一、农田灌溉技术
江西省大中型灌区渠道防渗衬砌方式选择
张丽；张戴军；余雷
江西省水利科学研究院
分析比较灌区渠道断面结构形式、防渗衬砌材料、施工工艺等，为江西省大中型灌区提供可行且防渗效果佳的渠道防渗衬砌方式；从而提高水资源的有效利用率，减少占地，节省工程投资及维修费用，降低地下水位，保护生态环境；并可以为南方灌区提供参考和借鉴。
江西省水稻种植面积居全国第二，而大中型灌区在粮食安全生产中承担着重任。据调查资料显示，江西省灌区目前的渠系水利用系数仅为0.46，而大中型灌区有的仅为0.3，水利用率较低。对灌区渠道进行防渗处理是最行之有效的节水措施，不仅可以提高渠系水利用系数，防止渠道冲刷、淤积及坍塌，还可节省投资和运行管理费用。分析比较灌区渠道断面结构形式、防渗衬砌材料、施工工艺等，为江西省大中型灌区提供可行且防渗效果佳的渠道防渗衬砌方式，对于提高水资源的有效利用率，节约投资，保护生态环境都有重要的意义，并可以为南方灌区提供参考和借鉴。
1 江西省大中型灌区渠道防渗现状及存在问题
1.1 渠道防渗现状
据《江西水利统计年鉴》（2011年）数据，2011年全省万亩以上灌区307处，设计灌溉面积105.18万hm2，有效灌溉面积76.34hm2。灌区输水干渠长度16788.39km，其中防渗长度1958.16km，占总长的11.66%；配水渠道（支、斗渠）长度89061.83km，其中防渗长度2068.59km，仅占总长的2.3%。
1.2 渠道防渗存在问题
1.2.1 底子薄，运行时间长，老化损毁严重
江西省的灌区工程70%以上是20世纪五六十年代修建，设计标准不高，当时的施工技术和经济水平都很有限，且因地质和水文地质条件较复杂、施工条件受限或资金投入等原因影响，多数灌区仅对有限的干、支渠进行部分防渗处理，大部分渠道仍是土渠，经过几十年运行，渠道普遍损毁漏水严重。
1.2.2 渠道防渗衬砌率不高，衬砌材料单一
江西省大中型灌区干渠防渗率为11.66%；支、斗渠防渗率仅为2.3%，防渗衬砌率低，水资源浪费严重。渠道原设计采用的防渗材料比较单一，主要为混凝土或砌石等，这些材料虽然有一定的防渗性能且抗冲刷，但不能确保发挥长期防渗作用。
本文发表于2013年。
1.2.3 施工机械化水平不高，施工工艺不够精细
江西省大中型灌区渠道防渗衬砌目前主要以人工施工为主，施工机械化水平不高。小型渠道衬砌有些实现半机械化且向机械化施工方面发展，但相较发达省份而言，机械化程度还较低，施工进度慢，质量也较难保证。此外，在施工工艺方面也不够精细。
1.2.4 资金投入不足，工程缺乏有效管理
长期以来，用于灌区渠道的日常管理维护和更新改造的资金投入不足，水费收缴率普遍较低，管理维护不到位。
2 灌区渠道防渗断面选择
灌区渠道防渗断面形式目前推广应用较多的有U形、梯形、弧形坡脚梯形或弧形渠底梯形、连锁板衬砌结构和复合材料防渗结构等。江西省灌区渠道普遍适用的为U形、梯形、弧形坡脚梯形或弧形渠底梯形。选择防渗断面形式受诸多因素影响，应依据渠道流量大小和工程实际情况分析确定。
2.1 大中型（干、支渠）防渗断面的选择
灌区大中型渠道衬砌断面形式可选梯形、弧形坡脚梯形断面或弧形渠底梯形，部分流量较小的支渠也可采用U形断面。
梯形断面施工简单，边坡稳定，在对地形、地质无特殊要求的地方可普遍采用。
弧形坡脚梯形断面和弧形渠底梯形断面流速分布均匀，近似于最佳水力断面，流速快防淤积，防渗效果好，且渠底有一定的反拱作用，能减少裂缝和错台现象。
据经验，大中型渠道衬砌断面可按以下几种情况选择：
（1）渠道设计流量大于15m3/s，可选择梯形断面或弧形坡脚形断面。
（2）渠道设计流量大于6m3/s而小于等于15m3/s时，可选择弧形坡脚梯形断面或弧底梯形断面。
（3）渠道设计流量在大于1m3/s而小于等于6m3/s时，可选择弧形渠底梯形断面或U形断面。
2.2 小型（斗、农渠）防渗断面的选择
小型渠道多选用U形断面进行防渗处理，不具备U形渠道施工条件的灌区，可采用梯形断面。相比梯形断面，U形断面具有水力条件佳，输沙能力强，占地面积小，施工可全部机械化等优点，防渗效果更突出，U形混凝土渠每公里可比梯形渠输水损失小3.7%［1］，适宜广泛应用。
3 防渗衬砌材料选择
防渗常用的材料主要有土料、水泥土、石料、沥青混凝土、混凝土、膜料等。选择渠道防渗材料应遵循因地制宜、就地取材的原则。各种防渗材料性能及防渗效果详见表1。
3.1 土料防渗
土料防渗是指用压实素土、黏砂混合土、灰土、三合土、四合土等土料进行防渗。土料防渗能就地取材，造价低，施工简便，但耐久性较差，质量不易保证，维护工作量大。
表1 各种防渗材料性能及防渗效果
主要适用于气候温暖地区的中、小型渠道。防渗效果为0.07～0.17m3/（m2·d），使用年限为5～25年。目前传统的土料防渗措施采用已较少，可在经济条件有限的赣南山区及部分丘陵区采用。
3.2 水泥土防渗
水泥土防渗有压实干硬性水泥土防渗和浇筑塑性水泥土防渗两种方法。能就地取材，造价较低，施工较容易，但抗冻性较差。适用于气候温暖地区，且附近有壤土和砂壤土的渠道。防渗效果为0.06～0.17m3/（m2·d），使用年限8～30年。
3.3 砌石防渗
砌石防渗是指用浆砌料石、块石、卵石、石板以及干砌卵石挂淤进行防渗。其抗冻和抗冲性能好，施工简易，耐久性强，但一般防渗能力较难保证，需劳力多。适用于石料来源丰富、有抗冻与防冲要求的渠道。浆砌石防渗效果为0.09～0.25m3/（m2·d），干砌石防渗效果0.20～0.40m3/（m2·d），用年限为25～40年。
3.4 沥青混凝土防渗
沥青混凝土材料防渗耐久效果强，低温柔性好，在-22～-27℃低温下仍有一定的柔性，裂缝自愈，造价低且施工简便。防渗效果为0.04～0.14m3/（m2·d），用年限为20～30年。但因沥青料源不足，不适合大面积推广使用。
3.5 混凝土防渗
混凝土防渗输水能力大，防渗、抗冲性能好，耐久性强。适用于各种地形、气候和运行条件的大、中、小型渠道。现浇防渗效果为0.04～0.14m3/（m2·d），使用年限30～50年；预制铺砌防渗效果为0.06～0.17m3/（m2·d），使用年限20～30年。
3.6 膜料防渗
膜料防渗是用塑膜、沥青玻璃纤维布油毡等作防渗层，其上再设保护层的防渗方法。它具有防渗能力强、质轻，运输便利的优点。当用土保护层时，造价较低，但占地多，允许流速小，适用于中、小型低流速渠道；防渗效果为0.04～0.08m3/（m2·d），使用年限20～30年。当用刚性保护层时，造价较高，可用于大、中型渠道。缺点是易老化，容易遭外力破坏。
4 渠道防渗衬砌施工工艺
4.1 防渗渠基的填筑处理
渠道防渗渠基应坚固、稳定、平整，利于发挥工程的防渗作用。渠道选线时应尽量避免不良地基，如无法避免，则针对不同地基可采用如下处理方式：
（1）傍山渠道，若有裂缝、小孔洞等，可采用灌浆法，即选用黏土浆或水泥黏土浆进行填堵，灌浆的各项技术参数宜通过试验确定。对浅层窑洞、墓穴和大孔洞，则可采用开挖回填法处理。
（2）软弱土、膨胀土的渠基，可采用换填法处理。一般换填材料为土料或砂砾石。换填土料时，对大中型渠道压实系数应不小于0.95，小型渠道应不小于0.93；换填砂砾石时，压实系数不应小于0.93。
（3）以旧改新的渠道防渗工程，在渠基回填压实中，需注意新旧土的结合。
4.2 防渗渠道基槽的开挖
大型渠道基槽开挖可采用挖掘机，辅以人工修整的方式进行。U形渠道基槽，可根据具体情况采用相应型号的开渠机，一次成渠。
4.3 混凝土防渗层施工
不同的防渗形式有不同的施工工艺。目前机械化程度较高、应用较为普遍的是混凝土防渗衬砌技术。
4.3.1 现场浇筑法施工
（1）采用模板以人工插捣法浇筑。
（2）采用U形渠道混凝土浇筑机施工。目前常用的浇筑机规格有D40、D60、D80、Dl00、D120、D180，可分别浇筑圆弧直径为40cm、60cm、80cm、120cm、180cm的小型U形渠道（流量为2.0m3/s以下）。
4.3.2 预制安装法施工
混凝土预制件多采用立模制板法和小U形渠整体预制法。将预制件用砂浆安砌于渠道基槽上，保证接触密实。
4.3.3 预制与现场浇筑相结合法施工
现场施工困难的渠道边坡，特别是弧形边坡，可在工厂预制混凝土板，然后安装或吊装就位，渠底段现场浇筑，并将预制与现浇板连接紧密。对大中型渠道防渗工程，在接缝连接处设置钢筋，加强预制件与现浇段的连接，保证混凝土的质量，克服预制安装法施工一般整体性不强的缺点。
5 结语
江西省水资源相对丰富，但时空分布不均，对渠道进行防渗处理不能“一刀切”，而应因地制宜，选择需要的渠道进行防渗衬砌。在确定适宜最优方案时应根据灌区所在地气候、地形、土质、地下水位等自然条件，渠道大小、输水方式、防渗标准、耐久性等工程要求，土地利用、材料来源、劳力、能源及机械设备等社会经济因素，结合当地实践经验，通过技术经济比较后确定。
参考文献
［1］何武全.我国渠道防渗工程技术的发展现状与研究方向［J］.防渗技术，2002，8（1）：31-33.
［2］冯广志，周福国.渠道防渗衬砌技术发展中的若干问题与建议［J］.节水灌溉，2004，（5）：1-4.
［3］何来跃，何振.赣抚平原灌区渠道防渗技术探讨［J］.吉林水利，2007，（3）：6-7.
［4］SL 18—2004 渠道防渗工程技术规范［S］.北京：中国水利水电出版社，2005.
［5］曹政权，齐广平.几种防渗渠道断面的比较分析［J］.甘肃农业大学学报，2006，41（5）：134-138.
［6］建功，任之忠.我国渠道防渗技术发展概况［J］.农田水利与小水电，1991，（2）：1-6.
本文发表于2013年。