第三节　渠道防渗形式

一、传统渠道防渗材料

常用土料、石料、水泥、膜料、混凝土和沥青混凝土等建立渠道防渗层，也可利用上述材料构成复合结构，达到防渗目的。选用衬砌材料时，应根据渠道大小、防渗效果、使用年限等工程要求，按照因地制宜、就地取材的原则合理确定。现将目前比较常用的几种形式简介如下。

1.土料防渗

土料防渗就是将渠基土夯实或者在渠床表面铺筑一层夯实的土料防渗层，包括压实素土、黏砂混合土、三合土、四合土、灰土等。土料防渗具有一定的防渗效果，能就地取材，造价低廉，技术简单，群众容易掌握，但允许流速小，抗冻耐久性差。故土料防渗适用于气候温和，且流速较小的中、小型渠道，且当地应有丰富的土料资源。

2.砌石防渗

砌石防渗具有就地取材、施工简单、抗冲、抗磨、耐久等优点。石料有卵石、块石、条石、石板等，砌筑方法有干砌和装砌两种。适用于山丘区石料采集方便的地方。

3.水泥土防渗

水泥土防渗分为干硬性水泥土和塑性水泥土两种，北方多用前者，南方多用后者。水泥土具有较好的防渗效果，可减少渗漏量80%～90%，能就地取材，造价低，技术简单，群众容易掌握。其水泥用量与低标号混凝土的水泥用量相当，允许流速小，抗冻性差。因此，水泥土防渗适用于气候温和且渠道附近有砂土和砂壤土而缺乏砂石料的地区。

4.混凝土防渗

混凝土衬砌渠道具有防渗抗冲效果好、输水能力大、经久耐用、便于管理等特点，因而适用于各种地形、气候和运行条件的大、中、小型渠道，但附近应有骨料来源。一般情况下渠道断面常用梯形断面，其优点是施工方便。从20世纪70年代以来，我国混凝土防渗渠道出现了许多新型的断面型式，其中较普遍的有U形渠道、弧形底梯形渠道及弧形坡脚梯形渠道等。

5.沥青混凝土防渗

沥青混凝土衬砌属于柔性结构，其防渗能力强，适应变形性能好，造价与混凝土相近，适用于冻害地区，且附近有沥青料源的渠道。

沥青混凝土衬砌分有、无整平胶结层两种。一般岩石地基的渠道才考虑使用整平胶结层。为提高沥青混凝土的防渗效果，防止沥青老化，在沥青混凝土表面涂沥青玛蹄脂封闭层。沥青混凝土衬砌每隔4～6m应设置横向伸缩缝，以适应外界温度变化对衬砌的影响。沥青混凝土防渗一般采用等厚断面，中小型渠道为5～6cm，大型渠道为8～10cm。

整平胶结层应能填平岩石基面。沥青玛蹄脂厚度，一般为2～3mm。冻胀性土基，渠坡采用楔形断面时，坡顶厚度一般为5～6cm，坡底厚度为8～10cm。

二、新型渠道防渗材料

目前国内外涌现出的新型的渠道衬砌材料体现了渠道防渗由单一材料向复合材料转化，现将新型材料介绍如下。

1.土壤固化剂

土壤固化剂是20世纪90年代我国从日本引进的土壤固化新材料，它与传统的水泥、石灰、粉煤灰等固化材料不同，具有适用范围广、施工简便、施工期短、造价低廉、质量有保证等特点。材料主要特点：①固化剂可以适用不同粒径的土壤，并可根据工程要求随意调整延迟时间；②固结土体的收缩量很小，充分提高了固结土体的抗渗、抗冻、抗裂性能；③施工简便。基本采用机械化施工，流水作业，施工简便、迅速。且施工基本无噪声，不用振捣，减少了环境污染及干扰。

2.SR固化土

固化土是一种新型的防渗材料，它是利用化学或生物技术，对土壤进行加固，并结合一定的工程技术措施使其达到工程使用的要求。SR固化土作为一种新兴的建筑材料，具有就地取材、价格低廉且具有足够的抗压、抗渗等特性，有希望在渠道防渗工程上直接作为防渗体或作为复合防渗体的一部分替代水泥土、灰土甚至块石或混凝土等。

3.玻璃钢防渗

玻璃钢防渗渠由江苏省水利科学研究所和东台市天源玻璃钢厂合作开发研制。这种新型渠道以玻璃钢为原料，在定型模具上压制而成，断面形状为U形，每块渠板长4m，具有强度大、耐腐蚀、不易老化、不渗漏等特点。

4.复合土壤胶结料

复合土壤胶结料是由氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、硫酸亚铁、粉煤灰按比例混合后用球磨机磨碎，达120目筛而成。在应用性能上，有以下几方面特点：①属低能耗、高性能环保型新材料，稳定性能好；②为灰白色粉末体，pH值大于8，偏碱性；③适应范围广，基本上可适应于水泥的适用范围；④凝结快，比水泥快1倍，养护时间缩短2/3；⑤保质期长，比水泥长1倍。

三、新型的防渗结构

1.复合式防渗结构

单一的刚性材料防渗结构，很难达到预期的防渗效果和使用年限。随着土工膜料的开发应用，复合式防渗结构被广泛地采用。复合式防渗结构一般由土工膜料防渗层、过渡层和刚性材料保护层组成；在冻土地区，当地下水位浅埋时，还可能增设保温层。其主要优点是防渗效果好，可削减或消除冻胀，延长工程寿命，造价较低，在缺乏施工用水地区或旧渠更新改造时采用，将更加经济方便。

2.改变混凝土衬砌墙使之成为新结构形式

对于土基上的矩形或接近矩形的渠道混凝土衬砌采用建立横撑直墙式，加深墙基的直墙式和斜墙式防渗结构。

3.新型砌石防渗结构

防渗按结构形式可分为护面式和挡土墙式两种。砌石防渗的优点是可就地取材、抗冲刷和耐磨性能强，一般渠内流速可达3～6.0m/s，大于混凝土防渗渠的抗冲流速，同时抗冻和抗渗能力也较强。缺点是仅适用于石料来源丰富的地区，较难实现机械化施工，施工质量难于控制。

四、膜料防渗

膜料防渗是用塑料薄膜或沥青玻璃纤维布油粒或者复合类膜料作防渗层，其上设保护层的防渗方法。膜料防渗性能好，适应变形能力强，南北方均可采用，特别是在北方冻胀变形较大的地区效果理想。

随着高分子化学工业的不断发展，相继出现了不同类型的土工合成材料。聚乙烯膜作为土工合成材料的一种，因其具有材料性能稳定、轻便、造价低、运输量小、抗冻性和防渗效果好等优点，在渠道防渗工程中得到广泛应用。在各种膜料中，聚乙烯薄膜占主导地位。其厚度一般为0.1～0.3mm。

1.膜料防渗的特点

（1）防渗性能好。一般可以减少渗漏量的90%～95%。

（2）适应变形的能力强。土工膜具有良好的柔性、延伸性和较强的抗拉能力，可用于各种形状的断面和可能发生沉陷和位移的渠道。

（3）质轻，用量少，运输量小。在建筑材料缺乏的地方尤其适用。

（4）施工简便，工期短。

（5）耐腐蚀性强。它不受酸、碱和土壤微生物的侵蚀，耐腐蚀性能好，特别适用于水文地质条件及盐碱化地区的渠道或排污渠道的防渗工程。

（6）造价低。每平方米造价为混凝土防渗的1/10～1/5，或为架砌石防渗的1/10～1/4。

2.膜料防渗的结构及材料

明铺式膜料防渗的优点是渠床糙率较小、工程量小、铺设简便；缺点是膜料直接受阳光、大气的作用，容易老化和受到外力破坏，使用寿命很短。因此，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。无过渡层防渗结构适用于土渠基和用素土、水泥做保护层的防渗工程；有过渡层的防渗结构适用于岩石、砂砾石、土渠基和用砂砾石、石料、现浇碎石混凝土板作保护层的防渗工程；当采用复合土工膜做防渗层时，可不再设过渡层。

（1）膜料：膜料的基本材料是聚合物和沥青，按防渗材料可分为塑料类、合成橡胶类、沥青和环氧树脂类。按加强材料组合可分为不加强土工膜、加强土工膜和复合型土工膜。不加强土工膜有直喷式土工膜、塑料薄膜。加强土工膜使用土工织物（如玻璃纤维布、尼龙纤维布等）作加强材料。复合型土工膜有单面复合土工膜和双面复合土工膜。

（2）过渡层：用作过渡层的材料包括土、灰土、水泥土、砂和砂浆等。

（3）保护层：土、水泥土、砂砾、石料和混凝土等都可作膜料防渗的保护层。

各种防渗材料的防渗效果及适用条件见表2－11。

第四节　渠道衬砌冻害防治技术

季节冻土地区，冬季渠基土冻胀，夏季消融。渠基土这种周而复始的变形，必然造成附着于渠基上的渠道衬砌发生破坏。实践证明，防治渠道衬砌的冻胀破坏，已成为当前十分重要的急需解决的问题。土质、水分、负温是引起渠基土冻胀的基本因素，渠基土的不均匀冻胀必然造成渠道衬砌发生破坏。因此，防治渠道衬砌冻害实际上就是设法削弱甚至消除上述三个因素中的任何一个，以减少基土冻胀，或采用一定的结构措施使衬砌适应基土冻胀变形。

一、排水隔水法

渠道衬砌经常处于水中，水分对渠道冻胀的作用特别突出。因此，防止地表水入渗，排除地下水补给是防治渠道衬砌冻害的有力措施。

（1）防止渠水入渗。防止渠水入渗有多种方法，关键是做好接缝止水。当地下水深埋而无旁渗水补给时，可在刚性衬砌下铺设土工膜料，构成复合型衬砌，其渗漏仅为刚性衬砌的1/15，可减少冻胀35%～55%。

（2）截断地下水补给。结合渠段的地形、水文地质条件，采用截、导、排的办法降低地下水位，排除渠道渗水，截断外水补给。

（3）防止渠堤地表水入渗。渠堤填土应注意夯实，并及时排除积水，必要时加设防渗层。

二、置换法

置换法就是在冻结深度内用非冻胀性土（土中粒径小于0.5mm的颗粒占土样总重不超过6%）置换冻胀性土的一种方法。渠床各部位换填深度H，可按下式计算：

式中　Hn——换填深度，m；

ε——置换比，%，按表2－12选取；

Hd——设计冻深，m；

δ——防渗层厚度，m。

三、保温法

保温法是在衬砌层下铺设保温材料，以提高渠基土温度，改变水分迁移方向，从而削弱甚至消除冻胀的方法。保温材料有水、空气、泡沫塑料以及雪、草、锯末等，保温效果好且可靠的材料有聚苯乙烯泡沫塑料板。大型渠道，保温板的厚度应通过热工计算确定；中小型渠道，聚苯乙烯的厚度可按设计冻深Hd的1/10～1/15取用。

四、结构措施

（1）采用“适变断面”。适变断面的特点是边坡平缓、弧形坡脚、略为宽浅。如弧形断面、U形断面、弧形渠底梯形断面均可随冻胀变形，靠自重还原。

（2）设置冻胀变形缝。渠基土冻胀时，一般是中部冻胀大而两边较小。在刚性衬砌设置若干条纵缝，可适应这种冻胀变形，达到防冻害的目的。

（3）采用柔性衬砌。膜料防渗和沥青混凝土防渗均具有变形能力强的特点，因而成为季节冻土地区适宜采用的衬砌型式。

（4）回避措施。架空梁板衬砌、Ⅱ形板衬砌等形式，使衬砌与基土间留有空隙，可利用其间的空气保温，又可消纳基土冻胀产生的变形，达到防治衬砌冻害的目的。