现代渠道防渗新技术的设计与研究

王星梅， 陈 坚， 顾 青， 吴 兵

（1.江苏淮安市水利勘测设计研究院有限公司，223005，淮安；2.河海大学水利水电学院，210098，南京）

一、渠道防渗技术现状及存在问题

目前国内外在农田灌溉中常用的节水措施有管道输水和渠道衬砌防渗。管道输水分无压、有压管道，常因造价高而较少采用。一般常用渠道衬砌来防渗。目的是为了减少渠道渗漏损失，提高渠道抗冲能力和输水能力，防止长草和泥沙淤积，节约水资源，节省维修费用。除南方水资源充沛、渠道不采取防渗措施外，其他地区一般都采用渠道衬砌。渠道衬砌有素土、灰土、三合土、四合土等土料类和水泥土类、砌石类、混凝土类、沥青混凝土类、埋铺式膜料类等六大类。土料类能就地取材，造价低，施工简便，但抗冻性、抗冲性、耐久性均较差，人工费高，要求有土源，质量不易保证；水泥土类能就地取材，造价较低，施工较容易，但抗冻性较差，质量不易保证；石料类抗冻和抗冲性能好，施工简易，耐久性强，但防渗效果较差，需选适宜石料和好石工，造价高；沥青混凝土类防渗能力强，适应冻胀变形能力较好，但施工复杂、抗冲性较差，造价高；埋铺式膜料类防渗能力强，质轻，运输便利，当用土保护层时，造价较低，但占地多，抗冲性、抗浮性均较差；混凝土类防渗、抗冲性能好，耐久性强，施工工艺成熟，工效高，是目前我国最广泛应用的衬砌形式，但抗冻性较差、易产生裂缝等破损，影响工程的耐久性和美观。

二、渠道防渗设计理念与思路

渠道防渗设计应力求技术先进、安全可靠、优质高效、节约资源、节省投资、生态环保，实现“可靠、高效、环保”的建设目标，将突出注重生态环保效果、节能减排、美化环境、便于管理作为建设理念。技术上力争达到同行业领先水平，将新技术、新材料、新工艺应用于工程中，提升工程科技水平；节约资源、节省能源主要是尽量少占地，节约土地资源，尽量减少材料消耗总量，工程建成后还要节能；生态环保体现在人与自然的和谐，体现环境水利的理念，在满足功能和安全要求的同时，尽量考虑生态上的要求，不破坏原有生态环境，渠道设计首先合理确定是否需要防渗，以及防渗工程的规模与范围，渠道衬砌形式选择要体现技术先进、安全可靠、优质高效、节约资源、节省投资、生态环保的现代化顶层设计理念。

三、国内外防渗渠道新技术

目前，在所有防渗渠道衬砌技术中应用最广泛的还是混凝土衬砌渠道，人们通过几十年工程实践，在混凝土防冻、抗裂方面积累了许多宝贵经验，如混凝土防冻害措施有压实法、排水法、隔水法、换填法等，混凝土防裂措施有改善施工工艺、采用纤维混凝土，掺粉煤灰、合理分缝分块等，但是在防冻抗裂、节能减排、生态环保等方面的效果还不尽如人意，较难达到现代水利的要求。下面介绍国内外几种渠道防渗新技术，尽管在某些方面还需要继续完善，但在防冻抗裂、节能减排、生态环保等方面作了有益的尝试，为现代防渗渠道技术提供了借鉴。

1.PBM—226喷立凝橡胶沥青复合防渗渠道

该项技术在江苏省淮安市涟西灌区节水改造工程二干四支渠中已试验成功1万m2防渗渠道，渠长约1 000 m，渠口宽约10 m，衬砌高度1.5 m，设底、顶混凝土格埂将护坡材料压好。PBM—226喷立凝橡胶沥青复合防渗材料是由橡胶沥青防水涂料和高性能土工布复合而成，橡胶沥青防水涂料由A组分（高分子改性沥青涂料）和B组分（速凝剂）常温喷涂，具有水性环保，与土工布附着力强，喷涂后5秒钟基本成型，与后浇混凝土剥离强度高，抗老化，具有土工膜没有的突出特点，厚度仅2～3 mm，为混凝土防渗渠道厚度的1/40左右，大量节省材料消耗，在节能减排方面有优势。适合作为水工防渗材料。构造原程见图1。

（1）力学性能指标

纵横向断裂强度均不小于40kN/m，纵横向伸长率均不小于20%，CBR顶破力 6240N/m2，刺破力 889N/m2，耐静水压不小于 0.2MPa，抗冻性（-20℃，48h）纵横向均不小于40 kN/m，老化（96 h）纵横向均不小于40 kN/m。

（2）安全环保性能

①五“无”：无有机溶剂，无毒无味，无废料，无废气排放，无污染；②具有耐化学腐蚀性：具有优异的耐酸、碱和盐性能，在酸、碱和盐环境下长期应用，拉伸强度保持率达到95%以上，断裂伸长率高于1 000%；③具有耐高低温性：具有良好的低温弯折性，又具有优异的耐高温性能，可根据不同区域工程的需要调整低温柔性在-5～30℃之间，产品耐高温在160℃以上；④具有施工高效性：常温施工，喷涂后瞬时成型，可踩踏和进行下道工序，采用专业喷涂机械施工；⑤具有优异的耐水性：喷涂成膜后可以承受高的水压，最高耐静水压3 MPa且1小时内不渗水；⑥具有优异的抗老化性：在人工加速气候老化处理和紫外线处理250小时，拉伸强度保持率达到95%以上；⑦具有优异的自愈性：对尖锐物的刺破有很好的自愈性，耐磕破和钉杆水密性优异。

（3）施工工艺

该产品的施工喷涂采用专用喷涂设备来完成。在常温下，该产品的两组份分别通过管道由两个喷嘴喷出雾化，高速混合，物料在喷射到基面后瞬间凝聚成膜，喷涂效率高，节约劳动力，缩短施工工期，降低施工成本。工艺流程：机具准备、材料准备→基层处理→摊铺丙纶布并固定→丙纶布搭接缝处理→喷涂施工→质量检查→质量验收→成品养护。

（4）适用范围

适合于地下水水位不太高的支渠及其以下中小型渠道衬砌，而且渠道河坡自身要稳定及平整度较好。

（5）效果评价

淮安市涟西灌区二干四支渠应用该技术，于2012年5月20日开工，2012年6月5日竣工，在防渗漏、防冻抗裂、节能减排、生态环保、施工工效等方面取得显著效果 （图2～5），但也暴露一些问题，如护坡抗浮、平整度、生态通道、规范施工、坡面及坡底排水等方面还需进一步完善，尤其是在地下水水位高于渠底的地方使用，一定要在渠底以上设1～2个排冒水孔或结合生态通道设通长排水砂沟（或透水软管），同时做好坡面排水以解决地下水对护坡的顶托和河坡被浸泡而危及土坡稳定问题。

2.澳大利亚PMC改性混凝土渠道防渗新技术

（1）技术原理及特点

PMC改性混凝土渠道防渗系统新技术是由澳大利亚某公司研制。PMC系统是由树脂、水泥和黄砂，按照一定的配方进行混合而形成的高分子化合物改性材料，喷涂在土工布上，约3 mm的厚度就可以形成致密、坚固的防渗层。该系统施工便捷，高效节水，环保节能，有弹性抗老化，维护费用低。此外，该系统的硬度、弹性、抗拉强度、抗张伸展率、耐磨性以及耐火性等也非常好，使用寿命长。

（2）应用效果评价

该技术在澳大利亚目前尚处于试验推广阶段，用于原混凝土防渗渠道修补约8 km，在澳大利亚中部的国家农业试验农场灌溉工程渠道上使用该项技术作为试验段。该项技术具有节水效果好、节省材料、无缝连接、维修方便等优点，但是防裂性能不稳定，无法根除裂缝问题，同时不适用于地下水水位高于渠底的渠道（图 6～7）。

3.W-OH新型渠道高效防渗抗冻技术

（1）技术原理及特点

W-OH砂浆是一种具有超柔性和高防水抗冻性能的新型结构材料，它是基于W-OH超柔性结构渠道而设计构建的，是在渠道表面直接喷洒浓度为10%～20%的W-OH砂浆，可由此快速构建一体化的超柔性、高防渗抗冻性的10mm左右厚度结构层，代替传统的刚性、复合材料防渗抗冻渠道衬砌结构，适合中小渠道衬砌。W-OH砂浆的力学性能较好，它的抗压、弯、拉强度比为 100∶30∶70；具有超柔韧性，在干燥、冻结、盐害、外力冲击等各种条件下不会引起开裂；W-OH砂浆具有10%以上的独立气泡，耐冻害，抗紫外线性能好，高耐久性；W-OH砂浆透水系数为1.0×10-8cm/s以下，等同于混凝土的高防水性；与土沙、混凝土、木材、钢材等各种材质具有很好的黏接力，同时施工极为简便快速、成本低廉。

（2）施工工艺

机具、材料准备→渠道内坡修整→W-OH砂浆制造并喷涂→渠道表面处理→质量检查→质量验收→成品养护。

（3）应用效果评价

W-OH砂浆渠道衬砌技术具有高效防渗抗冻性，造价低，施工简便、快速，特别适合在高寒地区应用。但是在表面平整度、抗冲性、生态通道、规范施工等方面还需要进一步完善。

4.U形渠道混凝土衬砌机应用

U形渠道混凝土衬砌机具有一机多能，振动成型、气动切割、滑模收面、压顶、牵引和切割等工序可一机完成，衬砌效率为人工衬砌的12倍，施工工效高。气动切割连续浇筑的混凝土渠道伸缩缝灵便、标准，渠道端直，表面光滑平整（粗糙率小于0.015），外观漂亮；衬砌机机械结构紧凑，安装、拆卸及运输方便，机械化施工操作只需一人，节省能源、造价低廉。U形渠道混凝土衬砌机的缺点是一次性投资较大，只适合应用于中小渠道衬砌（图10～11）。

四、结 语

各种现代防渗渠道新技术从试点到推广都不容易，需要做大量的试点工作，在实践中不断总结、完善才能广泛应用。每一种防渗渠道新技术都有它一定的适用范围、适用条件，设计时要因地制宜，结合工程特点和条件选择最优方案，在满足防渗抗冻防裂等功能性要求的同时，要体现技术先进、优质高效、节约资源、生态环保的设计理念。

[1]渠道防渗工程技术规范（SL18—2004）[S].2004.

[2]冯广志,周福国.渠道防渗衬砌技术发展中的若干问题与建议[J].节水灌溉,2004(5).

[3]澳大利亚水管理有限公司及其合作伙伴.淮安市涟西灌区续建配套与节水改造六期工程二干四支渠防渗渠道施工方案 [R].

[4]淮安市水利勘测设计研究院有限公司.淮安市涟西灌区续建配套与节水改造六期工程施工图设计 [R].

[5]澳大利亚水管理公司.澳大利亚防渗渠道技术介绍 [R].

[6]江苏杰成凯新材料科技有限公司.WOH高新复合材料及其关键应用技术[R].

[7]北京青禹伟业节水技术有限公司.U形渠道混凝土衬砌机 [R].