刍议渠道渗流破坏与防治

2014-09-05程刚

黑龙江水利科技 2014年12期

关键词：铺筑土料土工膜

程刚

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，乌鲁木齐 830000)

刍议渠道渗流破坏与防治

程刚

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，乌鲁木齐 830000)

渠道防渗是提高渠道使用寿命，保证输水安全级输水效能的重要途径。而渠道排(渗)水技术作为防渗的辅助措施更是渠道运行安全的有力保证。因此重视和发展防渗及排(渗)水技术对渠道工程显得尤为重要。文章对渠道渗流及堤基排水不畅对渠道造成破坏的成因进行分析，并列举防渗排(渗)水的几种施工方法及渗流造成破坏的处理方法。

渠道渗流；防渗技术；冻胀破坏；水胀破坏；膜料防渗

0 引言

渠道防渗技术是通过有效的技术手段，将渗水及部分地下水排出堤基范围，预防因渗流引起的各种渠道破坏的产生。其技术手段包括降低渗透率、延长渗径、减小渗流上下游水位差，但以上措施都不能做到完全止水，因此就需要设置排(渗)水系统。作为重要输水建筑物的渠道工程，在不断加强、改进防渗技术的同时也应重视和发展排(渗)水措施的应用，既有利于输水安全，也能延长渠道的使用寿命，提高了工程效益并减少相应的维修费用。

1 渗流导致渠道破坏的形式

1.1 冻胀破坏

冻胀破坏在严寒地区产生破坏，是渠道工程建设中的一大难点。冻胀产生的原因是渗流及地下水渗流至堤基土壤使堤基土壤含水量较高。土壤受冻体积膨胀变大，顶托衬砌面板，从而造成破坏。冻胀破坏应具备3个条件：①持续严寒低温；②土壤含水量较高并有通畅持续的水分补给；③土壤亲水成分较高。

1.2 水胀破坏

水胀是指渠道发生渗漏，渗水至渠道防渗衬砌结构之下，渗漏水及地下水不能顺畅排泄，而产生渗透压力当衬砌结构抵抗力小于渗透压力时，造成渠道衬砌结构变形、隆起的现象。水胀破坏的形成也应具备3个条件：①渠道基础为弱透水层；②渠道防渗土工膜破坏(老化)及地下水渗至防渗膜后；③渠道未设排(渗)水系统，或排(渗)水系统排水不畅。

1.3 管涌现象

管涌是指在汛期高水位情况下，水流沿岸堤土壤孔隙流向下游(既渗流)流入堤内后冲破黏性土覆盖层，将堤身或堤基的土壤颗粒带出来，发生冒水涌砂现象。发生管涌时，随着水位升高、持续时间延长，会导致堤(闸)基土被掏空建筑物塌陷。管涌产生的原因：①渠堤、水闸基地土壤级配缺少某些中间粒径的非黏性土；②基础土层含有强透水层，覆盖土层压重不够；③工程防渗或排(渗)水设施效能低或损坏失效[1]。

2 渗流导致渠道破坏的处理

2.1 冻胀破坏处理

对冻胀引起的渠道破坏主要以防渗为主。其次可以采用保温措施防止冻胀发生，即堤基面上先铺设8 cm苯板，苯板上铺设隔水土工膜，土工膜上摊铺3 cm砂浆保护层，最后浇筑10 cm混凝土面板。这样既隔断了渠道渗水对渠底基土大地降水的补给，使渠道在一定深度内的含水量低于起始的冻胀含水量。同时土工膜隔断了冬季地下水毛细管的迁移作用，从而减轻了冻胀。苯板又起到了很好的保温效果，可以有效抑制冻害的发生。再加上水泥砂浆过度层不仅可以防止隔水土工膜在施工中被破坏，而且能与混凝土面板及土工膜形成一个良好的防渗整体。能有效延长渠道的运行寿命。

2.2 水胀破坏处理

对水胀引起的渠道破坏处理措施主要应以预防为主对已发生的衬砌结构破坏的部位采取拆除衬砌，排除膜后积水待基础干燥后重新衬砌，恢复原结构。水胀预防采取措施的原则是“上防下排”即渠道结构加强防渗措施，尽量阻滞水流渗入渠床，在防渗层下设置排水措施，将已渗入渠道的水迅速排走。同时在通水运行过程中应控制渠道水深的降幅，保证通水安全。

2.3 管涌的抢护处理

管涌抢护的原则：临截背导、导压兼施、降低渗压、防止渗流带出泥沙。

1)反滤围井：即在冒水孔周围垒土袋，筑成反滤井，井壁底与地面紧密接触。井内按三层反滤要求铺垫砂石或柴草滤料，井口安设排水管，将渗出清水引走，以防溢流冲塌井壁。如果水势猛、水量大，粗砂压不住，可先填碎石消杀水势，再按反滤要求填料。注意观察防守，若填料下沉则继续加填，到稳定为止[2]。

2)养水盆：在管涌周围用土袋垒成围井，井中不填反滤料，井壁需防漏水，形成一个蓄水池(即养水盆)不使水流走，蓄水抬高井内水位，以减小肩背水位差，制止险情发展(此法适用于肩背水位差小，高水位持续时间短的情况)

3)滤水压浸台：在大片管涌面上分层铺填粗砂，石屑、碎石，下细上粗，每层厚20 cm左右。最后压块石或土袋。此法适用于管涌数目多，出现范围较大的情况。如是水下发生管涌，切不可将水抽干。

3 渠道防渗措施

3.1 土料及改良土料防渗

土料造价低、取料方便，但存在耐久性差的问题。施工中土料的原材料应粉碎、过筛，必须清除有机质多的表层土和草皮树根等杂物；改良土施工中应严格控制配合比和含水率，混合土料宜先干拌后湿拌，铺筑是灰土、三合土、四合土先渠坡后渠底，素土、黏砂混合土按先渠底后渠坡的顺序施工。防渗层铺筑时应边铺筑变夯实，夯实后土料的干密度应达到设计值，防渗层填筑完成后要加强养护，注意防风、防晒、防冻。素土料的技术要求图见表1。

表1 素土料的技术要求

3.2 混凝土防渗

混凝土防身的优点是防渗抗冲效果好，输水能力大、耐久、强度高，能减少渠道断面尺寸、适应性广，便于管理。缺点是混凝土面板适应变形能力差，在确砂、石料地区造价较高。混凝土适用于各种地形、气候和运行条件，现阶段被广泛使用。

施工中并根据当地气候特点使用特殊性能的混凝土，应严格按设计配合比拌制混凝土，应采用活动模板，分块跳仓法进行浇筑，滑模振捣器振捣。收面与养护应及时进行。

3.3 膜料防渗

膜料防渗具有防渗性能好，适应变形能力强、材料轻、运输方便、耐腐蚀性能强、施工简单、工期短，造价低等优点。缺点是抗穿刺能力差，已老化、与土摩擦系数小，不利于渠道边坡稳定。

膜料防渗施工质量的核心是在施工过程中保持膜层的完整和边坡保护层的稳定。土渠的铺膜基槽可采用梯形、台阶形和锯齿形等断面形式，当渠槽开挖或填筑完成并平整以后，根据渠道大小将土工膜加工成大幅自渠道下游一岸向另一岸铺设，膜料应铺设宽松并平贴渠基。

3.4 沥青材料防渗

沥青具有防渗效果好，投资少、耐久性好、对地基变形适应能力强、施工简便等优点。其中以沥青混凝土使用较为广泛，沥青属于柔性结构。适应变形能力好，具有较好的稳定性。

沥青混凝土施工前，必须首先进行是铺筑，确定沥青混合料的配合比、摊铺厚度、施工温度、碾压遍数等参数。

3.5 水泥土防渗

水泥土具有良好的防渗效果，能就地取材、造价低、施工容易掌握，其水泥用量与低标号混凝土用量相当。缺点是允许流速小，抗冻性差。施工中将水泥土所用土料风干、粉碎。铺筑前洒水润湿渠基并做到配料准确，拌合均匀、摊铺平整、浇捣密实。应连续铺筑，每次拌合料从加水至铺筑应在1.5 h内完成。砂料的含泥量要求见表2。