灌溉输水渠道防渗设计要点分析

灌溉输水渠道防渗设计要点分析

陆彦强

新疆阿勒泰地区水利水电勘测设计院  新疆阿勒泰  836500

摘要：输水渠道是水利工程重要组成部分，渠道设计水平可直接影响到大中型灌区供水系统干、支、斗渠输水能力和节水效果。当下渠道防渗性能始终处于有待提升阶段，在渠道渗漏问题较为严重的情况下，会直接影响到渠系水利用系数，土地盐碱化导致有效灌溉面积缩小，引发土地资源污染。针对以上背景，本文首先阐述灌区输水渠道防渗设计的重要性，提出大中型灌区输水干支渠防渗设计要求，分析渠道防渗设计技术手段及设计要点，以供参考。

关键词：灌溉输水渠；防渗；设计

前言：当前，农业发展在国民经济中仍处在非常重要的位置。为确保国家粮食安全，牧区水利建设、高标准农田建设、高效节水建设，农业高质量发展不断持续深入，节水、提高水资源利用率在灌区工程前期规划设计中显得尤为重要。通过做好灌溉输水渠道防渗设计工作，减少渠道在运行当中的渗漏损失，进一步提升水资源利用水平。

1、输水渠道做好防渗的意义

灌区输水渠道采用防渗技术手段能够减少灌溉用水量以及渗漏水损失量，从根本上提升水资源综合利用率。防渗技术的应用还可以有效降低渠床本身的超滤系数，加快渠内水流行进速度，切实增强送水能力。

输水渠道渗漏问题会直接降低渠道渠系水利用系数，浪费水资源，增加灌溉所需的用水支出。通过增强输水渠道防渗效果，还能够有效控制工程维护所需成本。灌区输水渠道防渗工作实施主要目标就是为控制水量流失，避免漏水问题导致渠道输水能力不够，灌区不能正常灌溉，发生弃耕现象。为节约水资源，确保粮食产量，提高渠道的防渗率，持续推进灌区续建配套与节水改造意义重大。

2、输水渠道防渗衬砌形式

根据输水渠道工程所处的环境类别、环境作用等级和结构设计使用年限等因素，防渗衬砌形式会不同。对于特殊环境因素对结构耐久性的影响，可根据工程经验、试验研究、计算或综合分析等方法进行评估。根据不同防渗材料，输水渠道防渗衬砌形式可分为：混凝土板防渗衬砌、砌石防渗衬砌、沥青混凝土防渗衬砌、土工膜防渗等。

3、输水渠道泄漏问题发生的原因

3.1环境因素

气候环境因素：北方地区天气寒冷，输水渠道大部分冬季虽停止运行，但由于渠基土料粒径小于0.075mm的细颗粒含量超标（细颗粒含量含量＞10%）的情况下，渠道防渗混凝土板很容易发生冻胀破坏，混凝土板变形，会导致渠道灌溉期运行时出现漏水问题。尤其高填方输水渠道段由于冻胀问题，混凝土板大范围变形后形成漏水，严重的渠道边坡会发生渗透破坏现象，给工程带来较为严重的安全隐患。

渠道水、地基水、地基土环境因素：根据渠道防渗衬砌工程技术标准的要求，输水渠道防渗衬砌混凝土最低强度和耐久性等级的确定受渠道水、地基水、地基土中SO42+、CL- 、Mg2+、酸碱度及二氧化碳浓度含量高低影响很大。就北方干旱、高寒区来说，输水渠道工程区不同位置对渠道水、地基水、地基土取样监测试验得到水中硫酸根离子浓度SO42+（mg/L）、土中硫酸根离子浓度（水溶值）SO42+（mg/kg）不同值，分为轻度化学侵蚀、中度化学侵蚀及严重化学侵蚀。根据不同化学侵蚀程度、工程使用年限最终确定输水渠道防渗衬砌混凝土的最低强度。

地下水因素：渠道属于线性工程，沿线如果地下水位较高，需要考虑排水工程措施，避免地下水的顶托，发生渠道内边坡滑塌，或者混凝土防渗板翘板变形，影响输水能力。

3.2渠道结构裂缝

输水渠道的混凝土衬砌板结构需要满足防渗、变形及裂缝要求。设计当中混凝土板强度指标不符合设计规范要求，是造成渠道防渗板出现结构裂缝的重要因素。另外，由于渠道基础回填料设计碾压指标不符合规范要求而产生沉降，也会造成渠道防渗板出现结构裂缝。渠道结构裂缝若不及时处理，久而久之会造成渠道漏水，影响渠道的输水能力。

4、输水渠道防渗技术手段

4.1土料防渗技术

在60、70年代新中国成立初期，技术落后，新型防渗材料缺乏，因土料防渗技术造价低，所需投资少，能够实现就地取材目的，其广泛运用在渠道防渗上，如粘土料、红润土等粒径小于0.075mm细颗粒含量超过60%的土料均可起到很好的防渗效果。但防渗土料本身耐久性能较差，在外界环境温度比较低的情况下容易出现冻融现象，导致防水性能下降。随着科学技术的快速发展，新型防渗材料的不断出现且在水利工程被广泛运用，土料防渗技术在重大水利工程和关键防渗部位的设计过程中已被逐渐取消。现阶段仅在临时工程中且条件允许的情况下考虑投资限制有时还考虑用粘土料进行闭气。

4.2混凝土防渗技术

混凝土防渗技术在水利渠道工程防渗工作中的应用范围最广，由于混凝土材料具有良好的防渗性能，抗冲击能力强、耐久性优越，能够切实提升结构各项性能，但在具体过程中的流程较长，需要设计较多设备。在原材料距离施工现场较远的工程中，混凝土防渗技术的造价较高。

混凝土防渗材料主要用到水泥、细骨料、粗骨料及矿物掺和外加剂。水泥应符合现行国家《通用硅酸盐水泥》GB175的规定；在氯化物及硫酸盐化学腐蚀环境下应符合现行行业标准《水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范》SL654的规定，冻融环境下宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。细骨料应质地坚硬、清洁、级配良好。天然细度模数宜在2.2～3.0范围内，含泥量混凝土强度大于C30及有抗冻要求时不应大于3%，强度小于C30时不应大于5%，有抗冻要求的混凝土细骨料坚固性不应大于8%。粗骨料应质地坚硬、清洁、级配良好。应根据输水渠道衬砌工程的尺寸选取骨料粒径。粗骨料的含泥量，当最大骨料粒径为20mm、40mm时不应大于1%，当最大骨料粒径为80mm时不应大于0.5%。应根据输水渠道工程的环境条件和混凝土的抗渗性、抗裂性、抗冻性及抗冲磨性选择外加剂，外加剂品种和混凝土中其他原材料的适应性应通过试验来确定。有抗冻要求的混凝土应掺用引气剂或引气减水剂，不应采用含有氯化物的防冻剂和其他外加剂。

4.3砌石防渗技术

干砌勾缝护面防渗技术主要被应用对防渗性能要求不高的水利渠道工程建设环节。在中型及大型中可使用浆砌块石护面防渗技术。石料的一面应较为平整，质地坚硬并没有裂缝。在水渠位于傍山段或石料较为丰富的区域，可以使用浆砌石重力式挡土防渗墙。

砌石所用的石料应洁净、坚硬、无风化剥落和裂纹，外形宜方正，表面凹凸不应大于10mm；石料为卵石的，卵石的长泾不应小于20mm；石料表面应平整、规则，厚度不应小于50mm。

4.4沥青混凝土防渗技术

沥青混凝土可采用石油沥青或者聚合物改性沥青。石油沥青的品种和标号应根据输水渠道工程类别、结构性能要求、当地气温、运行条件和施工要求进行选择。炎热地区或高寒地区，可选择聚合物改性沥青。沥青混凝土所用粗骨料宜采用碱性岩石破碎的碎石。当采用天然卵石料时，其用量不宜超过粗骨料用量的50%。沥青混凝土所用的细骨料可选用人工砂、天然砂、加工碎石筛余的石屑，但其级配应符合要求。沥青混凝土所用填料宜采用石灰岩粉、白云岩粉，也可采用滑石粉、普通硅酸盐水泥。

4.5土工膜防渗技术

土工膜自身具有良好的防渗漏性能，材料质地较轻、运输便捷，具有良好的变形能力与抗腐蚀能力，工艺简单且快速，造价较低。但土工膜的抗穿刺能力较弱，极容易老化，与土之间的摩擦系数较小，无法更好满足边坡稳定性要求，实际应用范围受到明显制约。

土工膜宜采用高密度聚乙烯、聚氯乙烯和复合土工膜等材料，不应掺加再生料或回收料。土工膜的厚度应不小于0.5mm，其性能指标应符合现行国家标准。

土工膜防渗工作开展过程中，应当增强保护层以及磨层的完整性。在渠槽灭草处理后需要根据大小对磨料进行加工，沿下游部分向上游部分铺设。铺设过程中需尽量控制土工膜的褶皱，确保土工膜能够与地基平贴在一起。设计内容中应明确施工当中土工膜的保护措施，确保土工膜不被破坏，避免渠道渗漏隐患。

总结：总而言之，结合水利渠道渗漏问题发生原因，在渠道防渗设计环节需要分析现场地质情况、水文环境特征，结合工程实际选择合适的防渗技术，对防渗设计方案内容进行不断优化。设计中应强化输水渠道防渗技术在施工中注意的难点、要点，严格遵循设计规范，加强设计风险管控力度，从根本上提升渠道防渗性能及实际效果，确保渠道防渗工作能够在日常渠道结构使用寿命中发挥出重要作用。

参考文献：

[1]渠道防渗衬砌工程技术标准.GB/T50600-2020.

[2]水利水电工程施工组织设计规范SL 303-2017

[3]通用硅酸盐水泥GB175

[4]水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范SL654

[5]水工混凝土施工规范SL677

[6]水工建筑物抗冰冻设计规范SL211-98