王引田

(山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024)

1 前言

汾河灌区地处太原盆地的“底部”，呈条带状分布于汾河东西两岸阶地，属排泄水文地质单元区。灌区地形平缓，总的地形趋势由东北向西南倾斜，地面自然坡降南北为1/1250～1/4000，东西为1/1500～1/1200。土地较为平整，但微地形起伏变化较大。

汾河灌区地形及地质条件表现在:由于汾河水水位的控制，沿岸地下水水平交替滞缓，垂直交替强烈。灌水后地下水位可上升2m或与地面水联成一体。作物播种以后，随着作物的生长对水分的消耗，地下水位下降，直到作物收割，地下水位又回到2～3m。年复一年，周而复始。

灌区的灌溉以冬、春灌溉为主，辅以适当的夏灌。冬灌一般开始于11月上旬，12月上中旬结束。春灌一般开始于3月上旬，4月上中旬结束。夏灌一般仅在小范围内进行，开始于5月中旬，6月上中旬结束。零星分布井片区的灌溉根据作物的需水时间进行。

汾河灌区灌水时间的特殊性表现在:大规模的灌溉基本在晚秋、冬季和早春进行。这意味着汾河灌区的灌溉是在土壤冻结或没有完全解冻的条件下实施。带来的问题是:大部分灌溉面积在灌溉完毕后，地下水位升高，土壤冻胀加大，地面会出现结冰，积水和越冬冰盖。

以上地形地质条件及灌水方式决定了汾河灌区防渗衬砌结构成功与否的重要因素为渠道渗漏及抗冻胀性。

2 防渗结构形式比选

防渗渠道的设计应符合防渗和渠基稳定的要求，并对防渗、防冻胀、防冲刷、防淤积等进行综合分析。由于汾河灌区位于季节性冻土地区，地基土的冻胀对渠道衬砌结构危害较大。为了防止渠道渗漏及冻胀破坏，结合汾河灌区续建配套与节水改造工程实施以来的经验教训，对干、支渠道的衬砌型式进行比选。

1999～2011年汾河灌区在2000年总体规划的框架下，先后实施了5条干渠、7条支渠共计94km的渠道防渗，衬砌结构均采用了复合式防渗衬砌结构，共5种，分别为浆砌石重力墙+混凝土板防渗型式、浆砌石重力墙+复合土工膜防渗型式、浆砌石护坡+复合土工膜防渗型式、复合土工膜+现浇混凝土板防渗型式、复合土工膜+预制混凝土板防渗型式。本着因地制宜、就地取材的原则，本次防渗结构仍以混凝土和砌石结构为主，并充分考虑以下要求:(1)防渗效果好，最大渗漏量能满足工程要求;(2)经久耐用，使用寿命较长;(3)输水能力和防淤抗冲能力高;(4)施工简易，质量容易保证;(5)管理维修方便，价格合理。

比选方案中除上述已实施过的5种防渗形式，同时增加浆砌石护坡+混凝土板防渗型式和现浇混凝土板+聚苯乙烯泡沫板的防渗结构2种型式，下面对上述7种防渗型式进行分析比选。

2.1 方案1，浆砌石重力墙+混凝土防渗型式

该方案渠道边墙及底板均采用浆砌石结构，底板厚0.4m，边墙为重力式，临水面采用0.1m厚现浇混凝土板防渗。如图1所示。

图1 方案1渠道防渗结构

2.2 方案2，浆砌石重力墙+复合土工膜防渗型式

该方案渠道边墙采用墙式浆砌石结构;底板采用浆砌石结构，厚0.4m。边墙及底板下均铺设一层复合土工膜。如图2所示。

图2 方案2渠道防渗结构

2.3 方案3，浆砌石护坡+混凝土板防渗型式

汾河灌区现有干、支渠大部分为梯形断面土渠，因此防渗方案应尽可能按照原有断面形式确定。本方案在梯形土渠基础上采用底板及边墙浆砌石衬砌结构，底板厚0.4m，边坡采用0.3～0.5m厚浆砌石衬砌，过水断面采用0.1m厚现浇混凝土板防渗。如图3所示。

图3 方案3渠道防渗结构

2.4 方案4，浆砌石护坡+复合土工膜防渗型式

该方案底板及边墙均采用浆砌石结构，底板厚0.4m，边墙厚0.3～0.5m，浆砌石下铺设一层复合土工膜。如图4所示。

图4 方案4渠道防渗结构

2.5 方案5，复合土工膜+现浇混凝土板防渗型式

该方案底板及边墙均采用0.15m厚现浇混凝土结构，混凝土下铺设一层复合土工膜。如图5所示。

图5 方案5渠道防渗结构

2.6 方案6，复合土工膜+预制混凝土板防渗型式

该方案底板采用0.15m厚现浇混凝土板结构;边墙采用0.08m厚预制混凝土板结构;底板及边墙混凝土板下铺设一层复合土工膜。如图6所示。

图6 方案6渠道防渗结构

2.7 方案7，聚苯乙烯泡沫塑料板+预制混凝土板防渗型式

该方案底板采用0.15m厚现浇混凝土板结构;边墙采用0.08m厚预制混凝土板结构;底板及边墙混凝土板下铺设7cm厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温。如图7所示。

图7 方案7渠道防渗结构

2.8 防渗结构优缺点

各方案防渗结构优缺点比较见下表1，其中投资以渠深2.1m、渠宽8.0m为计算断面。(表内投资不包括挖填土方及拆除量)。

表1 渠道防渗衬砌结构优缺点比较

通过上表对比分析，浆砌石结构主要满足抗冻胀要求，现浇混凝土板及复合土工膜主要满足渠道防渗的要求。前4种方案均可满足我省冬季抗冻胀和防渗要求。当地下水埋深满足铺设土工膜要求时(铺设时不要有地下水出漏，且基底承载力达到一定要求)相对方案2、4比方案1、3节省投资，但土工膜铺设施工中需加强管理，以免不恰当的操作扎破或撕裂防渗膜;现浇混凝土板需滑模施工，在防渗高度较高时，施工难度大，浇筑困难，但过流条件较好，耐久性想对较好，不宜破坏。虽前4种方案投资相对较大，但对于流量较大、需要冬季灌溉运行、有冻胀的渠道，结合10多年汾河灌区的运行经验，仍建议采用上述4种方案。方案5、6投资省，工程量小，工期快，但只适用于没有冻胀或冻胀较小、冬季不运行的渠道，目前汾河灌区使用相对较少;方案7采取聚苯乙烯泡沫塑料板作为保温材料，但从运行效果上看，没有起到良好的抗冻胀保护，渠道变形导致保温板、预制板整体塌滑，且不易修复，因此不推荐采用。

3 结论

以上各种防渗形式是针对大型灌区的干、支渠渠道防渗结构采取的措施，斗农渠渠道防渗抗冻胀措施更适合采用“U”型防渗结构形式。

我国是水资源相对短缺的国家，且地域分配极不均衡，缺水现象在北方尤其严重，直接影响到了农业灌溉与农业生产。为此水利部在2000年以后，特别是近几年，在开发可利用水源的同时大力提倡农业节水灌溉，花费大量投资对大中型灌区进行渠道节水防渗改造。我们对汾河灌区近十多年的渠道防渗改造进行总结，对于我国北方尤其是受冻胀严重影响的灌区防渗改造有一定的借鉴意义。

［1］SL23-2006.渠系工程抗冻胀设计规范.

［2］段美清.潇河灌区节水防渗工程探索与实践［J］.山西水利，2014(04).

［3］张建疆.灌溉渠道施工防渗技术浅析［J］.山西水利，2014(03).

［4］张学荣，盛岩.农业节水灌溉技术与渠道防渗措施关系分析［J］.水利规划与设计，2014(03).

［5］邓艳.水利工程渠道防渗措施分析［J］.水利规划与设计，2013(10)