农田灌溉渠道防渗技术 发展探析

农田灌溉渠道防渗技术 发展探析

杨小康

渭南市东雷二期抽黄工程管理中心 陕西渭南 714000

渠道渗漏是灌区用水效率低下的主要原因，世界各国都非常重视渠道防渗技术的研究和推广。渠道防渗技术在我国的应用非常广泛，具有巨大的节水潜力。通过使用防渗技术能够有效的提高灌溉渠系水利用系数。

渠道防渗常用土料、水泥土、石料、膜料、混凝土和沥青混凝土等材料建立防渗层，其中混凝土防渗具有防渗效果好、糙率低、强度高、便于管理等优点，已成为渠道防渗应用最广泛的材料之一。20 世纪 60 年代以来 ,国内外大量采用塑膜作为防渗材料，取得了较为理想的防渗效果，一般可减少渗漏量的 90 %以上，特别是采用埋铺式膜料防渗，塑膜埋入保护层下避免了紫外线和光的照射，大大延长了使用寿命，一般使用年限可达20～30年左右。近年来，混凝土和塑膜复合防渗结构形式得到快速发展。防渗技术由单一材料向复合材料，由单一结 构向复合结构发展。

一、复合防渗土工合成材料

将改性PVC包括增塑抗老化等材料压延涂敷于无纺布上而形成的复合防渗土工布，结构上有一布一膜、二布一膜等形式，厚度0.5～2.3mm之间。

土工布具有防渗、反滤、排水、隔离、加固、防护、密封等多种功能，它与常规的砌石及砼材料防渗效果相比，具有投资低，施工工艺简单，工期短，防渗效果好，渠道有效利用系数高等优点。复合防渗土工布在我国很多地区都有成功的案列，防渗效果好，投资省、工期短。

新型复合土工合成材料 GCL ( Geosynthetic Clay Liner)是在压实性粘土衬垫 CCL (Compacted Clay Liner) 基础上发展而来的，GCL 最早用于工程是在 1986 年美国的一座垃圾填埋场衬垫系统中，大约在同一时期 ,德国也研究应用了另一种 GCL 产品，并成功地应用于渠道防渗、运河衬垫系统、垃圾填埋场衬垫系统等，取得了较好的防渗漏效果。

GCL 的结构组成是两层土工合成材料之间夹封膨润土，通过针刺、缝合或粘合而成，也有的 GCL 产品只有一层土工膜，其上有用粘合剂粘合的一层薄薄的膨润土。GCL 是利用膨润土的膨胀性防渗，利用土工织物来承载和护面的结构形成，它与土工膜同属土工合成材料，在渠道防渗应用中除具有土工膜的所有优点外，还具有柔性极好，抗张应变的能力强，在张应变达 20 %的情况下，其渗透率不增大。具有极强的自愈合功能，由于膨润土具有遇水膨胀性，它会在土工织物刺破处自我愈合，同时上下层土工织物在针刺或缝合纤维的作用下也约束 了膨润土的迁移，进一步提高了自愈合能力。抗干湿循环和抗冻融循环的能力强，GCL 受热后会出现干缩现象，但复水后出现的裂缝会自动闭合，且渗透系数不变，经冻融试验，其抗冻能力也较强。相比比土工膜搭接方便，安装简单，施工速度快。

二、纳米改性防渗材料

纳米改性复合土工膜：土工膜是一种常见的防渗材料，具有柔软、连续、薄型的特点，防渗性能良好，造价低、施工便利。其厚度为0.2～0.6mm。近几年来，又开发出高强度，宽幅塑膜，尤其是高充填合金聚乙烯膜，其抗拉强度，延伸率和抗撕裂强度有了大幅度提高，具有广阔的应用前景。然而在施工的过程中很容易将土工膜刺穿，严重地影响了其防水性能。通过纳米改性防水材料对土工膜进行改进，即纳米改性复合土工膜，其厚度仅有同土工膜的三分之二左右，其抗穿刺性和强度得到了极大的提高。 

纳米改性混凝土防渗材料：混凝土防渗是目前广泛采用的一种渠道防渗技术措施，它具有防渗效果好，一般能减少渗漏损失的 90 %～95 %以上，糙率小(n = 0. 014～0. 017)，允许流速大，一般为 3～5 m/ s，缩小渠道断面，减少工程量和占地面积，强度高，耐久性好，便于管理和适应性广泛等优点，但其抗冻性能较差。国内外建筑业已开始利用纳米材料改进混凝土和钢筋混凝土的性能研究，并应用于高速公路路面及路缘石施工中，结果表明可显著提高混凝土的耐久性，抗冻性提高20倍。在渠道防渗方面，我国已开始在不显著提高成本情况下利用纳米材料改进混凝土防渗抗冻性能的研究。

三、土壤固化防渗材料

土壤固化剂是一种由多种无机、有机材料合成的用以固化各类土壤的新型节能环保工程材料。它与土壤颗粒混合后，在外部压力的作用下，土壤间颗粒间距缩小，并将发生一系列物理和化学反应来达到改善接触面特征、填充颗粒间隙和产生新物质凝聚土壤颗粒的作用。与传统固化材料相比，其具有固结速度快、前期和后期强度高、施工方便、造价低等优点。

土壤固化剂加入土壤中 ,可增强土体憎水性或降低土体水的冰点，阻止或减弱土体冻结时的水分迁移，从而减轻或消除冻胀，提高了土体防渗抗冻性能。土壤固化剂按照其固化土壤原理，可分为电离子类土壤固化剂和水化类土壤固化剂，电离子类土壤固化剂是由各种强离子化学剂组成的水溶性材料，其与土壤混合后，通过电离子交换，改变了土壤中水分子和土颗粒电离子特性，破坏孔隙毛细管结构，在压力作用下，孔隙中游离的水分子、气分子被挤出，使土颗粒粘结，从而提高土体的抗压强度和防渗抗冻性能，这类土壤固化剂适用于颗粒较细的壤性土。水化类固化剂多为固体粉末物质，加入土体后经过压实，固化剂与土壤中水分子发生水化作用，实现水硬性反应，提高了土体的强度和防渗抗冻性能，这类土壤固化剂适用于沙石类土壤。

固化土的物理力学性能随土壤性能、固化剂类别及掺量、含水量、施工条件等有所不同 ,一般强度为 1～10 MPa，渗透系数为 1 ×10 ^{- 6}～1 ×10 ^{- 8} cm/ s。陕西省宝鸡峡灌区和山东省葛沟灌区在全国大型灌区节水改造中进行了土壤固化剂防渗渠道的试验应用，证明土壤固化剂用于渠道防渗工程上，具有可就地取材，工程造价低，施工简单方便，防渗效果较好等优点，但存在抗冻性不稳定，耐久性差等缺点。为此，我国已开始研究固化土复合防渗结构 ,它是利用土壤固化剂对渠基土进行处理，达到防渗的目的，并形成具有一定厚度的保温体，减弱基土冻胀，再利用混凝土等刚性材料作为保护层，组成防渗、耐冲、抗冻胀、耐久性好的复合防渗衬砌结构。

目前，由中国水利水电科学研究院等单位研制的WH系列和WS系列无机土壤固化剂，在渠系改造中具有较好的应用前景。

四、新型伸缩缝止水材料

刚性材料防渗渠道多用沥青沙浆、油毡、聚氯乙烯油膏等作伸缩材料，但这些材料有的性能差，有的造价高、施工技术复杂、不能很好地解决生产中的问题，聚氯乙烯胶泥（或焦油塑料胶泥）中含有煤焦油，对灌溉水和环境都有污染，因此这种材料被淘汰已是大势所趋。近年来，研究开发的高分子止水带、止水管和石油沥青聚氨酯接缝材料（PTN）等新型伸缩缝止水材料，止水性能好，施工方便，有待进一步实践和推广。

西北水利科学研究所研制的新型伸缩缝止水材料焦油塑料胶泥，接缝性能好、造价低，目前在我国各地被广泛应用。还有一些PV防水油膏和以橡胶为主体材料的低膨胀止水条等这些材料也具有较好的应用前景。

参考文献

[1]何武全，刘群昌.我国渠道衬砌与防渗技术发展现状与趋势[J].中国农村水利水电，2009，（6）：3-6.

[2]何武全，张绍强，吉晔，杜秀文.季节性冻土地区渠道防渗防冻胀技术与应用模式[J].节水灌溉，2012，（11）：67-70.

[3]贺军奇，汪有科，边军锋，任涛. 国内外渠系改造现状及发展展望[J].水土保持研究，2006，13（1）：133-135.

[4]季仁保，周福国.渠道防渗技术新进展[J].中国农村水利水电，2003，（4）：1-2.

[5]GB/T50600-2010 渠道防渗工程技术规范.北京：中国计划出版社，2011.

[6]SL 599-2013衬砌与防渗渠道工程技术管理规程.北京：中国计划出版社，2013.

[7] 何武全，邢义川，蔡明科，刘三虎等．渠道防渗抗冻新材料与新技术[Ｊ].节水灌溉，2003，(1):4-6.