渠道管理渠道防渗工程技术Word格式文档下载.docx

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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

0.07～0.17

5～15

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

10～25

水泥土

干硬性水泥土

塑性水泥土

壤土、砂壤土、水泥等

0.06～0.17

8～30

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

.20～0.4

25～40

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

0.09～0.25

沥青混凝土

现场浇筑预制辅砌

沥青、砂、石、矿粉等

0.04～0.14

25～30

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

0.04～0.08

20～30

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

现场浇筑

砂、石、水泥、速凝剂等

30～50

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

喷射法施工

0.05～0.16

25～35

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比应通过试验确定。

防渗层的厚度宜采用8～10cm，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

20～40

30～40

10～20

15～20

30～60

15～25

3．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15～25cm；

浆砌块石采用20～30cm；

浆砌石板厚度不宜小于3cm。

浆砌卵石、干砌卵石（见图3－2）挂淤护面式防渗层的厚度一般采用15～30cm。

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2～3cm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3－1 

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10～15m。

4．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3－2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

厚度（cm）

灰土、塑性水泥土、砂浆素土、砂

2～3

3～5

素土保护层厚度，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（m3／s）

＜2

2～5

5～20

＞20～

砂壤土、轻壤土

中壤土

重壤土、粘土

45～50

40～45

35～40

50～60

45～55

40～50

60～70

55～60

50～55

70～75

60～65

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

保护层材料

块石、卵石

砂砾石

现浇

预制

保护层厚度

4～6

≥30

4～10

4～8

5．沥青混凝土。

沥青混凝土防渗层厚度一般5~6cm（见图3-3），大型渠道可采用8～10cm。

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5～6cm，坡底厚度8～l0cm。

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5～8cm。

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“Ⅱ”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1／6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）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：

①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；

②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；

③渠口窄，节省土地，减少挖填方量；

④整体性强，防渗效果优于梯形渠道；

⑤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

可避免冻胀破坏。

因此，在土地资源紧缺地区应用较多。

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

∨

黏砂混凝土

膨润混合土

料石

块石

卵石

石板

土保护层塑膜

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20～30cm，大型渠道可采用30～60cm。

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，威胁渠床和衬砌层的稳定。

这个安全高度一

般为20～30cm。

U形渠道衬砌超高d。

和渠堤超高n值见表3-6。

表3-6 

U形渠道衬砌超高和渠堤超高

加大流量

＜0.5

0.5～1.0

1.0～10

10～30

0.1～0.15

0.15～0.2

0.2～0.35

0.35～0.5

0.2～0.3

0.3～0.4

0.4～0.6

0.6～0.8

3.2.3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）

——渠道糙率系数。

（式3-3）

——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。

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3-6 

h～Q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3－l】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）

（m1/2/s）

（m3/s）

1.5

6.19

6.75

0.92

70.44

8.36

1.6

6.72

7.00

0.96

70.94

9.34

1.65

6.99

7.13

0.98

70.19

9.85

1.7

7.27

7.25

1.00

71.43

10.39

1.75

7.55

7.38

1.02

71.66

10.93

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