渠道防渗材料及施工技术

(一)渠道防渗材料

渠道防渗适用于所有的灌溉渠道，是我国目前应用最广泛的节水灌溉工程技术措施。用作渠道防渗的技术措施种类较多，其中防渗材料的选择是一个重要的问题。其基本要求和选择原则是:

(1)防渗效果好，一般减少渗漏值应达50%～80%;

(2)充分利用当地材料，施工工艺简便，成本经济合理;

(3)具有满足工程要求的强度和耐久性;

(4)可减少渠道的断面尺寸、提高渠道的输水能力和抗冲能力;

(5)便于管理维护，维修费用低。

渠道防渗衬砌是减少输水损失、控制地下水位、提高渠道水利用系数的主要工程措施。目前渠道衬砌的材料主要有灰土、砌石、水泥土、混凝土、沥青混凝土、复合土工膜料等，其中混凝土衬砌是其重要的衬砌形式。根据国内外的实测结果，一般渠灌区的干、支、斗渠采用黏土夯实能减少渗漏损失量45%左右，而采用混凝土衬砌能减少渗漏损失量70%～75%，采用塑料薄膜衬砌能减少渗漏损失量80%左右;对大型灌区渠道防渗可使渠系水利用系数提高0.2～0.4，减少渠道渗漏损失50%～90%。

为了减少渠系水的渗漏，提高水利用系数，节约灌溉用水，将各级渠道进行防渗处理，是我国干旱半干旱地区目前应用最为广泛的节水工程技术之一。目前常见的几种渠道防渗效果见表6－2。

表6－2　各种防渗材料的防渗效果与适用条件

续表

(二)各种防渗材料的施工工艺与技术要求

1.土料防渗

土料防渗要达到防渗、防冻胀、防湿胀、防干缩、防滑坡和防冲刷等工程要求，除了必须有经济合理的防渗设计外，施工质量和工艺直接影响其防渗效果和耐久性。因此，施工时必须处理好削坡清淤、配科、拌和、铺料、锤实和养护等各个环节。主要应注意以下几点。

①素土的选用和混合土料的配合比，应按照强度最大、渗透系数最小的原则选用，防渗土料应通过试验确定最大干容重和最佳含水率。

②素土和黏砂混合土应事先进行泡水试验。若发现试样崩解，或呈浑浊液时，应改变素土和调整黏砂混合土的配合比。

③防渗土料应进行粉碎、过筛，素土粒径一般要求不应大于2.0 cm，石灰不应大于0.5 cm。

④施工应严格控制配合比和含水率大于1%。

⑤混合土料宜:先于拌后湿拌。

⑥铺筑顺序是三合土、四合土、灰土先渠坡后渠底;素土、黏砂混合土先渠底后渠坡。防渗层厚度大于15 cm时，应分层铺筑。铺筑时应边铺筑，边夯实，夯实后土料的干容重不得小于设计容重。

⑦施工时应尽量避开寒冷和多雨天气。在铺设完成后，应加强对防渗层的养护工作，特别是对灰土和三合土更应精心养护。一般情况下，土料防渗渠在养护28 d后才能通水。

土料防渗一般由等厚的土料防渗层构成。为了防止三合土、四合土、灰土等混合土料防渗层由于温度变化等原因引起裂缝，可每隔3～5 m设一条伸缩缝。为了提高土料防渗层的表面强度，可用水泥砂浆抹面1 cm，亦可在灰土、三合土、四合土防渗层表面，涂刷一层1∶10∶15的硫酸亚铁(青矾)溶液。

2.水泥土防渗

①水泥土所用土料应风干、粉碎、过5mm筛。

②水泥土铺筑应做到配料准确，搅拌均匀，摊铺平整，浇捣密实。拌和水泥土时先干拌，后湿拌。铺筑水泥土前应洒水湿润渠基，半小时左右，将拌好的水泥土按先渠坡后渠底的顺序均匀铺筑。初步抹平后，宜在表面撒一层厚2 cm的水泥，随即揉压抹光，每次抹和料从加水至铺筑宜在1.5 h内完成。

③设置保护层的塑性水泥土应在塑性水泥土初凝之前铺设完毕。当保护层为水泥砂浆时，应在水泥砂浆上刷一层水泥浆，用钢板压光，并且养护2周以上。

3.砌石防渗

砌石防渗按采用的原料和砌筑形式可分为干砌卵石、干砌块石、浆砌块石、浆砌石板等;按结构形式可分为护面式和挡土墙式两种防渗形式。

砌石防渗的优点是可就地取材，抗冲刷和耐磨性能强。一般渠内流速可达3.0～6.0 m/s，大于混凝土防渗渠道的抗冲流速，同时抗冻和抗渗能力也较强。缺点是仅适用于石料原料丰富的地区，较难实现机械化施工，施工质量难于控制。

另外，有些渠道也采用砌砖防渗，其防渗效果一般，成本比混凝土防渗降低60%～80%。为了改善砌石砌砖的防渗效果，亦可采用综合性的防渗措施，如砖浸沥青、干砌卵石人工挂淤、黏土、灰土和黏土混凝土垫层等工程措施。

4.混凝土防渗

混凝土衬砌按施工方法分为现浇混凝土和预制混凝土两种。现浇混凝土防渗层时，除了有分块的两侧挡板和伸缩缝成型夹板外，还应有外模板，否则施工质量不易保证。为节约模板、提高质量、降低成本，可采用活动模板和分块跳仓法、滑模振捣器法施工。国内已大量使用U形混凝土衬砌机浇注U形混凝土渠道，可适应不同规模的渠道，施工操作简单，工程进度快。

现浇完毕后应及时收面，及时养护。混凝土预制板初凝后即可拆模;强度达到设计强度的70%方可运输;安砌应平稳坚固;砌缝应用水泥砂浆填满、压平、抹光。

在防渗混凝土渠道断面设计时，应综合考虑渠道的边坡系数m、糙率n、比降和水的流速等。—般情况下，渠道防渗混凝土的强度等级约为C10～C15，其水灰比为0.6～0.7。

随着科学技术的进步，混凝土防渗材料也得到了进一步的改性和发展。如在梯形和U形渠道施工时采用喷射混凝土，以及对混凝土养护剂的试验应用是混凝土衬砌施工技术的重要发展;大量高性能混凝土外加剂和其他改性材料的使用，使得在不显著提高施工成本的前提下，改善和提高混凝土的防渗性能成为可能;利用材料复合技术、纳米技术提高混凝土的防渗抗冻性能也在研究之中。

5.膜料防渗

膜料防渗的施工工序为渠道基槽开挖整平、薄膜加工及铺衬、保护层回填夯实三个步骤。膜料防渗施工质量的核心问题，是在施工过程中保持膜层的完整和土保护层的边坡稳定。土渠层的铺膜基槽可采用梯形、台阶形、五边形和锯齿形等断面形式。当渠槽开挖整平后，首先进行灭草处理，然后根据渠道大小将膜料加工成大幅膜料，自渠道下游向上游，由渠道一岸向另一岸铺设膜料，膜料应留有小褶并平贴渠基。保护层回填夯实，直接影响保护层的稳定和衬砌的防渗效果。土保护层可采用压实法或浸水泡实法填筑，刚性材料保护层的施工方法与相同材料防渗层施工方法相同。

6.沥青混凝土防渗

沥青混凝土防渗渠道有热铺、冷铺等施工方法。我国多采用热铺法现场浇筑法施工。沥青混凝土衬砌分有整平胶结层和无整平胶结层两种。一般岩石地基的渠道考虑使用整平胶结层。为提高防渗效果，防止沥青老化，在沥青混凝土表面涂刷沥青玛蹄脂封闭层，涂刷的沥青玛蹄脂必须满足在高温下不流淌、在低温下不脆裂，具有较好的热稳定性和变形性能，即具有较高的软化点和延度。

沥青混凝土衬砌正式施工前，必须首先进行试铺筑，以确定沥青混合料的配合比、摊铺厚度、施工温度、碾压遍数等工艺参数。沥青混凝土衬砌施工工序分别是铺筑整平胶结层、铺筑防渗层、涂刷封闭层。

碾压是沥青混凝土衬砌施工的关键环节，按选定的摊铺厚度均匀摊铺后，先静压1～2遍，再振动压实。压实渠坡时，上行振动，下行静压。压实过程中，应严格控制施工温度和碾压遍数。

7.其他防渗形式

(1)渠道淤填防渗。是借水流作用使渠水中细土粒渗入并堵塞渠床土壤的孔隙，降低孔隙率，从而提高抗渗性的方法。它适用于透水性较大的砂土或砂砾土渠道，亦可用于黏土渠道。

(2)化学生物法防渗。是利用胶体溶液渗入土层，在一定的范围内，改变土层的渗透性能，使土层自身形成不易透水的防渗层。目前，有水玻璃、固化土等研究成果应用于实际施工中。