渠道防滲工程技術(shù)渠道防滲類型和特性渠道防滲意義和作用〔一〕渠道防滲意義進展節(jié)水型農(nóng)業(yè)行之有效的節(jié)水技術(shù)有渠道防滲、低壓管道輸水、改進地面澆灌技術(shù)、益最大的技術(shù)則是渠道防滲。這是由于我國每年澆灌用水量約為3500億m3，占農(nóng)業(yè)用水量的90％，占我國總用水量的6355萬多Km，僅占渠道總長的18％，80％以上的渠道沒有防滲，渠系水的利用系數(shù)很低，平均不到0.50，低于其他國家〔美國為0.78，前蘇聯(lián)為0.6~0.7，日本為0.61，巴基斯坦為0.58等〕。也就是說，從水源到田間，有50％以上的澆灌水因渠道滲漏而損失掉了。由于渠道滲漏鋪張的水量很大，我國糧食作物的水分生產(chǎn)效率僅為1kg左右，而以色列高達2.32kg。假設(shè)我國澆灌渠系0.10，則每年可節(jié)約水量350億m3左右，等于正在規(guī)劃的南水北調(diào)中線工程年引水量的2.7倍左右，這對緩解我國水資源供需沖突將起到很大作用。因此，必需首先做好渠道防滲工程，堵住這個鋪張水的大洞，提高渠系水的利用率。不斷提高灌區(qū)治理工作水平；另一方面要實行渠道防滲工程措施，削減滲漏損失水量。〔二〕渠道防滲的作用渠道防滲工程措施除了削減渠道滲漏損失、節(jié)約澆灌用水量、更有效地利用水資源外，還有以下作用：提高渠床的抗沖力量，防止渠坡坍塌，增加渠床的穩(wěn)定性。減小渠床糙率系數(shù)，加大渠道內(nèi)水流流速，提高渠道輸水力量。削減渠道滲漏對地下水的補給，有利于掌握地下水位和防治土壤鹽堿化及沼澤化。防止渠道長草，削減泥沙淤積，節(jié)約工程修理費用。降低澆灌本錢，提高澆灌效益。渠道防滲材料及構(gòu)造形式〔一〕渠道防滲工程應(yīng)符合的要求防滲渠道斷面應(yīng)通過水力計算確定，地下水位較高和有防凍要求時，可承受寬淺：斷面。地下水位高于渠底時，應(yīng)設(shè)置排水設(shè)施。防滲材料及協(xié)作比應(yīng)通過試驗選定。承受剛性材料防滲時，應(yīng)設(shè)置伸縮縫。標(biāo)準(zhǔn)凍深大于10cm的地區(qū)，應(yīng)考慮承受防治凍脹的技術(shù)措施。渠道防滲率，大型灌區(qū)不應(yīng)低于40％；中型灌區(qū)不應(yīng)低于50％；小型灌區(qū)不應(yīng)低70％；井灌區(qū)如承受固定渠道輸水，應(yīng)全部防滲。大、中型灌區(qū)宜優(yōu)先對骨干渠道進展防滲?！捕城婪罎B材料簡介依據(jù)所使用的材料，渠道防滲可分為：①土料防滲；②水泥土防滲；③砌石防滲I④塑其中混凝土襯砌是當(dāng)今渠道襯砌的主要形式。各類材料防滲效果和適用條件見表3-1。3-1常見渠道防滲形式的主要特性工程防滲材料粘性土土料灰土

主要原材料石、石灰等

滲漏量0.07～0.17

使用年 件限5～15 能就地取材。造價低，施工簡需勞力多，質(zhì)量不易保證適用水泥土 干硬性水泥土塑性水泥土

于氣候和地區(qū)的中、小型渠道能就地取材，造價較低，施工壤土、砂壤0.06～0.178～30壤土、砂壤0.06～0.178～30簡潔，但抗凍性較差。適用于土、水泥等溫地區(qū)，且四周有壤土和砂壤土的渠道.20～0.4耐久性強，但防滲力量一般較25～40難保證，需勞力多。適用于石水泥等0.09～0.25求的渠道防滲力量強，適應(yīng)凍脹變形能〔掛淤〕漿砌塊石石料 石石凝土

輔砌

價與混凝土相近，0.04～0.14 25～30 料源缺乏。一般適瀝青料源渠道用土作保護層時，造價較低，膜料

泥等

0.04～0.08

但自地多，允許流速小。適用于大、中型渠道混凝土

可用于各類地區(qū)的各種運用條等噴射法施工 0.05～0.16

區(qū)渠道區(qū)特別的濕陷性黃土、鹽脹土和膨脹土層，渠道襯砌需解決大變形?！踩城婪罎B層的構(gòu)造及厚度土料防滲。土料防滲層的厚度應(yīng)依據(jù)防滲要求通過試驗確定。中、小型渠道可參照表3-1選用。為增加防滲層的外表強度，依據(jù)渠道流量大小，表層承受水泥砂漿抹面和涂刷硫酸亞鐵溶液的方法。水泥土防滲。水泥土防滲層的協(xié)作比應(yīng)通過試驗確定。防滲層的厚度宜承受8～10cm，小型渠道不應(yīng)小于5cm。水泥土預(yù)制板的尺寸，應(yīng)依據(jù)制板機、壓實功能、運輸條50kg并準(zhǔn)時勾縫與養(yǎng)護。摻量可以適當(dāng)削減，但水泥土28d的抗壓強度不應(yīng)低于1.5MPa。土料種類

3-2土料防滲層厚度表〔cm〕灰土

渠底20～4030～4010～2010～2015～20

渠坡20～4030～6010～2010～2015～25

側(cè)墻20～3020～40砌石防滲。護面式砌石防滲層的厚度(見圖3-1)，漿砌料石承受15～25cm；漿砌塊石承受20～30cm；漿砌石板厚度不宜小于3cm。漿砌卵石、干砌卵石(見圖3－2)掛淤15～30cm。低標(biāo)號砂漿墊層。漿砌石板防滲層下，可鋪厚度2～3cm的砂料或低標(biāo)號砂漿墊層。對防滲要求高的大中型渠道，可在砌石層下加鋪粘土、三合土、塑性水泥土或塑膜層。3－1漿砌石渠道護面構(gòu)造〔a〕護面式構(gòu)造 (b)擋土墻式構(gòu)造護面式漿砌石防滲層一般不基上擋土墻式漿砌石防滲層宜設(shè)10～15m。4．膜料防滲。膜料的根本和瀝青。按防滲材料可分為塑料類、瀝青和環(huán)氧樹脂類。按土工膜(土工織物作基材)。目前我國渠道防滲工程普遍承受聚乙烯和聚氯乙烯塑料薄膜氈。此外，復(fù)合土工膜近幾年也間續(xù)承受。3－2所示。3-2埋鋪式膜料防滲體的構(gòu)造(b)有過渡層的防滲體用作過渡層的材料很多，應(yīng)因地制宜地選用。過渡層的厚度見表3-3。過渡層厚度

3-3過渡層厚度

灰土、塑性水泥土、砂漿素土、砂

2～33～5素土保護層厚度，當(dāng)時，全鋪式的梯形、臺階形、鋸齒形斷面，半鋪式的梯形和底鋪式斷面保護層的厚度，邊坡與渠底一樣。見表3-4；當(dāng)時，梯形和五邊形渠底土保護層的厚度見表3-4，渠坡膜層頂部土保護層最小厚度，溫和地區(qū)為30cm，嚴(yán)寒地區(qū)為35cm。3-4素土保護層的厚度(m3／s)

cm保護層土質(zhì)＜22～55～20＞20～砂壤土、輕壤土45～5050～6060～7070～75中壤土40～4545～5555～6060～65重壤土、粘土35～4040～5050～5555～60剛性材料保護層厚度見表3-5不同材料的組合式保護層。3-5不同材料保護層的厚度

保護層材料水泥土砂礫石保護層材料水泥土砂礫石現(xiàn)澆預(yù)制保護層厚度4～620～3025～40≥304～104～8

cm瀝青混凝土。瀝青混凝土防滲層厚度一般5~6cm(見圖3-3)，大型渠道可承受8～10cm。有抗凍要求的地區(qū)，渠坡防滲層可承受上薄下厚的斷面，一般坡頂厚度5～6cm，坡底厚度8～l0cm。整平膠結(jié)層承受等厚斷面。瀝青混凝土邊長不宜大于1.0m，厚度承受5～8cm3-3瀝青混凝土防滲體的構(gòu)造形式無整平膠結(jié)層的防滲體；(b)有整平膠結(jié)層的防滲體封閉層；2－防滲層；3－整平膠結(jié)層；4－土(石)渠基；5－封頂板混凝土防滲?；炷练罎B層承受等厚板，當(dāng)渠基有較大膨脹、沉陷等變形時，除采以取必要的地基處理措施外，對大型渠道宜承受楔形板、肋梁板、中部加厚板或“Ⅱ”形板?；炷练罎B體的構(gòu)造形式如圖3-43-4混凝土防滲體的構(gòu)造形式選擇防滲技術(shù)措施應(yīng)考慮的因素表3-1系我國SL18-91《渠道防滲工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的各種渠道防滲材料的技術(shù)特點、防滲效果、運用條件等，可依據(jù)擬建渠道的根本資料，在上述設(shè)計總則指導(dǎo)下，具體的進展設(shè)計。設(shè)計時尚應(yīng)綜合考慮以下影響因素?！惨弧硽夂驐l件氣候條件是渠道防滲工程設(shè)計和施工應(yīng)要考慮的根本因素工方法具有打算性作用，也是工程防凍脹設(shè)計的打算性因素。〔二〕地形條件形影響最小，但太貴；低壓管道、輸水槽以及混凝土等防滲渠道，較能適應(yīng)地形的變化；而1／6左右)，只能用于較平坦地區(qū)。因此，選擇防滲方案時，應(yīng)考慮地形條件?！踩郴列再|(zhì)基土的滲透性是打算有無防滲必要和承受哪種防滲措施的關(guān)鍵土質(zhì)地帶。無法改線時，可用砂、礫石或其他土料換基，以代替不良土壤。但此法造價高，除有抗凍害要求和四周有適宜的代換材料外，一般不宜承受。料防滲?！菜摹车叵滤粐?yán)寒地區(qū)，地下水位的凹凸，是防滲工程進展防凍脹設(shè)計時需要考慮的?！参濉惩恋乩眉皾补嘞到y(tǒng)的形式為削減占地，在城郊及人口密集地區(qū)，應(yīng)承受暗渠(管)、輸水槽或邊坡較陡的如U形、矩形斷面等剛性材料防滲渠道。地滿足配水要求?！擦撤罎B標(biāo)準(zhǔn)10cm的混凝土防滲渠道，平均滲漏量為21L／(m·天)，如在混凝土層下加鋪聚氯乙烯薄膜，可削減9512〔七〕耐久性據(jù)資料介紹，埋設(shè)混凝土管道使用年限按50年計算，年養(yǎng)護費占造價的0.1％。印度用的瀝青粘土混合料防滲，使用年限按5年計，年養(yǎng)護費為造價的l0％。厚2.5cm的泥漿襯砌，估量不超過2年，年養(yǎng)護費為造價的25％。使用年限，對計算工程的經(jīng)濟效益，影響很大，設(shè)計時應(yīng)慎重確定。〔八〕材料來源必需承受混凝土防滲的重要工程，可以承受在他處預(yù)制，運到當(dāng)?shù)厥┕ぃ虺惺苋斯ぶ粕?、填的作用，也可能不再需要承受其他防滲措施等?！簿拧硠诹Α⒛茉醇皺C械設(shè)備供給狀況0.5m土機、鏟運機、羊足碾及澆筑機等設(shè)備，以保證施工質(zhì)量，加快施工進度，使防滲工程早日受益。〔十〕治理養(yǎng)護如渠道需要頻繁地放水和停水土料防滲，不能掌握雜草及淤積，同時在勞力昂貴的地方，并不比剛性材料防滲廉價故最好能承受機械或人工預(yù)制安裝混凝土板的措施，以加快進度，保證輸水。〔十一〕工程費用較高的防滲方案。建渠道的防滲工程應(yīng)與修渠同時進展，設(shè)計和施工一次完成。防滲渠道的設(shè)計防滲渠道斷面形式防滲道斷面形式見圖3-5。明渠可選用矩形、梯形(包括弧形底梯形、弧形坡腳梯形)、3-5選用適宜的斷面形式。3-5防滲渠道的橫斷面形式城門洞形暗渠；(h)箱形暗渠；(i)正反拱形暗渠；(j)圓形暗渠梯形橫斷面施工簡便、邊坡穩(wěn)定，在地形、地質(zhì)無特別問題的地區(qū)，可普遍承受。弧形u形渠道等，由于適應(yīng)凍脹變形的力量強，能在肯定程度上減輕凍脹變形的不均勻性，在北方地區(qū)得到了推廣應(yīng)用。U形渠道自20世紀(jì)70年月在我國開頭定的適應(yīng)地基不均勻變形的力量；③渠口窄，節(jié)約土地，削減挖填方量；④整體性強，防滲效果優(yōu)于梯形渠道；⑤便于機械化施工，可加快施工進度。暗渠具有占地很少、在城鎮(zhèn)區(qū)安全性能好、水流不易污染等優(yōu)點。在凍土地區(qū)，暗渠可避開凍脹破壞。因此，在土地資源緊缺地區(qū)應(yīng)用較多。

3-5不同材料防滲渠道適用的橫斷面形式防滲渠道橫斷面形式別 明渠 暗渠弧梯形矩形形形形坡腳U行箱形形圓形梯形素土∨∨∨灰土∨∨∨∨∨∨∨黏砂混凝土∨∨∨膨潤混合土∨∨∨三合土∨∨∨∨∨∨∨四合土∨∨∨∨∨∨∨塑性水泥土∨∨∨∨干硬性水泥土∨∨∨∨∨∨∨料石∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨塊石∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨卵石∨∨∨∨∨∨∨石板土保護層塑膜∨∨∨∨∨∨∨瀝青混凝土∨∨∨混凝土∨∨∨∨∨∨∨∨∨∨剛性保護層塑膜∨∨∨∨∨∨∨∨∨3.2.2襯砌護面應(yīng)有肯定的超高，以防風(fēng)浪對渠床的沖刷。襯砌超高指加大水位到襯砌層頂端的垂直距離。小型渠道可承受20～30cm，大型渠道可承受30～60cm。襯砌層頂端到渠道的堤頂或岸邊也應(yīng)有肯定的垂直距離，以防襯砌層外露于地面，易受交通車輛等機械損3-6U加大流量 ＜0.50.5～1.0 1.0～1010～300.1～0.150.15～0.2 0.2～0.350.35～0.53-6U加大流量 ＜0.50.5～1.0 1.0～1010～300.1～0.150.15～0.2 0.2～0.350.35～0.50.2～0.30.3～0.4 0.4～0.60.6～0.8防滲渠道的設(shè)計參數(shù)和封頂板等。設(shè)計參數(shù)選擇的是否正確，關(guān)系到渠道的工程量大小、輸水力量、防滲效果、本節(jié)對設(shè)計參數(shù)如何設(shè)計與選擇不作介紹，請參閱有關(guān)書籍。防滲渠道的水力斷面計算〔一〕水力斷面計算的根本公式各種渠道斷面設(shè)計的準(zhǔn)確尺寸，應(yīng)通過如下根本計算公式確定，即〔3-1〕式中：——渠道平均流速，mm/s；；——水力半徑，m；——渠底比降。謝才系數(shù)常用曼寧公式計算〔3-2〕式中：——渠道糙率系數(shù)?！?-3〕式中：——渠道設(shè)計流量，m3/s；——渠道過水?dāng)嗝婷娣e，m2?！捕程菪?、矩形渠道的水力計算一般斷面水力計算下：假設(shè)、值。為施工便利，底寬應(yīng)取整數(shù)。因此，一般先假設(shè)一個整數(shù)的的值，再選擇適當(dāng)?shù)膶捝畋?，用公式計算相?yīng)的水深值。計算渠道的過水?dāng)嗝娴乃σ亍Ｒ罁?jù)假設(shè)的、值計算相應(yīng)的過水?dāng)嗝婷娣e、濕周、水力半徑和謝才系數(shù)。計算公式如下〔式3-4〕〔式3-5〕〔式3-6〕用式3-2計算謝才系數(shù)。計算渠道流量。校核渠道流量。上面計算出來的渠道流量〔〕是與假設(shè)的、值相應(yīng)的輸水力量，一般不等于渠道的設(shè)計流量〔〕，通過試算，反復(fù)修改、值，直至渠道計算流量等于或接近渠道設(shè)計流量為止。要求誤差不超過5％，即設(shè)計渠道斷面應(yīng)滿足的校核條件是〔式3-7〕相差很大，就要修改、值，再進展計算。為了削減重復(fù)次數(shù)，常用圖解法協(xié)作：在底寬不變～3-63-6h～Q校核渠道流速。設(shè)計斷面尺寸不僅滿足設(shè)計流量的要求，還要滿足穩(wěn)定渠道的流3-8計算經(jīng)流量校核選擇的渠道斷面通過設(shè)計流量時所具有的流速?！?-8〕然后按不沖流速和不淤流速校核，計算出來的流速應(yīng)滿足以下條件?！彩?-9〕如不滿足流速校核條件式直到既滿足流量校核條件又滿足流速校核條件為止?！捕乘ψ钫_斷面的水力計算承受水力最正確斷面時，可按以下步驟直接求解：計算渠道的設(shè)計水深。由梯形(矩形)渠道水力最正確斷面的寬深比計算公式、渠道斷面水力要素計算式3-2、式3-4、式3-5和式3-6，通過流量計算公式3-3可求得水力最正確斷面的渠道設(shè)計水深為〔3-10〕計算渠道的設(shè)計底寬〔式3-11〕3．校核渠道流速。流速計算和校核方法與承受一般斷面時一樣。假設(shè)設(shè)計流速不滿足寸。【例3－l】設(shè)計混凝土襯砌渠道，設(shè)計流量m3/s，，渠道比降邊坡系數(shù)，糙率系數(shù)選用，m/sm/s。試確定渠道的斷面尺寸。解：第一方案：按一般斷面形式設(shè)計。(1)初設(shè)m，m，作為第一次試算的斷面尺寸。(2)計算渠道斷面各水力要素(3)計算渠道流量校核渠道流量因此流量校核不符合要求，需要換值，重計算。為此，又假設(shè)等4個值按上述步驟3-7。3-7渠道橫斷面尺寸計算(m)(m2) (m) (m) (m1/2/s) (m3/s)1.56.196.750.9270.448.361.66.727.000.9670.949.341.656.997.130.9870.199.851.77.277.251.0071.4310.391.757.557.381.0271.6610.93按表3-7的計算結(jié)果繪制的～關(guān)系曲線見圖3-7。從圖中查得m3/s，相應(yīng)水深m。校核流量m/s設(shè)計流速滿足校核條件所以設(shè)計斷面尺寸是：,，和，即可畫出過水?dāng)嗝?。水面寬度可從圖上量得，也可用下式計算(m)其次方案：按水力最正確斷面設(shè)計(1)計算渠道的設(shè)計水深。(m)〔2〕)計算渠道的設(shè)計底寬(m)(3)校核渠道流速。m/s設(shè)計流速滿足校核條件所以設(shè)計最正確斷面尺寸是：?！?〕水面寬度(m)施工的依據(jù)。〔三〕U形、弧形底梯形斷面的設(shè)計U形、弧形底梯形斷面分別如圖3-8和圖3-9所示。圖3-8U形斷面 圖3-9弧形底梯形斷面1．U形、弧形底梯形水力最正確斷面的計算公式過水?dāng)嗝嫦禂?shù)濕周系數(shù)式中：——水深，m；——圓心角一半，〔°〕——上部直線段的邊坡系數(shù)，；——圓弧半徑，m；——過水面積，m2。梯形渠的弦長與水深之比：，為弧形底的弦長。2．U形、弧形底梯形有用經(jīng)濟斷面的有關(guān)系數(shù)3-8U0(0)0.1(5.7°)0.2(11.3°)0.3(16.7°)0.4(21..8°)0.65～0.720.62～0.680.56～0.633-8U0(0)0.1(5.7°)0.2(11.3°)0.3(16.7°)0.4(21..8°)0.65～0.720.62～0.680.56～0.630.49～0.560.39～0.47〔2〕弧形底梯形斷面值的選擇：一般狀況下，蠔值可按一般梯形斷面確定寬深比的方53-93-9弧形底梯形斷面值邊坡系數(shù)0.51.03-9弧形底梯形斷面值邊坡系數(shù)0.51.0l.25l.51.752.0水力最正確1.791.411.251.110.9920.894允許3.223.253.443.503.753.763-10U名稱圓心角深

符號 條件、、、、、、

22或濕周 、、、水力半徑 、弧段水深 、注表中為弧度值?！菜摹郴⌒纹履_梯形渠斷面的設(shè)計在地形、地質(zhì)條件要求承受寬淺式斷面時，寬深比仍按表3-10選擇。坡腳弧形、、值可通過圖解和計算確定。3-10弧形坡腳梯形渠斷面渠道防滲工程的防凍措施渠道防滲工程的凍害及緣由〔一〕渠道防滲工程凍害類型由于負(fù)氣溫對渠道防滲襯砌工程的破壞作用而失去了防滲意義統(tǒng)稱為渠道防滲工程的凍害。依據(jù)負(fù)氣溫造成各種破壞作用的性質(zhì)，凍害可分以下3渠道防滲材料的凍融破壞材料破壞、剝蝕、凍酥，從而使構(gòu)造完全受到破壞而失去防滲作用。渠道中水體結(jié)冰造成防滲工程破壞岸襯砌體產(chǎn)生冰壓力，造成襯砌體破壞或產(chǎn)生破壞性變形。渠道基土凍融造成防滲工程破壞由于渠道滲漏、地下水和其他水源補給、渠道基土含水量較高，在冬季負(fù)氣溫作用下，造成渠床表土層過濕、疏松而使基土失去強度和穩(wěn)定性，導(dǎo)致襯砌體的滑塌?！捕硟雒浧茐男问交炷练罎B均勻變形的力量較差。在凍脹力和熱應(yīng)力的作用下簡潔破壞，其破壞形式如下。鼓脹及裂縫。凍脹裂縫多消滅在尺寸較大的現(xiàn)澆混凝土板順?biāo)较?，縫位一般在渠坡坡腳以上1／4～3／4凝土板與基土凍結(jié)在一起后，由于凍土消滅凍脹裂縫，混凝土板亦可能被拉裂。折斷。隆起架空。在地下水位較高的渠段，渠床基土距地下水近，凍脹量大，而渠頂凍脹量小，造成混凝土襯砌板大幅度隆起架空。這種現(xiàn)象一般消滅在坡腳或水面以上0.5～1.5m凍融滑塌。有兩種形式。一是由于凍脹隆起架空，使坡腳支撐受到破壞，襯砌板墊層失去穩(wěn)定平衡，基土溶化時，上部板塊順坡向下滑移、錯位，相互穿插，如圖3－113-123-11流土引起渠道凍融滑坡破壞示意圖3-12流土引起渠道凍融滑坡破壞示意圖整體上抬。渠深1.0m左右的較小渠道，基土凍脹不均勻性較小，如小型混凝土U形槽和地下水埋藏較深、襯砌體下沒有墊層的渠道可能發(fā)生整體上抬，如圖3-13所示。3-143-13小型混凝土U膜料防滲

3-14混凝土襯砌板順坡向上推移鋪埋式襯砌凍害主要表現(xiàn)在膜料的保護層上土料保護層常因逐年凍融剝蝕變薄規(guī)章的梯形變成寬U3-15但在強凍脹土區(qū)，也可能消滅類似剛性材料的凍脹形式。土蠕動下滑，使薄膜鼓脹，無法復(fù)位，如圖3－163-15保護層剝蝕后膜料外漏瀝青混凝土防滲

3-16外露式膜料襯砌破壞成通路。此外，瀝青混凝土在自然條件作用下，存在自然老化問題,從而降低了適應(yīng)凍脹的力量。防凍害措施劃布置、渠床處理、排水、保溫，以及襯砌的構(gòu)造形式