

　　摘要：介绍了宁夏渠道防渗衬砌的几种形式并根据宁夏渠道防渗衬砌所出现的问题找出影响渠道衬砌冻胀破坏的主要因素并提出渠道防渗的处理措施。
　　关键词：宁夏渠道衬砌防渗措施
　　宁夏渠道防渗技术采用混凝土护面、浆砌石衬砌、塑料薄膜等多种方法进行防渗处理。众多的渠道衬砌试验结果表明，渠道衬砌可减少渗漏损失70%~85%并有效地提高了渠道水利用系数[1]。
　　1宁夏渠道防渗衬砌的形式
　　1.1土料压实防渗
　　土料压实防渗就是在渠床表面建立一层压实的土料防渗层。当前生产上采用的土料压实防渗方法主要有压实渠床土壤以减少渗漏，利用黏土、沙黏土建立压实的防渗层等，其防渗效果良好，可就地取材，造价低廉，施工简单[2]。
　　1.2土料护面防渗
　　三合土是山石灰、沙和黏土拌和而成；四合土是在二合土的基础上掺卵石或碎石25%~35%拌和而成；灰土是由石灰、黄土或黏土混合而成；水泥土为土料、水泥和水拌和而成的材料。这些土料均可用来做防渗材料，铺筑在渠床的表面。其中水泥土主要靠水泥与土料的胶结与硬化，故水泥土硬化后的强度类似混凝土。它分为干硬性水泥土和塑性水泥土两种。水泥土防渗的主要优点有：料源丰富，可以就地取材；防渗效果好。水泥土防渗较土料压实防渗效果好一般可减少渗漏量80%~90%[3]；技术简单容易掌握；投资少，造价低；可用拌和机、碾压机等施工设备施工能充分发挥现有设备的作用。但因水泥上早期强度低、抗冻性差，阻碍了它的大而积推广。
　　1.3混凝土衬砌防渗
　　混凝土衬砌防渗就是用混凝土衬砌渠道，减少或防止渗漏损失。它是目前广泛采用的一种渠道衬砌措施。其优点是：防渗、抗冲效果好，一般能减少渗漏损失90%~95%；糙率小，可减少沿程水头损失，允许流速大，一般为3~5m/s；强度高，便于管理，能防止动物、植物的穿透和其他外力的破坏；适应性广，可根据设计要求制成各种形式和不同大小的结构形式。
　　1.4膜料防渗
　　膜料防渗是用不透水的土工织物来减少或防止渠道渗漏损失的技术措施，其适应变形的能力强。土工膜具有良好的柔性、延伸性和较强的抗拉能力，不仅适用于各种不同形状的渠道断面，而且还可用于有可能发生沉陷和位移的渠道。
　　1.5沥青材料防渗
　　沥青材料护而具有防渗、耐久、抗碱、造价低、施工简便等优点常用的沥青材料护面有沥青混凝土、沥青席和埋藏式沥青薄膜。沥青混凝土是以沥青为胶结剂，与矿粉、矿粉骨料(碎石或砾石和砂)经过加热、拌和、压实而成的防渗材料，它分有整平胶结层和无整平胶结层两种形式。无整平胶结层的结构多用于土质地基，有整平胶结层的结构多用于岩石地基。
　　2宁夏渠道衬砌存在的问题
　　宁夏引黄灌区普遍采用预制和现浇水泥基混凝土板的U型渠道，与比土质渠道相比提高了水利用效率，减小了渠道的占地面积，提高了行水速度和安全、减少了农民的水费支出等很多优势。但是，还有很多问题值得我们去探讨和研究：
　　（1）如果所有的渠道都做了防渗处理会对灌区生态造成负面影响。因此，在工程实施的前期要进行全面合理的规划和设计，以达到人与环境双赢的效果。
　　（2）我区最低气温-24.50C，平均冻深80~90cm，灌区地下水位较高，多年平均埋深0.7~3.0m，季节性(11月下旬至次年4月中旬)平均埋深1.5~3.0m。混凝土衬砌渠道易发生冻胀破坏，缩短渠道的寿命。
　　3影响宁夏渠道衬砌冻胀破坏的主要因素
　　3.1土质
　　在含水量，冷却温度以及其它条件相同时，不同的土质中水分迁移量是不同的。砾石土壤一般认为不具冻胀，但当有更细的充填物时，在冻结时水分迁移反而更剧烈。因此，土壤的冻胀与否，在很大程度上是有条件的。在自然条件下，不同土壤的冻胀量顺序如下：粉质黏土>壤土>砂壤土>重黏土>砂土>砂砾。
　　3.2土壤初始含水量及冻层补给水源
　　由于渠道长期输水，有渗漏水入渗，基土含水量一般都超过起始含水量。最强烈的水分迁移和冻胀是发生在冻结期有不间断的地下水补给。不同土质的地下水临界影响深度是不同的。据甘肃省试验，地下水理深临界深度为：黏土2.5m，重、中壤土1.8m，轻壤土、砂壤土0.8m.，砂0.5m。
　　3.3介质温度
　　渠道衬砌工程冻害规律一般呈现为：阴坡比阳坡严重，冻结历时长的年份比冻结历时短的年份严重；衬砌体薄而整体性差的冻害更严重，有地下水或外围水补给水分的渠道冻害最严重[2]。
　　3.4施工过程
　　在渠道防渗衬砌的施工阶段，由于各种原因（素土未夯实、施工管理问题等）导致施工质量达不到设计要求，输水运行后再经过冬季的冻融过程，衬砌渠道破坏就更容易发生。
　　3.5渠道的运行管理
　　渠道在输水运行过程中，要进行及时的修护，保证行水安全和渠道的寿命。采用合理的防冻胀措施，以防为主。
　　在以上五个因素中，前三个是由于自然因素导致衬砌渠道冻胀破坏的原因，后两个是人为因素导致的。由于外部温度是受当地的气候影响，人为无法改变。因此只有采取保温措施达到内部不负温、切断冻土地基在冻结前后的水分补给、改变渠基土体的基本结构和加强施工和运行管理是防冻胀处理方法。
　　4渠道防渗工程冻害的处理措施
　　4.1采用合理的渠道衬砌结构型式
　　因地制宜采用适合本区域的渠道衬砌结构型式，如宁夏灌区干渠上采用的衬砌结构型式主要有梯形断面护坡素土护底，弧形坡脚全断面衬砌和U型全断面衬砌；支渠及下级渠道防冻胀衬砌模式，如在地下水位较高的支斗渠上采用U型或弧脚断面、预制混凝土板或现浇混凝土加铺苯板、膜料等复合衬砌型式；在地下水位较低的支斗渠上采用U型或弧脚断面、预制混凝土板或现浇混凝土加铺膜料等复合衬砌型式。
　　4.2混凝土衬砌渠道采用保温措施
　　混凝土衬砌渠道铺设聚苯乙烯保温板，平均每厘米厚保温板可提高基土温度1.3~1.8℃，阳坡为0.7℃左右。平均每厘米厚保温板可减少冻深值，东西走向渠道阴坡为6.8~11.3cm，阳坡为5.0~11.7cm；南北走向渠道阴坡9.5~10.4cm，阳坡为6.9~9.5cm，随保温板厚度的增加冻深呈线性规律减小。在不同渠道走向阴、阳坡保温板厚度上，东西走向渠道阴坡上部铺设4~5cm，下部铺设8~l0cm厚保温板，阳坡上部铺设3cm、下部铺设5cm厚保温板，南北走向渠道阴坡上下部铺设5~8cm、阳坡上下部铺设3~5cm保温板。可基本或完全消除冻胀量，不产生冻胀破坏，保温板下基保温板下基土的含水量在冻结期呈下降趋势。这种保温措施在黑龙江、山东、山西等地均已采用[4]。
　　4.3换填风积砂
　　基土冻深随换填厚度的增加而增大，冻结基土的含水率随换填厚度的增加而减小，冻胀量随换填厚度增加而减小，南北走向的支渠，渠底换填风积砂40cm冻胀量可削减55.5%，换填60cm，冻胀量可削减74%，且没有产生冻胀破坏[5]。
　　4.4对基土掺和土壤固化剂
　　土壤固化剂具有就地取材、抗压、防渗、抗冻胀性能强、造价低、无污染等优点，是一种防渗固土的新材料，在中小型渠道的衬砌防渗上有很高的应用价值。
　　4.5运行管理措施
　　冬季不行水渠道，宜在日平均气温稳定进入0℃日前停水；冬季行水渠道，在负温期必须连续行水，并保持在最低设计水位以上运行。每年应进行一次衬砌体的裂缝修补，使砌块缝间填料保持原设计状态，衬砌体的封顶应保持完好[6]，不允许有外水流入衬砌背后。及时维修各种排水措施，保证排水畅通，冬季不行水渠道应在停水后及时清障，不允许渠内和排水沟内积水。沿渠道外侧布置林带，最好多种柳树，因柳树根须发达密集伸向水源，可以改善渠床土基，有利于防治冻害。
　　参考文献：
　　[1]尹娟，王艳芳，朱悦发.宁夏引黄灌区发展节水农业的经验及效益[J].中国农村水利水电，1999（7）.
　　[2]郭元裕.农田水利学[M].武汉:中国水利水电出版社，1997：55.
　　[3]颜振良，刘亚风，郑秀君.渠道防渗的几种措施[J].现代化农业，1999，(4)：11-12.
　　[4]建功.水在渠道防渗工程冻害中的作用及防治冻害对策[J].防渗技术1996.2(2).
　　[5]建功.我国渠道防渗工程的冻害及其防治措施[J].防渗技术，2002，6(2).
　　[6]张伯平，牟过斌等.渠道衬砌体冻胀破坏机理与防治对策[J].水利与建筑工程学报，2003.