渠道管理渠道防渗工程技术.docx

1、渠道管理渠道防渗工程技术渠道防渗工程技术3.1渠道防渗类型和特性3.1.1渠道防渗意义和作用（一）渠道防渗意义发展节水型农业行之有效的节水技术有渠道防渗、低压管道输水、改进地面灌溉技术、发展喷灌与微灌、实行节水灌溉制度等。这些节水技术无疑均是重要的和必需的，但节水效益最大的技术则是渠道防渗。这是因为我国每年灌溉用水量约为3500亿m3，占农业用水量的90，占我国总用水量的63。目前我国已建渠道防渗工程为55万多Km，仅占渠道总长的18，80以上的渠道没有防渗，渠系水的利用系数很低，平均不到0.50，低于其他国家（美国为0.78，前苏联为0.60.7，日本为0.61，巴基斯坦为0.58等）。也就

2、是说，从水源到田间，有50以上的灌溉水因渠道渗漏而损失掉了。由于渠道渗漏浪费的水量很大，我国粮食作物的水分生产效率仅为1kg左右，而以色列高达2.32kg。如果我国灌溉渠系水的有效利用系数提高0.10，则每年可节约水量350亿m3左右，等于正在规划的南水北调中线工程年引水量的2.7倍左右，这对缓解我国水资源供需矛盾将起到很大作用。因此，必须首先做好渠道防渗工程，堵住这个浪费水的大洞，提高渠系水的利用率。渠道的渗漏水量不仅降低了渠系水的利用系数，减少了灌溉面积，浪费了水资源，而且会引起地下水位上升，招致农田渍害，在有盐碱化威胁的地区，还会引起土壤的次生盐碱化，同时还会增加灌溉技术和农民的水费负担

3、，甚至会危及工程的安全运行。为了减少渠道输水损失，提高渠系水利用系数，一方面要加强渠系工程配套和维修养护，有计划地引水和配水，不断提高灌区管理工作水平；另一方面要采取渠道防渗工程措施，减少渗漏损失水量。（二）渠道防渗的作用渠道防渗工程措施除了减少渠道渗漏损失、节省灌溉用水量、更有效地利用水资源外，还有以下作用：1提高渠床的抗冲能力，防止渠坡坍塌，增强渠床的稳定性。2减小渠床糙率系数，加大渠道内水流流速，提高渠道输水能力。3减少渠道渗漏对地下水的补给，有利于控制地下水位和防治土壤盐碱化及沼泽化。4防止渠道长草，减少泥沙淤积，节省工程维修费用。5降低灌溉成本，提高灌溉效益。3.1.2渠道防渗材料及

4、结构形式（一）渠道防渗工程应符合的要求1防渗渠道断面应通过水力计算确定，地下水位较高和有防冻要求时，可采用宽浅：断面。2地下水位高于渠底时，应设置排水设施。3防渗材料及配合比应通过试验选定。4采用刚性材料防渗时，应设置伸缩缝。5标准冻深大于10cm的地区，应考虑采用防治冻胀的技术措施。6渠道防渗率，大型灌区不应低于40；中型灌区不应低于50；小型灌区不应低于70；井灌区如采用固定渠道输水，应全部防渗。7大、中型灌区宜优先对骨干渠道进行防渗。（二）渠道防渗材料简介根据所使用的材料，渠道防渗可分为：土料防渗；水泥土防渗；砌石防渗I塑料薄膜防渗(内衬薄膜后再用土料、混凝土或石料护面)沥青混凝土防渗；

5、混凝土防渗等。其中混凝土衬砌是当今渠道衬砌的主要形式。各类材料防渗效果和适用条件见表3-1。表3-1常见渠道防渗形式的主要特性项目防渗材料主要原材料允许最大渗漏量（m3/m2.d）使用年限适用条件土料粘性土粘砂混合土粘质土、砂、石、石灰等0.070.17515能就地取材。造价低，施工简便，但抗冻性差，耐久性较差，需劳力多，质量不易保证适用于气候和地区的中、小型渠道灰土三合土四合土1025水泥土干硬性水泥土塑性水泥土壤土、砂壤土、水泥等0.060.17830能就地取材，造价较低，施工容易，但抗冻性较差。适用于温地区，且附近有壤土和砂壤土的渠道石料干砌卵石（挂淤）卵石、块石、料石、石板、水泥等.2

6、00.42540抗冻和抗冲性能好，施工简易，耐久性强，但防渗能力一般较难保证，需劳力多。适用于石料来源丰富、有抗冻与抗冲要求的渠道浆砌块石浆砌卵石浆砌料石浆砌石板0.090.25沥青混凝土现场浇筑预制辅砌沥青、砂、石、矿粉等0.040.142530防渗能力强，适应冻胀变形能力较好，造价与混凝土相近，但目前沥青料源缺乏。一般适用于有冻害的地区，且附近有沥青料源渠道埋辅式膜料土料保护层刚性保护层膜料、土料、砂、石、水泥等0.040.082030防渗能力强，质轻、运输便利，用土作保护层时，造价较低，但自地多，允许流速小。适用于中、型低流速渠道。当用刚性保护层时，造价较高，可用于大、中型渠道混凝土现场

7、浇筑砂、石、水泥、速凝剂等0.040.143050防渗效果、抗冲性和耐久性好，可用于各类地区的各种运用条件下的各级渠道；喷射法施工宜用于岩基、风化岩基以及山区渠道预制辅砌0.060.172030喷射法施工0.050.162535目前，我国渠道防渗中存在的主要问题是衬砌技术成本较高，影响大面积推对于西北地区特殊的湿陷性黄土、盐胀土和膨胀土层，渠道衬砌需解决大变形。（三）渠道防渗层的结构及厚度1土料防渗。土料防渗层的厚度应根据防渗要求通过试验确定。中、小型渠道可参照表3-1选用。为增加防渗层的表面强度，根据渠道流量大小，表层采用水泥砂浆抹面和涂刷硫酸亚铁溶液的办法。2水泥土防渗。水泥土防渗层的配合

8、比应通过试验确定。防渗层的厚度宜采用810cm，小型渠道不应小于5cm。水泥土预制板的尺寸，应根据制板机、压实功能、运输条件和渠道断面尺寸等功能确定，每块预制板的重量不宜超过50kg。板间用砂浆挤压、填平，并及时勾缝与养护。因水泥土的抗冻性较差，故对耐久性要求高的明渠水泥土防渗层，宜用塑性水泥土铺筑，表面再用水泥砂浆、混凝土预制板、石板等材料作保护层。此种防渗层结构，水泥土的水泥掺量可以适当减少，但水泥土28d的抗压强度不应低于1.5MPa。表3-2土料防渗层厚度表土料种类防渗层厚度表（cm）渠底渠坡侧墙高液限黏质土中液限黏质土灰土三合土四合土2040304010201020152020403

9、060102010201525203020403砌石防渗。护面式砌石防渗层的厚度(见图3-1)，浆砌料石采用1525cm；浆砌块石采用2030cm；浆砌石板厚度不宜小于3cm。浆砌卵石、干砌卵石(见图32)挂淤护面式防渗层的厚度一般采用1530cm。为了防止渠基淘刷，提高防渗效果，干砌卵石挂淤渠道可在砌体下面设置砂砾石垫层或低标号砂浆垫层。浆砌石板防渗层下，可铺厚度23cm的砂料或低标号砂浆垫层。对防渗要求高的大中型渠道，可在砌石层下加铺粘土、三合土、塑性水泥土或塑膜层。图31浆砌石渠道护面结构（a）护面式结构(b)挡土墙式结构护面式浆砌石防渗层一般不基上挡土墙式浆砌石防渗层宜设1015m。4

10、膜料防渗。膜料的基本和沥青。按防渗材料可分为塑料类、沥青和环氧树脂类。按加强不加强土工膜(直喷式土工膜加强土工膜(玻璃纤维布、聚酯纤维布作加强材料)、复合型土工膜(土工织物作基材)。目前我国渠道防渗工程普遍采用聚乙烯和聚氯乙烯塑料薄膜，其次是沥青玻璃纤维布油毡。此外，复合土工膜近几年也陆续采用。膜料防渗多用埋铺式，其结构一般包括：膜料防渗层、过渡层、保护层等。如图32所示。图3-2埋铺式膜料防渗体的构造(a)无过渡层的防渗体；(b)有过渡层的防渗体用作过渡层的材料很多，应因地制宜地选用。过渡层的厚度见表3-3。表3-3过渡层厚度过渡层厚度厚度(cm)灰土、塑性水泥土、砂浆素土、砂2335素土保

11、护层厚度，当时，全铺式的梯形、台阶形、锯齿形断面，半铺式的梯形和底铺式断面保护层的厚度，边坡与渠底相同。见表3-4；当时，梯形和五边形渠底土保护层的厚度见表3-4，渠坡膜层顶部土保护层最小厚度，温暖地区为30cm，寒冷地区为35cm。表3-4素土保护层的厚度单位：cm保护层土质渠道设计流量(m3s)22552020砂壤土、轻壤土中壤土重壤土、粘土455040453540506045554050607055605055707560655560刚性材料保护层厚度见表3-5。也可在渠底、渠坡和不同渠段，采用具有不同抗冲能力、不同材料的组合式保护层。表3-5不同材料保护层的厚度单位：cm保护层材料水泥

12、土块石、卵石砂砾石混凝土现浇预制保护层厚度462030254030410485沥青混凝土。沥青混凝土防渗层厚度一般56cm(见图3-3)，大型渠道可采用810cm。有抗冻要求的地区，渠坡防渗层可采用上薄下厚的断面，一般坡顶厚度56cm，坡底厚度8l0cm。整平胶结层采用等厚断面。沥青混凝土边长不宜大于1.0m，厚度采用58cm。预制板一般用沥青砂浆砌筑；在地基有较大变形时，也可采用焦油塑料胶泥填筑。图3-3沥青混凝土防渗体的结构形式(a)无整平胶结层的防渗体；(b)有整平胶结层的防渗体1封闭层；2防渗层；3整平胶结层；4土(石)渠基；5封顶板6混凝土防渗。混凝土防渗层采用等厚板，当渠基有较大膨

13、胀、沉陷等变形时，除采以取必要的地基处理措施外，对大型渠道宜采用楔形板、肋梁板、中部加厚板或“”形板。混凝土防渗体的结构形式如图3-4所示。图3-4混凝土防渗体的结构形式3.1.3选择防渗技术措施应考虑的因素表3-1系我国SL18-91渠道防渗工程技术规范规定的各种渠道防渗材料的技术特点、防渗效果、运用条件等，可根据拟建渠道的基本资料，在上述设计总则指导下，具体的进行设计。设计时尚应综合考虑下列影响因素。（一）气候条件气候条件是渠道防渗工程设计和施工应要考虑的基本因素。它对防渗材料的耐久性和施工方法具有决定性作用，也是工程防冻胀设计的决定性因素。（二）地形条件地形条件往往是决定渠道防渗工程造价

14、的重要因素，在渠道防渗措施中，压力管道受地形影响最小，但太贵；低压管道、输水槽以及混凝土等防渗渠道，较能适应地形的变化；而土料及埋铺式膜料(土保护层)防渗渠道，因允许流速小(为混凝土的16左右)，只能用于较平坦地区。因此，选择防渗方案时，应考虑地形条件。（三）基土性质基土的渗透性是决定有无防渗必要和采用哪种防渗措施的关键，土的冻胀敏感性和抗压强度等都是工程设计应考虑的主要性能。对黄土类、壤土类等基础好、渠床稳定的地区，一般采用混凝土、砌石等防渗措施。但在含膨胀性粘土或石膏以及孔状灰岩的渠基上，一般不宜采用刚性材料，应采用厚压实土料，或埋铺式膜料类的柔性防渗措施。对于湿陷性黄土渠基，防渗前做完浸

15、水处理后，最好采用埋铺式膜料防渗。也可以改变渠线，使渠道绕过不良土质地带。无法改线时，可用砂、砾石或其他土料换基，以代替不良土壤。但此法造价高，除有抗冻害要求和附近有合适的代换材料外，一般不宜采用。在选择防渗方案时，应尽量考虑土渠开挖土方的应用问题。如有适宜的土料，可采用压实土料防渗；如开挖的土料不能压实，但可以用作膜料防渗的保护层时，则应采用埋铺式膜料防渗。（四）地下水位地下水位高于渠底时，防渗层存在承受扬压力的问题。必须在防渗层下设排水设施。在寒冷地区，地下水位的高低，是防渗工程进行防冻胀设计时需要考虑的。（五）土地利用及灌溉系统的形式为减少占地，在城郊及人口密集地区，应采用暗渠(管)、输

16、水槽或边坡较陡的如U形、矩形断面等刚性材料防渗渠道。为了改善旧有灌溉系统和用水方式，如合并地块，改连续输水为轮流输水，改变种槽作物等，都应考虑采用刚性材料防渗，使配水渠系占地最小。同时也使轮流输水的渠系能更好地满足配水要求。（六）防渗标准在水费很高的地区，或渗漏水有可能引起渠基失稳，影响正常运行的渠道，防渗标准应提高。建议采用下铺膜料，上部用混凝土板作保护层的措施。据国外有关经验，厚10cm的混凝土防渗渠道，平均渗漏量为21L(m天)，如在混凝土层下加铺聚氯乙烯薄膜，可减少渗漏量95。只要持续12年，节约的水量，就足以抵偿塑膜增加的投资。（七）耐久性据资料介绍，埋设混凝土管道使用年限按50年计

17、算，年养护费占造价的0.1。印度用的沥青粘土混合料防渗，使用年限按5年计，年养护费为造价的l0。厚2.5cm的泥浆衬砌，估计不超过2年，年养护费为造价的25。使用年限，对计算工程的经济效益，影响很大，设计时应慎重确定。（八）材料来源应本着因地制宜、就地取材的原则选用防渗措施。料源应充足。如当地无砂、石料而又必须采用混凝土防渗的重要工程，可以采用在他处预制，运到当地施工，或采用人工制砂、石的办法。当水中含有较多泥沙，且渠基为砂砾石时，如旧渠由于运用时间已久，有天然淤填的作用，也可能不再需要采用其他防渗措施等。（九）劳力、能源及机械设备供应情况在劳力较多、工资较低的地区，应采用能充分利用劳动力的措

18、施。如采用预制陶瓷板及混凝土板安砌和压实土料防渗等。如压实厚度超过0.5m或用现浇混凝土防渗的，则可采用推土机、铲运机、羊足碾及浇筑机等设备，以保证施工质量，加快施工进度，使防渗工程早日受益。（十）管理养护如渠道需要频繁地放水和停水，渠道水位有较大的升降变化时，最好采用刚性材料防渗。土料防渗，不能控制杂草及淤积，同时在劳力昂贵的地方，并不比刚性材料防渗便宜。明铺式膜料、薄粘土层或薄压实土料防渗，易受牲畜践踏等外力破坏，故在使用上受到限制。在已成土渠上建防渗工程，因施工时间短，渠基不能很快干燥，很难采用现浇的刚性材料护面，故最好能采用机械或人工预制安装混凝土板的措施，以加快进度，保证输水。（十一

19、）工程费用渠道防渗措施是否经济，应以效益的大小来衡量。在资金允许情况下，应尽量选取标准较高的防渗方案。新建渠道的防渗工程应与修渠同时进行，设计和施工一次完成。3.2防渗渠道的设计3.2.1防渗渠道断面形式防渗道断面形式见图3-5。明渠可选用矩形、梯形(包括弧形底梯形、弧形坡脚梯形)、形和复合形；无压暗渠可选用城门洞形、箱形、正反拱形和圆形。不同防渗材料可参照3-5选用适宜的断面形式。图3-5防渗渠道的横断面形式(a)梯形断面；(b)弧形底梯形断面；(c)弧形坡脚梯形断面；(d)复合形断面；(e)u形断面；(f)矩形断面；(g)城门洞形暗渠；(h)箱形暗渠；(i)正反拱形暗渠；(j)圆形暗渠梯形

20、横断面施工简便、边坡稳定，在地形、地质无特殊问题的地区，可普遍采用。弧形底梯形、弧形坡脚梯形、u形渠道等，由于适应冻胀变形的能力强，能在一定程度上减轻冻胀变形的不均匀性，在北方地区得到了推广应用。U形渠道自20世纪70年代在我国开始应用，在渠道上目前已得到了广泛的应用。其主要优点足：水力条件好，近似最佳水力断面，可减少衬砌工程量，输沙能力强，有利于高含沙引水；在冻胀性和湿陷性地基上有一定的适应地基不均匀变形的能力；渠口窄，节省土地，减少挖填方量；整体性强，防渗效果优于梯形渠道；便于机械化施工，可加快施工进度。暗渠具有占地很少、在城镇区安全性能好、水流不易污染等优点。在冻土地区，暗渠可避免冻胀破

21、坏。因此，在土地资源紧缺地区应用较多。表3-5不同材料防渗渠道适用的横断面形式防渗渠道材料类别防渗渠道横断面形式明渠暗渠梯形矩形复合形弧形底梯形弧形坡脚梯形U形城门洞行箱形正反拱形圆形素土灰土黏砂混凝土膨润混合土三合土四合土塑性水泥土干硬性水泥土料石块石卵石石板土保护层塑膜沥青混凝土混凝土刚性保护层塑膜3.2.2安全超高衬砌护面应有一定的超高，以防风浪对渠床的冲刷。衬砌超高指加大水位到衬砌层顶端的垂直距离。小型渠道可采用2030cm，大型渠道可采用3060cm。衬砌层顶端到渠道的堤顶或岸边也应有一定的垂直距离，以防衬砌层外露于地面，易受交通车辆等机械损坏；也可防止地面径流直接进入衬砌层下面，威

22、胁渠床和衬砌层的稳定。这个安全高度一般为2030cm。U形渠道衬砌超高d。和渠堤超高n值见表3-6。表3-6U形渠道衬砌超高和渠堤超高加大流量0.50.51.01.01010300.10.150.150.20.20.350.350.50.20.30.30.40.40.60.60.83.2.3防渗渠道的设计参数防渗渠道的设计参数除渠道的设计流量外，还有边坡系数、糙率、超高、不冲不淤流速、伸缩缝间距及填缝材料、砌筑缝及其填筑缝材料、渠底比降、稳定渠床的宽深比、堤顶宽度和封顶板等。设计参数选择的是否正确，关系到渠道的工程量大小、输水能力、防渗效果、渠床是否稳固和安全运用，以及工程效益的发挥等，因此设

23、计参数必须谨慎设计，认真选择。本节对设计参数如何设计与选择不作介绍，请参阅有关书籍。3.2.4防渗渠道的水力断面计算（一）水力断面计算的基本公式各种渠道断面设计的准确尺寸，应通过如下基本计算公式确定，即（式3-1）式中：渠道平均流速，mm/s；谢才系数，m1/2/s；水力半径，m；渠底比降。谢才系数常用曼宁公式计算（式3-2）式中：渠道糙率系数。（式3-3）式中：渠道设计流量，m3/s；渠道过水断面面积，m2。（二）梯形、矩形渠道的水力计算1一般断面水力计算梯形、矩形渠道的水力计算主要是试算确定过水断面的水深和底宽的数值。试算步骤如下：（1）假设、值。为施工方便，底宽应取整数。因此，一般先假设

24、一个整数的的值，再选择适当的宽深比，用公式计算相应的水深值。（2）计算渠道的过水断面的水力要素。根据假设的、值计算相应的过水断面面积、湿周、水力半径和谢才系数。计算公式如下（式3-4）（式3-5）（式3-6）用式3-2计算谢才系数。（3）计算渠道流量。（4）校核渠道流量。上面计算出来的渠道流量（）是与假设的、值相应的输水能力，一般不等于渠道的设计流量（），通过试算，反复修改、值，直至渠道计算流量等于或接近渠道设计流量为止。要求误差不超过5，即设计渠道断面应满足的校核条件是（式3-7）在试算过程中，如果计算流量和设计流量相差不大，只需修改值，再进行计算；如二者相差很大，就要修改、值，再进行计算。

25、为了减少重复次数，常用图解法配合：在底宽不变的条件下，用三次以上的试算结果绘制关系曲线，在曲线图上查出渠道设计流量和相应的设计水深，如图3-6所示。如图3-6hQ关系曲线（5）校核渠道流速。设计断面尺寸不仅满足设计流量的要求，还要满足稳定渠道的流速要求。用式3-8计算经流量校核选择的渠道断面通过设计流量时所具有的流速。（式3-8）然后按不冲流速()和不淤流速()校核，计算出来的流速应满足以下条件。（式3-9）如不满足流速校核条件式3-8，就要改变最初假设的底宽值，重新按以上步骤进行计算，直到既满足流量校核条件又满足流速校核条件为止。（二）水力最佳断面的水力计算采用水力最佳断面时，可按以下步骤直

26、接求解：1计算渠道的设计水深。由梯形(矩形)渠道水力最佳断面的宽深比计算公式、渠道断面水力要素计算式3-2、式3-4、式3-5和式3-6，通过流量计算公式3-3可求得水力最佳断面的渠道设计水深为（式3-10）2计算渠道的设计底宽（式3-11）3校核渠道流速。流速计算和校核方法与采用一般断面时相同。如果设计流速不满足校核条件，说明不宜采用最优断面形式，就要按采用一般断面时的试算步骤设计渠道断面尺寸。【例3l】设计混凝土衬砌渠道，设计流量m3/s，渠道比降边坡系数，糙率系数选用，渠道不冲流速m/s，不淤流速m/s。试确定渠道的断面尺寸。解：第一方案：按一般断面形式设计。(1)初设m， m，作为第一

27、次试算的断面尺寸。(2)计算渠道断面各水力要素(3)计算渠道流量（4）校核渠道流量因此流量校核不符合要求，需要换值，重新计算。为此，又假设等4个值按上述步骤重新计算，计算结果列入表3-7。表3-7渠道横断面尺寸计算 (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的计算结果绘制的关系曲线见图3-7。从图中查得m3/s，相应水深m。（5）校核流量m/s设计流速