劉蘭芳

（河南省水利第一工程局，河南 鄭州 450000）

0 引言

近年來，水資源的利用已成為國內(nèi)外關(guān)注的熱點(diǎn)問題。我國雖然擁有豐富的水資源，但人均資源占有量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平。因此，對(duì)農(nóng)田水利工程施工的防滲技術(shù)進(jìn)行研究，充分利用水資源，對(duì)解決水資源不足問題具有十分重要的意義。

前人針對(duì)農(nóng)田水利工程防滲問題開展了大量的研究工作，并取得了很多有意義的成果。例如，高術(shù)人［1］結(jié)合工程實(shí)例對(duì)混凝土襯砌防滲施工技術(shù)進(jìn)行了探討，從地基處理、模板施工、混凝土配制等多個(gè)方面提出了技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)。劉田田［2］對(duì)土料、瀝青、灌漿防滲施工技術(shù)進(jìn)行了介紹。王河清［3］分析了農(nóng)田水利工程中防滲渠道施工工藝的應(yīng)用。劉祖文［4］針對(duì)農(nóng)田水利工程滲漏問題進(jìn)行分析，并就膜料防滲技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行介紹。劉春旸等［5］認(rèn)為，引進(jìn)防滲透渠道施工技術(shù)，可以降低后期維修成本，提高工程建設(shè)質(zhì)量。張宇峰等［6］認(rèn)為，利用防滲渠道襯砌技術(shù)能夠更好地提高水利工程對(duì)水的利用率。羅深瓊［7］基于當(dāng)前農(nóng)田水利工程具體情況，分析了防滲技術(shù)要點(diǎn)。劉輝［8］對(duì)農(nóng)田水利工程施工進(jìn)行了分析，重點(diǎn)討論了工程施工中防滲技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)。陳小林［9］分析了引起水利渠道滲漏的原因，并提出了具有針對(duì)性的防滲對(duì)策。雖然學(xué)者在農(nóng)田水利工程防滲技術(shù)領(lǐng)域開展了大量的研究，提供了很多可行的技術(shù)思路，但大多數(shù)分析過于籠統(tǒng)，未結(jié)合具體的工程案例。因此，筆者結(jié)合遼寧省沈陽市蘇家屯西部的八一灌區(qū)，對(duì)防滲技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行概括，進(jìn)而提出防滲對(duì)策。

1 案例分析

1.1 八一灌區(qū)概況

八一灌區(qū)耕地面積達(dá)1.5萬hm2，農(nóng)作物以水稻為主，平均667 m2年產(chǎn)量達(dá)600 kg。該灌區(qū)為沈陽市最早的水稻大面積種植基地，年產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻25 000 t，提供水稻良種7 000 t。

圖1 八一灌區(qū)地理位置圖

該灌區(qū)為半濕潤大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫為7.7 ℃，其中極端最高溫度出現(xiàn)在7月，為35.5 ℃，極端最低溫度出現(xiàn)在1月，為-35.5 ℃；年平均積溫3 400 ℃，無霜期153 d，陸地凍結(jié)深度110 cm，年降水量650 mm，日照百分率57%，相對(duì)濕度72%，平均風(fēng)速2.9 m/s。該灌區(qū)土壤以堿化草甸土為主，水資源主要由降水及地下水組成，年降水量充足，且地下水位較高、水質(zhì)好。當(dāng)八一灌區(qū)來水保證率為75%時(shí)，水資源總量達(dá)5 711 600 m3，可利用量為5 597 300 m3。其中，地表水量為1 726 600 m3，可利用量為837 900 m3；地下水量4 131 500 m3，可利用量為3 718 300 m3。

該灌區(qū)農(nóng)田水利工程包括渠道及其附屬建筑。其中，總干渠長15.5 km，設(shè)計(jì)流量為70 m3/s；支渠共有22條，全長70 km；渠道附屬建筑包括橋梁、座閘共40個(gè)，其中橋梁13座、座閘27個(gè)。排水工程主要由3條干渠、10條支渠組成，干渠長32 km，支渠長64 km。

1.2 八一灌區(qū)水利工程滲漏問題及原因分析

1.2.1 設(shè)計(jì)方面。由于建造時(shí)經(jīng)費(fèi)不足、建設(shè)時(shí)期久遠(yuǎn)等原因，再加上沒有根據(jù)實(shí)際的用水需求、水文特征、地質(zhì)條件調(diào)整建設(shè)方案，八一灌區(qū)防滲渠道的防滲效果十分有限。該灌區(qū)大部分農(nóng)渠仍為土渠，未采取任何防滲措施，出現(xiàn)了嚴(yán)重的滲漏問題。

1.2.2 材料方面。八一灌區(qū)農(nóng)田水利工程建設(shè)時(shí)間較早，防滲材料基本選用土料。由于使用年限過長，而且沒有進(jìn)行定期維護(hù)、修復(fù)，嚴(yán)重影響了防滲效果，導(dǎo)致水資源利用率僅為5%左右。由于一些農(nóng)渠損害嚴(yán)重甚至無法供水，許多稻田被迫改為旱田。

1.2.3 環(huán)境方面。由于地處北方寒冷地區(qū)，冬季嚴(yán)寒，該灌區(qū)防滲渠道極易受到凍脹破壞。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，八一灌區(qū)多處防滲渠道表面混凝土產(chǎn)生裂縫，最終導(dǎo)致出現(xiàn)滲漏問題。

1.2.4 施工方面。受當(dāng)時(shí)防滲技術(shù)水平的限制，八一灌區(qū)在設(shè)計(jì)施工方案時(shí)忽略了防滲處理，施工過于簡單，導(dǎo)致灌區(qū)多處渠道提前出現(xiàn)了滲漏問題，使用年限遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)使用年限。

2 八一灌區(qū)防滲技術(shù)要點(diǎn)

2.1 防滲材料選取

防滲材料是灌溉渠道與水直接接觸部位的重要組成部分，對(duì)防滲效果影響極大。針對(duì)八一灌區(qū)農(nóng)田水利工程中防滲材料單一問題，有關(guān)部門可結(jié)合該工程實(shí)際優(yōu)選防滲材料。當(dāng)前，我國農(nóng)田水利工程應(yīng)用的防滲材料包括土料、水泥土、磚石、混凝土、瀝青混凝土及薄膜材料等，其中土料、混凝土等使用較為廣泛。

選用土料作為防滲材料時(shí)，施工簡單、取材容易、成本較低，因此在工程中應(yīng)用最為廣泛。但由于土料防滲層較為敏感，易受多種因素影響，為了確保防滲效果，相關(guān)人員在施工過程中需要不斷進(jìn)行維護(hù)、修復(fù)。

混凝土是由膠凝材料、骨料和水按適當(dāng)比例配制，再經(jīng)過一定時(shí)間硬化而成的復(fù)合材料的統(tǒng)稱，是世界上使用量最大的人工土木建筑材料。當(dāng)選用混凝土作為防滲材料時(shí)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：便于取材，原材料可以在施工現(xiàn)場選??；耐久性好，可大大延長渠道的使用壽命；強(qiáng)度高且耐用性好，渠道強(qiáng)度提高，受外界因素影響而發(fā)生破壞的可能性較低，可以節(jié)省后期維護(hù)成本；可塑性好，可以根據(jù)工程實(shí)際需要現(xiàn)場將其設(shè)計(jì)成不同的形狀。因此，混凝土在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用十分廣泛。

瀝青混凝土是經(jīng)人工選配具有一定級(jí)配組成的礦料（碎石或軋碎礫石、石屑或砂、礦粉等）與一定比例的路用瀝青材料，在嚴(yán)格控制條件下拌制而成的混合料。當(dāng)選用瀝青材料作為防滲材料時(shí)，由于其抗?jié)B透能力較強(qiáng)，將其鋪設(shè)在渠道表面可以起到良好的防滲作用。但是，由于瀝青混凝土施工環(huán)節(jié)繁多、操作復(fù)雜，在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用并不廣泛。

2.2 防滲渠道設(shè)計(jì)

基于八一灌區(qū)存在的農(nóng)田水利工程渠道防滲效果差問題，相關(guān)人員需要根據(jù)工程特點(diǎn)對(duì)渠道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以改善渠道防滲效果。我國應(yīng)用較多的防滲渠道有U形、梯形、矩形等結(jié)構(gòu)。

U形結(jié)構(gòu)采用底部為半圓或弧形、上部為一定傾角直線段的斷面形式，適用于小型渠道，防滲效果優(yōu)于梯形結(jié)構(gòu)，控制其他變量的條件下，每千米可以減少滲漏4%，與土渠相比優(yōu)勢則更為明顯，滲漏減少量高達(dá)97%。

梯形結(jié)構(gòu)則適用于中型防滲渠道，具有施工工期短、技術(shù)簡單、過程易控、地形適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但防滲效果不如U形結(jié)構(gòu)。

矩形結(jié)構(gòu)多應(yīng)用于斷面規(guī)則的小型防滲渠道，具有適用范圍廣、占地小、工期短、工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，適用于土地資源緊缺、施工條件復(fù)雜的地區(qū)。

其中，U形結(jié)構(gòu)斷面尺寸計(jì)算方法為

式（1）（2）中：r為圓弧的半徑，α為直線段的傾斜角，Nα為直線段外傾角為α?xí)r的系數(shù)，Q為渠道設(shè)計(jì)流量，n為渠道數(shù)目，i為渠底比降，hd為渠道設(shè)計(jì)水深。

矩形、梯形結(jié)構(gòu)斷面尺寸計(jì)算方法為

式（3）（4）（5）中：h為渠道設(shè)計(jì)水深，Q為渠道設(shè)計(jì)流量，n為渠道數(shù)目，β為渠道斷面的最優(yōu)寬深比，m為渠道的邊坡系數(shù)，i為渠底比降，b為渠道設(shè)計(jì)底寬。

2.3 防滲工藝優(yōu)化

除合理選擇防滲材料、優(yōu)化防滲渠道設(shè)計(jì)之外，工作人員還可通過對(duì)防滲工藝進(jìn)行優(yōu)化，如應(yīng)用灌漿防滲技術(shù)等，以提高防滲效果。灌漿防滲技術(shù)是指采用打管灌漿的方法提高渠道的防滲效果及渠道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。該技術(shù)采用防滲墻工藝，施工過程中需要根據(jù)環(huán)境、地質(zhì)、水文等工程特點(diǎn)以及實(shí)際需求制作灌漿孔洞，并確定灌漿孔洞數(shù)量。另外，為使?jié){料起到良好的防滲效果，灌漿時(shí)宜采用高壓噴射方式進(jìn)行灌注。灌漿防滲技術(shù)具有效果明顯、施工速度快、用料少等優(yōu)勢，但也存在成本高、操作困難等問題。

2.4 施工方案設(shè)計(jì)優(yōu)化

前文主要從防滲設(shè)計(jì)的角度闡述了防滲效果提高的方法，而施工過程本身也影響著工程的實(shí)際防滲能力。因此，相關(guān)部門應(yīng)針對(duì)不同的防滲材料制訂施工方案。當(dāng)選用土料作為防滲材料時(shí)，為提高渠道防滲能力，具體施工環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)如下。首先，粉碎土料并對(duì)水渠表層進(jìn)行清潔。其次，根據(jù)具體的地質(zhì)、水文等環(huán)境特點(diǎn)及工程建設(shè)要求確定材料配比。然后，采用先干后濕的施工工藝，分層進(jìn)行澆筑，且施工完成后需要對(duì)其防滲能力進(jìn)行檢測。最后，加強(qiáng)對(duì)渠道的維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)渠道存在的問題并進(jìn)行解決，有效保證防滲效果［8］。當(dāng)選用瀝青材料作為防滲材料時(shí)，施工前要先對(duì)底部土壤進(jìn)行平整、除草等處理，并做好施工現(xiàn)場的清潔工作；之后要融化瀝青，并利用機(jī)械設(shè)備在渠道表面噴灑一層瀝青形成防滲膜，待瀝青防滲膜穩(wěn)定后再大面積鋪設(shè)瀝青。鋪設(shè)瀝青混凝土?xí)r，相關(guān)人員需要根據(jù)工程實(shí)際情況合理確定砂礫、碎石、瀝青的比例，保證材料的耐久性和穩(wěn)固性，從而保證材料的防滲效果。

3 結(jié)論

筆者以沈陽市八一灌區(qū)為研究對(duì)象，開展農(nóng)田水利工程施工中防滲技術(shù)要點(diǎn)研究，發(fā)現(xiàn)八一灌區(qū)防滲渠道因受材料、設(shè)計(jì)、環(huán)境、施工等方面的影響存在滲漏問題。針對(duì)八一灌區(qū)存在的滲漏問題，筆者從防滲材料選取、防滲渠道設(shè)計(jì)、防滲工藝優(yōu)化、施工方案設(shè)計(jì)優(yōu)化等方面提出建議，以提高農(nóng)田水利工程施工防滲效果。