第五节 混凝土防渗技术

混凝土防渗是指采用预制或现浇混凝土衬砌渠道，减少或防止渗漏损失的渠道防渗技术措施。

一、混凝土防渗特点

（一）优点

（1）防渗效果好。减少渗漏损失90%～95%。

（2）强度高，抗压、抗冻、抗冲磨等性能好，能防止动、植物穿透或其他外力的破坏，运行50年以上。

（3）糙率小，水头损失小。n=0.012～0.018，流速为3～5m3/s。

（4）适应性广泛。混凝土具有良好的模塑性，可制成各种形状和大小的构筑物。

（二）缺点

属刚性材料，适应变形能力差，造价较高。

二、混凝土性能及配合比设计

应符合下列规定：

（1）大型、中型渠道防渗工程混凝土的配合比，按DL/T 5150—2001《水工混凝土试验规程（附条文说明）》进行试验确定，其选用配合比满足强度、抗渗、抗冻和和易性的设计要求。小型渠道混凝土的配合比，可参照当地类似工程的经验采用。

（2）混凝土的性能指标不低于表2-5中的数值。严寒和寒冷地区的冬季过水渠道，抗冻等级比表内数值提高一级。

（3）渠道流速大于3m/s，或水流中挟带推移质泥沙时，混凝土的抗压强度不低于15MPa。

（4）混凝土的水灰比。为砂石料在饱和面干状态下的单位用水量与胶凝材料的比值，其允许最大值可参照表2-6选用。

（5）混凝土的坍落度可参照表2-7选定。

（6）大型、中型渠道所用的混凝土，其胶凝材料的最小用量宜不少于225kg/m3；严寒地区宜不少于275kg/m3。用人工捣固时，胶凝材料用量可增加25kg/m3；当掺用外加剂时，可减少25kg/m3。

（7）混凝土的用水量及砂率可分别按表2-8及表2-9选用。

（8）渠道防渗工程所用水泥品种以1～2种为宜，并固定厂家。当混凝土有抗冻要求时，优先选择普通硅酸盐水泥；当环境水对混凝土有硫酸盐侵蚀时，优先选择抗硫酸盐水泥。

（9）粉煤灰等掺和料的掺量，大型、中型渠道按DL/T 5055—1996《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》通过试验确定；小型渠道混凝土的粉煤掺量可按表2-10选定。

（10）混凝土根据需要掺入适量外加剂。其掺量通过试验确定。

三、混凝土防渗层结构设计

（1）混凝土防渗结构型式见图2-6。混凝土防渗结构一般宜采用等厚板，当渠基有较大膨胀、沉陷等变形时，除采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П形板。小型渠道采用整体式U形或矩形渠槽，槽长宜不小于1.0m。

（2）流速小于3m/s时，梯形渠道混凝土等厚板的最小厚度，应符合表2-11的规定；流速为3～4m/s时，最小厚度宜为10cm；流速为4～5m/s，最小厚度宜为12cm。渠道超高部分的厚度可适当减小，但不小于4cm。

（3）肋梁板和П形板的厚度，比等厚板可适当减小，但不小于4cm。肋高宜为板厚的2～3倍。楔形板在坡脚处的厚度，比中部宜增加2～4cm。中部加厚板部位的厚度，宜为10～14cm。板膜复合式结构的混凝土板厚度可适当减小，但不小于4cm。

（4）基土稳定且无外压力时，U形渠和矩形渠防渗层的最小厚度按表2-11选用；渠基土不稳定或存在较大外压力时，U形渠和矩形渠宜采用钢筋混凝土结构，并根据外荷载进行结构强度、稳定性及裂缝宽度验算。

（5）预制混凝土板的尺寸，根据安装、搬运条件确定。

四、混凝土防渗渠道施工技术

（一）梯形渠道施工技术

1.渠槽开挖

（1）施工测量放样。根据设计图纸建立施工使用的平面控制网和高程控制点。按三等导线网精度进行施工测量，用经纬仪、水准仪放线，标示开挖范围，打好高程、开挖边线控制桩，并测绘断面图，计算工程量。

（2）植被清理、表土清除。铲除工程区域内的全部树根、杂草、垃圾、废渣等其他障碍物，并将腐殖土植物根清理干净。渠道工程施工场地地表的植被清除延伸到离施工图所示最大开挖边线、填筑边线或建筑物基础边线外侧至少5m。按指定的地点掩埋或焚烧清除物，但不得妨碍自然排水或污染渠河。开挖的有机土壤运到指定的地区堆放，防止水土流失。

（3）土方开挖。土方开挖采用1m3反铲挖掘机自上而下的方式进行开挖。严禁自下而上或采取倒悬的开挖方式进行土方开挖。施工期间随时做成一定的坡势，以利排水，弃土可采用5～8t的自卸汽车运输，推土机推平，对于土方开挖中的可利用的土料，用于后期土方回填，按要求进行堆置，其他弃土则运输到弃土场按要求堆放。开挖时，必须做好排水工作，当开挖到设计基准面上30cm后，改用人工开挖直到符合设计要求。开挖土方的坡度应适当留有余量，再用人工修整，直至满足施工图要求的坡度和平整度。

（4）复测、放样。开挖完成后再用测量仪器复测放样检查，根据检查结果如需补充开挖，则需重新进行基础检查清理，直到合格为止。

（5）质量控制措施。

1）首先根据施工详图，制定详细的施工组织计划及相应措施和质量保证体系。

2）开挖前要复核开挖断面的放样成果。

3）开挖完成后进行人工修整。

4）遇到特殊地基时，应进行基础的特殊处理。

5）做好排水设施，雨天停止施工。

2.土方回填施工

（1）施工程序：施工测量放样→现场碾压试验→填料摊铺→碾压→修整→检查验收。

（2）施工方法。

1)现场碾压试验。选取一段进行填料碾压现场生产性试验。通过试验确定土的摊铺方式、摊铺厚度、碾压次数、填料填筑含水量、压实土的干容重及渗透系数等较优的施工参数，用于指导后续回填土方施工。

对压实土层之间的结合状况以及土层本身的结合状况做必要的检查，以发现是否出现土层疏松、结合不良以及剪力破坏等不良现象，并分析原因，制定改善措施。

2)填料摊铺。填料摊铺一是要考虑铺料厚度均匀，二是要考虑对已压实合格土料不产生剪力破坏。因此人工铺料摊铺厚度及含水量由试验确定的参数控制。当采用分段填筑时，每层接缝处应做成斜坡状，倾斜度不大于1：1.5，上下两层错缝距离不小于1m，总的填筑高度考虑预留一定的沉降量。在土方填筑时为保证各部位的密实度均匀、达到设计要求，填筑断面的宽度应比设计的宽度边侧多20cm，多出部分在填筑完毕后进行修整。

3)碾压。碾压前，先测定土料含水量，填筑土料含水量与最优含水量的差值不高于3%。碾压机器的行进方向以及铺料方向应平行坝轴，而非两岸的接触带黏土则应顺岸边进行压实。

4)修整。在每段填筑完成后，从拉坡度线到设计断面，采用人工自上而下修整，使边坡坡度和表面平整度满足设计要求。

5)检查验收。每层碾压结束后，按工程师指示的检测方法进行压实度自检，审批后方可进行上一层的施工。

3.混凝土衬砌施工

（1）施工流程如图2-7所示。

（2）施工准备阶段。

1）准备材料。混凝土用的粗细骨料要按粒径分别堆放，堆放前要清洗其中夹杂泥土。筛洗时要尽量减少砂石流失，已浑浊污水不要重复利用。筛分后的骨料要分级堆放，而且在筛洗过程中要经常检查筛孔尺寸和堆放时的自由落差（不大于3m），以减少石子的超、逊径和骨料分离。淘洗后的砂石要经24h自然脱水后使用。碎石要冲洗干净不能含有风化石，含沙量应在5%之内。

2)定线放样。严格测定渠道中线和纵横断面各点的位置和高程。

3)清基整坡。无论是铺筑预制块还是现浇混凝土，都要进行清基整坡，并挖好上下齿墙。

（3）混凝土拌和。

1)配料。按照配料比控制下料，严格控制水灰比。拌和配料时即按盛装工具计量，袋装水泥以袋计量。拌和一次所需要的材料要全部用编号工具一次装好，由专人负责检查，然后进料拌和。施工期内，需定期定量检查，确保用料准确，以保证能拌制成合格成品。

2）拌和。小型工程多采用人工拌和和机械拌和。常用的拌和机械大都是出料容量为0.25m3或0.4m3的自落鼓筒式拌和机。利用拌和筒旋转，使装入筒内的材料被叶片升到一定高度，靠自重跌落互相掺和。机械拌和混凝土应将所有用料投入滚筒，转动数次后再加水拌和，直到拌和均匀，石料无裸露现象为止。人工拌和混凝土则应在铁板上、清洁平整的水泥地面或砖铺地面进行，一般采用“三干三湿”法，即先按配合比进行备料，然后把砂子摊平，将水泥倒在砂子上，用锹干拌2遍，再加入石子翻拌1遍，此后，边缓慢加水，边反复搅拌（至少拌3次），直至石子全部被水泥砂浆包住，无离析现象为止，拌和应在45min内完成。

(4)混凝土运输。

混凝土运输多采用人工传送和手推车运送入仓。应注意以下事项：

1)防止运输工具途中漏浆或出现砂石分离现象。如发生石子与砂浆分离，入仓前应再拌和一次。

2)尽量缩短运输时间，以防止混凝土初凝。严禁在拌和好的混凝土中加水。

3）拌和、运输和运转工具（如溜槽、漏斗等）使用完毕后必须把残渣和砂浆冲洗干净，整齐存放，以备再用。

(5)混凝土浇筑。

1)准备工作。

a.工作量大的仓面要根据拌和机生产率、运输条件和建筑结构要求，确定分层分缝的部位，以及入仓次序和运输路线等，并做好仓内清扫排水工作。

b.浇筑混凝土基础时要检查地基处理情况。如土基要排除积水，清除浮土，然后整平夯实；黏土地基要防止扰动和被水浸泡发软。

c.在老混凝土面上施工，浇筑前要先期将浇筑的老混凝土表面的杂物和水泥膜清除干净，重要部位或者间隔时间较长的新老结合面凿毛，以便于新老混凝土的结合。

d.分块立模，边坡每2.5m立好与浇筑厚度一样的隔板，并以隔板检验整坡的尺度，渠底每隔5～10m立隔板。

2)入仓铺料。混凝土由运输工具直接倒入仓内，称为卸料，如果仓面水平，可以从进料相反的一端开始卸料。铺料前，先在基岩或老混凝土面上铺上一层2～3cm厚的水泥砂浆，其水灰比与混凝土相同。分层浇筑指混凝土入仓按水平分层连续逐层铺填，直至规定的浇筑高度。

铺料时上下层混凝土浇筑的间歇时间（自出料算起至覆盖完下层的混凝土为止），不允许超过表2-12的规定，否则按施工缝处理。

铺料厚度，人工捣实时每层不宜超过20cm；机械振捣时，使用表面式振捣器不宜超过25cm(双层钢筋则为12cm)，使用插入式振捣器的不宜超过30～40cm，且不超过软轴振捣器插头长度的1.25倍或是风动、电动振捣器工作长度的0.8倍。

3)浇筑振捣。先浇边坡后浇底，用料桶或是铁斗车运料。边坡上拌和料要用料桶从下而上倒料，不准以铁铲甩料，避免砂石分离，进料后要用刮板刮平，再用平板振动器振压密实。

4)平仓抹面。浇筑到面层经捣振后随即平仓，平仓时多使用人工，也有机械平仓的，要求混凝土表面略高于模板，待混凝土干缩后表面和模板齐平，平仓时不宜另加砂浆粉面，也禁止混凝土初凝后采用砂浆抹面，以免面层结合不好，降低强度。

5）养护。在混凝土终凝后（浇筑完毕后12～18h内）开始养护，天气炎热、气候干燥时应适当提前。养护方法根据具体情况进行选择，如平面混凝土可以用湿麻袋或草席覆盖，经常洒水保持潮湿；垂直面可以在模板上洒水养护；低于5℃的要采取防冻措施。养护时间，普通水泥不少于14天；矿渣、火山灰质等水泥不少于21天。

4.混凝土预制板的铺砌

（1）混凝土预制块的预制。一般用机械拌料与平板振捣器振捣，预制场要整平或用低强度等级砂浆打好地板，保证预制块的均厚。

（2）预制板的铺砌。铺砌时要求水平缝一条线，垂直缝上下错开，缝宽2cm。铺平预制板后，清除缝中的混土杂草，洒水洗缝面，用规定强度的水泥砂浆填缝压实、抹平，初凝后定期洒水保养。

（二）现浇U形混凝土渠道施工技术

U形断面接近水力最优断面，具有较大的输水输沙能力，占地较少，省工省料，而且由于整体性好，抵抗基土冻胀破坏的能力较强。因此，U形断面受到普遍欢迎，在我国已广泛使用，多用混凝土现场浇筑。

图2-8为U形断面示意图，下部为半圆形，上部为稍向外倾斜的直线段。直线段下切于半圆，外倾角α=5°～20°，随渠槽加深而增大。较大的U形渠道采用较宽浅的断面，深宽比H/B=0.65～0.75，较小的U形渠道则宜窄深一点，深宽比可增大至H/B=1.0。

U形渠道的衬砌超高a1和渠堤超高a（堤顶或岸边到加大水位的垂直距离）可参考表2-13确定。

一般U形渠道混凝土浇筑量大，工期短，可采用人工开挖削模，衬砌机衬砌，人工收面压光的施工工艺施工。

1.断面型式

U形断面型号有D40、D60、D80、D100、D120等。

2.施工原则

以渠定线、以线定桩，以桩测高、以高找底、以底夯实、以实培模、以模衬砌，最后整理养护。

3.施工技术

（1）土方施工。

1）填方施工。填方渠道和梯形渠道改建U形渠道时，均需要回填土方。U 形混凝土衬砌的基础回填要求密实、均匀，并与老土结合牢靠。填土分层夯实，每层洒水刨毛，以便于新老土层结合，所填土的干容重应不小于1.55~1.60g/cm3。

2）挖方施工。土槽的质量要求是断面标准、渠线端直，严格防止超挖或者欠挖。人工开挖步骤是：①定好渠线中心桩，测量好高程，按渠口尺寸洒好两侧灰线，并按图2-9所示步骤开挖；②先粗挖，取出槽内大土，将中心线移到渠底，重新测量高程；③修整土槽，每10m渠段按样板做一个标准断面，在两标准断面间接紧线绳，将线绳沿样板从上至下水平移动，边移动边削取余土，反复修整，直到完全符合要求。

土槽挖好后，须经检查验收合格后方能进行混凝土衬砌工序，渠槽断面的允许偏差值应符合规范GB 50600—2010《渠道防渗工程技术规范》中的有关规定。检查不合格的及时补修，超挖过大的可用草泥补填。

（2）混凝土衬砌施工。

U 形混凝土防渗可采用现场浇筑或预制法施工。现场浇筑法又分人工浇筑及机械浇筑两种,预制装配法施工通常采用分块预制和整体预制两种。

1）现场浇筑法。

a.人工现场浇筑法施工。

模板制作。U形渠槽模板尺寸随渠道的大小不同而变化，可用木材或钢材制成，应包括边挡板架、内模架、活动模板和缝子板四部分，其结构如图2-10、图2-11所示。浇筑混凝土时，将缝子板紧贴已浇筑好的混凝土的一边放好，待混凝土浇筑完成后再细心取出，形成伸缩缝。

现场浇筑。U形渠道混凝土浇筑的顺序是先立边挡板架，浇筑底部中间部分，再立内模架，安设弧面部分的模板，两边同时浇筑，最后再立直立段模板后浇筑，直到顶部。其振捣要求、拆模、养护等同混凝土防渗渠道，浇筑一般采用隔块的跳仓浇筑法。

b.机械现场浇筑法施工。近年来应用比较广泛的是衬砌全断面连续浇筑机械，采用机械施工具有许多明显的优点，主要是混凝土密实、质量好、效率高，模板用材少，施工费用低等优点。目前常用的衬砌机有D40、D60、D80、D100、D120衬砌机，可衬砌直径为40、60、80、100、120cm的U 形渠道，每种机械可完成5种不同的衬砌高度。衬砌机主要组成部件有导向部分、振动部分和收面部分，主要技术参数见表2-14。

2）现场浇筑法混凝土养护。最常用的方法是在混凝土衬砌面上覆盖湿草帘、湿芦席。养护时间随水泥品种、气候条件的不同而不同。在正常气温下，混凝土浇筑后12h左右开始养护，普通硅酸盐水泥至少养护10~14d，用火山灰水泥、矿渣水泥等则应养护14~21d。养护过程中应勤洒水，经常保持混凝土的湿润状态,也可在混凝土面上覆盖塑料薄膜，要求四周压严密封，保湿膜内的凝结水不会蒸发。

（3）预制装配法施工:

1）分块预制法。由渠槽断面中心分为两块预制，每块长视断面大小而定，以两人能抬动为宜，一般为0.5~1.0m。按预制块设计尺寸做成木质或钢质模框，在夯实和整平的弧形地基上铺设防渗膜后即可预制。

2）整体预制法。适用于小型渠道，即按全断面预制，每节长一般是1m;分为现场预制和人工预制。

3）施工过程。施工过程为：渠道开挖修整→铺设防渗膜→砂砾石垫层15cm厚→安砌预制混凝土U 形槽→压顶混凝土→勾缝清理。