7渠道防滲工程技術(shù)

1、渠道防滲工程技術(shù)3.1 渠道防滲類型和特性3.1.1 渠道防滲意義和作用（一）渠道防滲意義 發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)行之有效的節(jié)水技術(shù)有渠道防滲、低壓管道輸水、改進(jìn)地面灌溉技術(shù)、 發(fā)展噴灌與微灌、 實(shí)行節(jié)水灌溉制度等。 這些節(jié)水技術(shù)無疑均是重要的和必需的， 但節(jié)水效 益最大的技術(shù)則是渠道防滲。這是因?yàn)槲覈?guó)每年灌溉用水量約為3500 億 m3 ，占農(nóng)業(yè)用水量的90%，占我國(guó)總用水量的 63%。目前我國(guó)已建渠道防滲工程為 55萬(wàn)多Km僅占渠道總 長(zhǎng)的 18， 80以上的渠道沒有防滲，渠系水的利用系數(shù)很低，平均不到0.50 ，低于其他國(guó)家（美國(guó)為 0.78 ，前蘇聯(lián)為 0.60.7 ，日本為 0.61 ，巴基

2、斯坦為 0.58 等）。也就是說， 從水源到田間，有 50%以上的灌溉水因渠道滲漏而損失掉了。由于渠道滲漏浪費(fèi)的水量很 大，我國(guó)糧食作物的水分生產(chǎn)效率僅為 1kg 左右，而以色列高達(dá) 2.32kg 。如果我國(guó)灌溉渠 系水的有效利用系數(shù)提高 0.10，則每年可節(jié)約水量 350億m3左右，等于正在規(guī)劃的南水北 調(diào)中線工程年引水量的 2.7 倍左右，這對(duì)緩解我國(guó)水資源供需矛盾將起到很大作用。因此， 必須首先做好渠道防滲工程，堵住這個(gè)浪費(fèi)水的大洞，提高渠系水的利用率。渠道的滲漏水量不僅降低了渠系水的利用系數(shù)， 減少了灌溉面積， 浪費(fèi)了水資源， 而且 會(huì)引起地下水位上升， 招致農(nóng)田漬害， 在有鹽堿化威脅

3、的地區(qū)， 還會(huì)引起土壤的次生鹽堿化， 同時(shí)還會(huì)增加灌溉技術(shù)和農(nóng)民的水費(fèi)負(fù)擔(dān)， 甚至?xí)＜肮こ痰陌踩\(yùn)行。 為了減少渠道輸水 損失，提高渠系水利用系數(shù)， 一方面要加強(qiáng)渠系工程配套和維修養(yǎng)護(hù)， 有計(jì)劃地引水和配水， 不斷提高灌區(qū)管理工作水平；另一方面要采取渠道防滲工程措施，減少滲漏損失水量。（二）渠道防滲的作用 渠道防滲工程措施除了減少渠道滲漏損失、節(jié)省灌溉用水量、更有效地利用水資源外，還有以下作用： 1提高渠床的抗沖能力，防止渠坡坍塌，增強(qiáng)渠床的穩(wěn)定性。 2減小渠床糙率系數(shù)，加大渠道內(nèi)水流流速，提高渠道輸水能力。 3減少渠道滲漏對(duì)地下水的補(bǔ)給，有利于控制地下水位和防治土壤鹽堿化及沼澤化。 4防止

4、渠道長(zhǎng)草，減少泥沙淤積，節(jié)省工程維修費(fèi)用。5降低灌溉成本，提高灌溉效益。3.1.2 渠道防滲材料及結(jié)構(gòu)形式（一）渠道防滲工程應(yīng)符合的要求 1防滲渠道斷面應(yīng)通過水力計(jì)算確定，地下水位較高和有防凍要求時(shí)，可采用寬淺：斷面。2 地下水位高于渠底時(shí)，應(yīng)設(shè)置排水設(shè)施。3.防滲材料及配合比應(yīng)通過試驗(yàn)選定。4 采用剛性材料防滲時(shí)，應(yīng)設(shè)置伸縮縫。5.標(biāo)準(zhǔn)凍深大于10cm的地區(qū)，應(yīng)考慮采用防治凍脹的技術(shù)措施。6渠道防滲率，大型灌區(qū)不應(yīng)低于 40%;中型灌區(qū)不應(yīng)低于 50%;小型灌區(qū)不應(yīng)低于 70%;井灌區(qū)如采用固定渠道輸水，應(yīng)全部防滲。7 大、中型灌區(qū)宜優(yōu)先對(duì)骨干渠道進(jìn)行防滲。（二）渠道防滲材料簡(jiǎn)介根據(jù)所使用的

5、材料，渠道防滲可分為：土料防滲；水泥土防滲；砌石防滲I塑料薄膜防滲（內(nèi)襯薄膜后再用土料、混凝土或石料護(hù)面）瀝青混凝土防滲；混凝土防滲等。 其中混凝土襯砌是當(dāng)今渠道襯砌的主要形式。各類材料防滲效果和適用條件見表3-1。表3-1常見渠道防滲形式的主要特性防滲材料項(xiàng)目主要原材料允許最大滲漏量（m3/m2.d）使用年限適用條件土料粘性土粘砂混合土粘質(zhì)土、砂、0.07 0.17515能就地取材。造價(jià)低，施工簡(jiǎn)便，但抗凍性差，耐久性較差，灰土石、石灰等需勞力多，質(zhì)量不易保證適用三合土10 25于氣候和地區(qū)的中、小型渠道四合土能就地取材，造價(jià)較低，施工水泥土干硬性水泥土塑性水泥土壤土、砂壤土、水泥等0.06

6、 0.17830容易，但抗凍性較差。適用于溫地區(qū)，且附近有壤土和砂壤土的渠道干砌卵石（掛淤）.200.4抗凍和抗沖性能好，施工簡(jiǎn)易，石料漿砌塊石 漿砌卵石 漿砌料石 漿砌石板卵石、塊石、-料石、石板、水泥等0.09 0.2525 40耐久性強(qiáng)，但防滲能力一般較 難保證，需勞力多。適用于石 料來源豐富、有抗凍與抗沖要求的渠道防滲能力強(qiáng)，適應(yīng)凍脹變形能瀝青混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑預(yù)制輔砌瀝青、砂、石、礦粉等0.04 0.1425 30力較好，造價(jià)與混凝土相近，但目前瀝青料源缺乏。一般適用于有凍害的地區(qū)，且附近有防滲能力強(qiáng)，質(zhì)輕、運(yùn)輸便利,用土作保護(hù)層時(shí)，造價(jià)較低，埋輔式膜料膜料、土料、20 30但自地多，允

7、許流速小。適用 于中、型低流速渠道。當(dāng)用剛 性保護(hù)層時(shí)，造價(jià)較高，可用 于大、中型渠道土料保護(hù)層剛性保護(hù)層砂、石、水泥等0.04 0.08現(xiàn)場(chǎng)澆筑0.04 0.1430 50防滲效果、抗沖性和耐久性好,預(yù)制輔砌砂、石、水0.06 0.1720 30可用于各類地區(qū)的各種運(yùn)用條混凝土泥、速凝劑件下的各級(jí)渠道；噴射法施工噴射法施工等0.05 0.1625 35宜用于巖基、風(fēng)化巖基以及山區(qū)渠道目前，我國(guó)渠道防滲中存在的主要問題是襯砌技術(shù)成本較高，影響大面積推對(duì)于西北地區(qū)特殊的濕陷性黃土、鹽脹土和膨脹土層，渠道襯砌需解決大變形。（三）渠道防滲層的結(jié)構(gòu)及厚度1.土料防滲。土料防滲層的厚度應(yīng)根據(jù)防滲要求通過

8、試驗(yàn)確定。中、小型渠道可參照 表3-1選用。為增加防滲層的表面強(qiáng)度，根據(jù)渠道流量大小， 表層采用水泥砂漿抹面和涂刷硫酸亞鐵溶液的辦法。2水泥土防滲。水泥土防滲層的配合比應(yīng)通過試驗(yàn)確定。防滲層的厚度宜采用 810cm,小型渠道不應(yīng)小于 5cm水泥土預(yù)制板的尺寸，應(yīng)根據(jù)制板機(jī)、壓實(shí)功能、運(yùn)輸條件和渠道 斷面尺寸等功能確定，每塊預(yù)制板的重量不宜超過50kg。板間用砂漿擠壓、填平，并及時(shí)勾縫與養(yǎng)護(hù)。因水泥土的抗凍性較差， 故對(duì)耐久性要求高的明渠水泥土防滲層，宜用塑性水泥土鋪筑,表面再用水泥砂漿、 混凝土預(yù)制板、石板等材料作保護(hù)層。此種防滲層結(jié)構(gòu)，水泥土的水泥 摻量可以適當(dāng)減少，但水泥土28d的抗壓強(qiáng)度

9、不應(yīng)低于 1.5MPa。表3-2土料防滲層厚度表防滲層厚度表（cm）土料種類渠底渠坡側(cè)墻高液限黏質(zhì)土20 4020 40中液限黏質(zhì)土30 4030 60灰土10 2010 20三合土10 2010 2020 30四合土15 2015 2520 403.砌石防滲。護(hù)面式砌石防滲層的厚度 （見圖3-1），漿砌料石采用1525cm;漿砌塊 石采用2030cm；漿砌石板厚度不宜小于 3cm=漿砌卵石、干砌卵石 （見圖3 2）掛淤護(hù)面 式防滲層的厚度一般采用 1530cm。為了防止渠基淘刷，提高防滲效果，干砌卵石掛淤渠道可在砌體下面設(shè)置砂礫石墊層或 低標(biāo)號(hào)砂漿墊層。漿砌石板防滲層下，可鋪厚度23cm的砂

10、料或低標(biāo)號(hào)砂漿墊層。對(duì)防滲要求高的大中型渠道，可在砌石層下加鋪粘土、三合土、塑性水泥土或塑膜層。圖3-1漿砌石渠道護(hù)面結(jié)構(gòu)（a）護(hù)面式結(jié)構(gòu)（b）擋土墻式結(jié)構(gòu)護(hù)面式漿砌石防滲層一般不基上擋土墻式漿砌石防滲層宜設(shè)1015m=4膜料防滲。膜料的基本和瀝青。按防滲材料可分為塑料類、瀝青和環(huán)氧樹脂類。按加強(qiáng)不加強(qiáng)土工膜（直噴式土工膜加強(qiáng)土工膜 （玻璃纖維布、聚酯纖維布作加強(qiáng)材料）、復(fù)合型土工膜（土工織物作基材）。目前我國(guó)渠道防滲工程普遍采用聚乙烯和聚氯乙烯塑料薄膜，其次是瀝青玻璃纖維布油氈。此外，復(fù)合土工膜近幾年也陸續(xù)采用。膜料防滲多用埋鋪式，其結(jié)構(gòu)一般包括：膜料防滲層、過渡層、保護(hù)層等。如圖3-2所示

11、。圖3-2埋鋪式膜料防滲體的構(gòu)造（a）無過渡層的防滲體；（b）有過渡層的防滲體用作過渡層的材料很多，應(yīng)因地制宜地選用。過渡層的厚度見表3-3。表3-3過渡層厚度過渡層厚度厚度（cm）灰土、塑性水泥土、砂漿素土、砂2335素土保護(hù)層厚度，當(dāng)=時(shí)，全鋪式的梯形、臺(tái)階形、鋸齒形斷面，半鋪式的梯形和底鋪式斷面保護(hù)層的厚度，邊坡與渠底相同。見表3-4 ;當(dāng) ?時(shí)，梯形和五邊形渠底土保護(hù)層的厚度見表 3-4 ,渠坡膜層頂部土保護(hù)層最小厚度，溫暖地區(qū)為30cm寒冷地區(qū)為 35cm。表3-4 素土保護(hù)層的厚度保護(hù)層土質(zhì)渠道設(shè)計(jì)流量（m3/ s）v 225520 20砂壤土、輕壤土45 50506060 707

12、0 75中壤土40 45455555 6060 65重壤土、粘土35 40405050 5555 60單位：cm剛性材料保護(hù)層厚度見表 3-5。也可在渠底、渠坡和不同渠段，采用具有不同抗沖能力、 不同材料的組合式保護(hù)層。保護(hù)層材料水泥土塊石、卵石砂礫石混凝土現(xiàn)澆預(yù)制保護(hù)層厚度4620 3025 40 3041048表3-5不同材料保護(hù)層的厚度5瀝青混凝土。瀝青混凝土防滲層厚度一般 56cm（見圖3-3），大型渠道可采用810cm。 有抗凍要求的地區(qū)，渠坡防滲層可采用上薄下厚的斷面， 一般坡頂厚度56cm坡底厚度8 10cm。整平膠結(jié)層采用等厚斷面。瀝青混凝土邊長(zhǎng)不宜大于1.0m，厚度采用58c

13、m=預(yù)制板一般用瀝青砂漿砌筑；在地基有較大變形時(shí)，也可采用焦油塑料膠泥填筑。圖3-3瀝青混凝土防滲體的結(jié)構(gòu)形式（a）無整平膠結(jié)層的防滲體；（b）有整平膠結(jié)層的防滲體1封閉層；2 防滲層；3整平膠結(jié)層；4 土 （石）渠基；5 封頂板6混凝土防滲?；炷练罎B層采用等厚板，當(dāng)渠基有較大膨脹、沉陷等變形時(shí)，除采 以 取必要的地基處理措施外，對(duì)大型渠道宜采用楔形板、肋梁板、中部加厚板或“n”形 板?；炷练罎B體的結(jié)構(gòu)形式如圖 3-4所示。圖3-4混凝土防滲體的結(jié)構(gòu)形式3.1.3選擇防滲技術(shù)措施應(yīng)考慮的因素表3-1系我國(guó)SL18-91渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范規(guī)定的各種渠道防滲材料的技術(shù)特點(diǎn)、 防滲效果、運(yùn)用條

14、件等，可根據(jù)擬建渠道的基本資料，在上述設(shè)計(jì)總則指導(dǎo)下，具體的進(jìn)行 設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)尚應(yīng)綜合考慮下列影響因素。（一）氣候條件氣候條件是渠道防滲工程設(shè)計(jì)和施工應(yīng)要考慮的基本因素。它對(duì)防滲材料的耐久性和施工方法具有決定性作用，也是工程防凍脹設(shè)計(jì)的決定性因素。（二）地形條件地形條件往往是決定渠道防滲工程造價(jià)的重要因素，在渠道防滲措施中，壓力管道受地形影響最小，但太貴；低壓管道、輸水槽以及混凝土等防滲渠道，較能適應(yīng)地形的變化；而 土料及埋鋪式膜料（土保護(hù)層）防滲渠道，因允許流速小 （為混凝土的1/6左右），只能用于 較平坦地區(qū)。因此，選擇防滲方案時(shí)，應(yīng)考慮地形條件。（三）基土性質(zhì)基土的滲透性是決定有無防滲必

15、要和采用哪種防滲措施的關(guān)鍵，土的凍脹敏感性和抗壓強(qiáng)度等都是工程設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要性能。對(duì)黃土類、壤土類等基礎(chǔ)好、 渠床穩(wěn)定的地區(qū)，一般采用混凝土、砌石等防滲措施。但在含膨脹性粘土或石膏以及孔狀灰?guī)r的渠基上，一般不宜采用剛性材料，應(yīng)采用厚壓實(shí)土料，或埋鋪式膜料類的柔性防滲措施。對(duì)于濕陷性黃土渠基，防滲前做完浸水處理后，最好采用埋鋪式膜料防滲。也可以改變渠線，使渠道繞過不良土質(zhì)地帶。無法改線時(shí)，可用砂、礫石或其他土料換基，以代替不良土壤。但此法造價(jià) 高，除有抗凍害要求和附近有合適的代換材料外，一般不宜采用。在選擇防滲方案時(shí)， 應(yīng)盡量考慮土渠開挖土方的應(yīng)用問題。 如有適宜的土料，可采用壓 實(shí)土料防滲；

16、如開挖的土料不能壓實(shí)，但可以用作膜料防滲的保護(hù)層時(shí)， 則應(yīng)采用埋鋪式膜 料防滲。（四）地下水位地下水位高于渠底時(shí)， 防滲層存在承受揚(yáng)壓力的問題。 必須在防滲層下設(shè)排水設(shè)施。 在 寒冷地區(qū)，地下水位的高低，是防滲工程進(jìn)行防凍脹設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的。（五）土地利用及灌溉系統(tǒng)的形式為減少占地，在城郊及人口密集地區(qū)，應(yīng)采用暗渠（管）、輸水槽或邊坡較陡的如 U形、矩形斷面等剛性材料防滲渠道。為了改善舊有灌溉系統(tǒng)和用水方式， 如合并地塊， 改連續(xù)輸水為輪流輸水， 改變種槽作 物等， 都應(yīng)考慮采用剛性材料防滲， 使配水渠系占地最小。 同時(shí)也使輪流輸水的渠系能更好 地滿足配水要求。（六）防滲標(biāo)準(zhǔn)在水費(fèi)很高的地區(qū)，

17、 或滲漏水有可能引起渠基失穩(wěn)， 影響正常運(yùn)行的渠道， 防滲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng) 提高。建議采用下鋪膜料，上部用混凝土板作保護(hù)層的措施。據(jù)國(guó)外有關(guān)經(jīng)驗(yàn)，厚10cm的混凝土防滲渠道，平均滲漏量為21L/（m 天），如在混凝土層下加鋪聚氯乙烯薄膜，可減少滲漏量 95。只要持續(xù) 12年，節(jié)約的水量，就足以抵償塑膜增加的投資。（七）耐久性據(jù)資料介紹，埋設(shè)混凝土管道使用年限按 50 年計(jì)算，年養(yǎng)護(hù)費(fèi)占造價(jià)的 0.1 。印度 用的瀝青粘土混合料防滲，使用年限按 5 年計(jì)，年養(yǎng)護(hù)費(fèi)為造價(jià)的 l0 。厚 2.5cm 的泥漿 襯砌，估計(jì)不超過 2 年，年養(yǎng)護(hù)費(fèi)為造價(jià)的 25。使用年限，對(duì)計(jì)算工程的經(jīng)濟(jì)效益，影 響很大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)

18、慎重確定。（八）材料來源應(yīng)本著因地制宜、就地取材的原則選用防滲措施。 料源應(yīng)充足。如當(dāng)?shù)責(zé)o砂、石料而又 必須采用混凝土防滲的重要工程，可以采用在他處預(yù)制，運(yùn)到當(dāng)?shù)厥┕?，或采用人工制砂?石的辦法。 當(dāng)水中含有較多泥沙，且渠基為砂礫石時(shí)，如舊渠由于運(yùn)用時(shí)間已久，有天然淤填的作用，也可能不再需要采用其他防滲措施等。（九）勞力、能源及機(jī)械設(shè)備供應(yīng)情況在勞力較多、 工資較低的地區(qū)， 應(yīng)采用能充分利用勞動(dòng)力的措施。 如采用預(yù)制陶瓷板及 混凝土板安砌和壓實(shí)土料防滲等。如壓實(shí)厚度超過 0.5m 或用現(xiàn)澆混凝土防滲的，則可采用 推土機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)、羊足碾及澆筑機(jī)等設(shè)備，以保證施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，使防滲工程早

19、日受益。（十）管理養(yǎng)護(hù)如渠道需要頻繁地放水和停水， 渠道水位有較大的升降變化時(shí)， 最好采用剛性材料防滲。 土料防滲， 不能控制雜草及淤積，同時(shí)在勞力昂貴的地方，并不比剛性材料防滲便宜。明鋪式膜料、薄粘土層或薄壓實(shí)土料防滲，易受牲畜踐踏等外力破壞，故在使用上受到限制。在已成土渠上建防滲工程， 因施工時(shí)間短， 渠基不能很快干燥， 很難采用現(xiàn)澆的剛性材料護(hù)面， 故最好能采用機(jī)械或人工預(yù)制安裝混凝土板的措施，以加快進(jìn)度，保證輸水。（十一）工程費(fèi)用渠道防滲措施是否經(jīng)濟(jì)， 應(yīng)以效益的大小來衡量。 在資金允許情況下， 應(yīng)盡量選取標(biāo)準(zhǔn) 較高的防滲方案。新建渠道的防滲工程應(yīng)與修渠同時(shí)進(jìn)行，設(shè)計(jì)和施工一次完成。3

20、.2防滲渠道的設(shè)計(jì)3.2.1防滲渠道斷面形式防滲道斷面形式見圖 3-5。明渠可選用矩形、梯形 （包括弧形底梯形、弧形坡腳梯形 ）、 形和復(fù)合形；無壓暗渠可選用城門洞形、箱形、正反拱形和圓形。不同防滲材料可參照3-5選用適宜的斷面形式。圖3-5防滲渠道的橫斷面形式（a）梯形斷面；（b）弧形底梯形斷面；（c）弧形坡腳梯形斷面；（d）復(fù)合形斷面；（e）u形斷面；（f）矩形斷面;（g）城門洞形暗渠；（h）箱形暗渠；（i）正反拱形暗渠；（j）圓形暗渠梯形橫斷面施工簡(jiǎn)便、邊坡穩(wěn)定，在地形、地質(zhì)無特殊問題的地區(qū)，可普遍采用?；⌒蔚滋菪?、弧形坡腳梯形、u形渠道等，由于適應(yīng)凍脹變形的能力強(qiáng)，能在一定程度上減輕凍

21、 脹變形的不均勻性，在北方地區(qū)得到了推廣應(yīng)用。U形渠道自20世紀(jì)70年代在我國(guó)開始應(yīng)用，在渠道上目前已得到了廣泛的應(yīng)用。其主要優(yōu)點(diǎn)足：水力條件好，近似最佳水力斷面，可減少襯砌工程量，輸沙能力強(qiáng)，有利于高含沙引水；在凍脹性和濕陷性地基上有一定的適應(yīng)地基不均勻變形的能力；渠口窄，節(jié)省土地，減少挖填方量；整體性強(qiáng)，防滲效果 優(yōu)于梯形渠道；便于機(jī)械化施工，可加快施工進(jìn)度。暗渠具有占地很少、在城鎮(zhèn)區(qū)安全性能好、水流不易污染等優(yōu)點(diǎn)。在凍土地區(qū)，暗渠可避免凍脹破壞。因此，在土地資源緊缺地區(qū)應(yīng)用較多。表3-5不同材料防滲渠道適用的橫斷面形式防滲渠道材料類另U明渠防滲渠道橫斷面形式暗渠形弧形梯復(fù)合形坡城門洞行箱

22、形正反拱形圓形形矩形底梯U形形腳梯形素土VVV灰土VVVVVVV黏砂混凝土VVV膨潤(rùn)混合土VVV三合土VVVVVVV四合土VVVVVVV塑性水泥土VVVV干硬性水泥土VVVVVVV料石VVVVVVVVVV塊石VVVVVVVVVV卵石VVVVVVV石板VVVV土保護(hù)層塑膜VVV瀝青混凝土VVV混凝土VVVVVVVVVV剛性保護(hù)層塑膜VVVVVVVVV322安全超高襯砌護(hù)面應(yīng)有一定的超高，以防風(fēng)浪對(duì)渠床的沖刷。襯砌超高指加大水位到襯砌層頂 端的垂直距離。小型渠道可采用2030cm大型渠道可采用 3060cm。襯砌層頂端到渠道的堤頂或岸邊也應(yīng)有一定的垂直距離，以防襯砌層外露于地面，易受交通車輛等機(jī)械

23、損 壞；也可防止地面徑流直接進(jìn)入襯砌層下面，威脅渠床和襯砌層的穩(wěn)定。這個(gè)安全高度一 般為2030cm。U形渠道襯砌超高d。和渠堤超高n值見表3-6。加大流量V 0.50.5 1.01.0 1010300.1 0.150.15 0.20.2 0.350.35 0.5a0.20.30.30.40.4 0.60.6 0.8323防滲渠道的設(shè)計(jì)參數(shù)防滲渠道的設(shè)計(jì)參數(shù)除渠道的設(shè)計(jì)流量外，還有邊坡系數(shù)、糙率、超高、不沖不淤流速、伸縮縫間距及填縫材料、砌筑縫及其填筑縫材料、渠底比降、穩(wěn)定渠床的寬深比、堤頂寬度 和封頂板等。設(shè)計(jì)參數(shù)選擇的是否正確，關(guān)系到渠道的工程量大小、輸水能力、防滲效果、 渠床是否穩(wěn)固和安

24、全運(yùn)用，以及工程效益的發(fā)揮等，因此設(shè)計(jì)參數(shù)必須謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)，認(rèn)真選擇。 本節(jié)對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)如何設(shè)計(jì)與選擇不作介紹，請(qǐng)參閱有關(guān)書籍。324防滲渠道的水力斷面計(jì)算（一）水力斷面計(jì)算的基本公式各種渠道斷面設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確尺寸，應(yīng)通過如下基本計(jì)算公式確定，即阿（式 3-1）式中：渠道平均流速，mm/s-謝才系數(shù)，m/2/s ；r：水力半徑，m:渠底比降。謝才系數(shù)常用曼寧公式計(jì)算沖（式3-2）式中：吃一一渠道糙率系數(shù)。Q二月匕倔二山丄應(yīng)屮心月（式3-3）式中：渠道設(shè)計(jì)流量，m/s ；三渠道過水?dāng)嗝婷娣e，mt（二）梯形、矩形渠道的水力計(jì)算1一般斷面水力計(jì)算梯形、矩形渠道的水力計(jì)算主要是試算確定過水?dāng)嗝娴乃顝S和底寬二的

25、數(shù)值。試算步驟如下：（1）假設(shè)值。為施工方便，底寬 臼應(yīng)取整數(shù)。因此，一般先假設(shè)一個(gè)整數(shù)的 二的 值，再選擇適當(dāng)?shù)膶捝畋?門，用公式；一計(jì)算相應(yīng)的水深值。（2）計(jì)算渠道的過水?dāng)嗝娴乃σ亍?根據(jù)假設(shè)的丁、值計(jì)算相應(yīng)的過水?dāng)嗝婷娣e 二、濕周芒、水力半徑和謝才系數(shù)。計(jì)算公式如下（式 3-4）（式 3-5）（式 3-6）=）是與假設(shè)的二、J值相應(yīng)的輸水A - 0 +滋町助-亂+戰(zhàn)）山3蓋=3 + 2/s）Ji+ / =盤+2 J1+ 腫 y?RAIx用式3-2計(jì)算謝才系數(shù)-。（3）計(jì)算渠道流量。（4）校核渠道流量。上面計(jì)算出來的渠道流量（能力，一般不等于渠道的設(shè)計(jì)流量（匸），通過試算，反復(fù)修改-:

26、，、值，直至渠道計(jì)算流量等于或接近渠道設(shè)計(jì)流量為止。要求誤差不超過5%,即設(shè)計(jì)渠道斷面應(yīng)滿足的校核條件是la -a0.05因此流量校核不符合要求，需要換值，重新計(jì)算。為此，又假設(shè)；一 1：；-等4個(gè)值按上述步驟重新計(jì)算，計(jì)算結(jié)果列入表3-7。表3-7渠道橫斷面尺寸計(jì)算；(m)Re(m2)(m)(m)(m1/2/s)(m3/s)1.56.196.750.9270.448.361.66.727.000.9670.949.341.656.997.130.9870.199.851.77.277.251.0071.4310.391.757.557.381.0271.6610.93按表3-7的計(jì)算結(jié)果繪制

27、的-關(guān)系曲線見圖3-7。從圖中查得2=1 m3/s，相(5)校核流量10+075x1.67）x167= L41m/s設(shè)計(jì)流速滿足校核條件2.0 1.41 u.5所以設(shè)計(jì)斷面尺寸是：和;三 ，即可畫出 過水?dāng)嗝?。水面寬度口可從圖上量得，也可用下式計(jì)算E 二 b + Q.mh = 3 -I-2 x 0.75 xl. 67 =5.51（口）第二方案：按水力最佳斷面設(shè)計(jì)(1) 計(jì)算渠道的設(shè)計(jì)水深。(2) )計(jì)算渠道的設(shè)計(jì)底寬切二陶仍二2“十0 7寧-0方卜2 0 = 2.0 (m)(3) 校核渠道流速。Q, _10A（2075x2）x21.43m/s設(shè)計(jì)流速滿足校核條件所以設(shè)計(jì)最佳斷面尺寸是:2.0

28、1.43 1.5b. - 2陽(yáng)必決=2w 。(4) 水面寬度二5 = . + 2mh = 2-l-2xO.75x2 = 5.0 (m)以上兩個(gè)方案的計(jì)算結(jié)果都滿足流速校核要求，還要考慮施工條件選擇其中之一，作為施工的依據(jù)。(三) U形、弧形底梯形斷面的設(shè)計(jì)U形、弧形底梯形斷面分別如圖3-8和圖3-9所示。圖3-8 U形斷面圖3-9弧形底梯形斷面1. U形、弧形底梯形水力最佳斷面的計(jì)算公式過水?dāng)嗝嫦禂?shù)濕周系數(shù)(0 = 2惻闢匚+ 2尿i2j式中:水深，m三-圓心角一半，（） 円一一上部直線段的邊坡系數(shù),“一一圓弧半徑，m; 上一一過水面積，m。由上式推導(dǎo)出最佳水力斷面的半徑與水深之比J ，即水面

29、線剛好通過圓心。此時(shí),弧形底梯形渠的弦長(zhǎng)與水深之比：，為弧形底的弦長(zhǎng)。2. U形、弧形底梯形實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面的有關(guān)系數(shù)（1）U形斷面二，值的選擇：當(dāng)渠頂以上挖深不超過1.5m，邊坡系數(shù) m不大于0.3 ,渠線經(jīng)過耕地時(shí),值可在表3-8的范圍內(nèi)選用。表3-8 U形渠的值也(口)0(0)0.1(5.7 )0.2(11.3 )0.3(16.7 )0.4(21.8 )0.65 0.720.62 0.680.56 0.630.49 0.560.39 0.47(2)弧形底梯形斷面：值的選擇：一般情況下，蠔值可按普通梯形斷面確定寬深比值。防滲范圍超的方法選擇。地形、地質(zhì)條件要求采用寬淺式斷面時(shí)，允許選取較大的

30、過最佳水力斷面的5%時(shí)的值，按表3-9選用。表3-9弧形底梯形斷面：值邊坡系數(shù)0.51.01.251.51.752.0水力最佳-_；、1.791.411.251.110.9920.894允許f3.223.253.443.503.753.763. U形、弧形底梯形斷面尺寸的計(jì)算可按表3-10公式計(jì)算和設(shè)計(jì)。名稱 符號(hào)已知條件計(jì)算公式表3-10U形、弧形底梯形斷面尺寸的計(jì)算公式水面寬 占 巴、尸、直線段水匸、廠r - rcosff2丿過水面積三rJ1 0-sin 22(90 J+ 地(2f cos 4+ff3igT)優(yōu)17F 1r濕周I 90 丿B r2- 2r 心、一辺+臨-Q 淤匚t呂Iyn水

31、力半徑二,-1注表中匚為弧度值。（四）弧形坡腳梯形渠斷面的設(shè)計(jì)在地形、地質(zhì)條件要求采用寬淺式斷面時(shí)，寬深比仍按表3-10選擇。坡腳弧形卍、 三、I值可通過圖解和計(jì)算確定。3.3渠道防滲工程的防凍措施3.3.1渠道防滲工程的凍害及原因（一）渠道防滲工程凍害類型由于負(fù)氣溫對(duì)渠道防滲襯砌工程的破壞作用而失去了防滲意義統(tǒng)稱為渠道防滲工程的 凍害。根據(jù)負(fù)氣溫造成各種破壞作用的性質(zhì)，凍害可分以下3種類型。（1）渠道防滲材料的凍融破壞渠道防滲材料具有一定的吸水性， 這些吸人到材料內(nèi)的水分在負(fù)溫下凍結(jié)成冰，體積發(fā)生膨脹。當(dāng)這種膨脹作用引起的應(yīng)力超過材料強(qiáng)度時(shí)， 就會(huì)產(chǎn)生裂縫并增大吸水性，使第二 個(gè)負(fù)氣溫周期中

32、結(jié)冰膨脹破壞的作用加劇。 如此經(jīng)過多次凍結(jié)一融化循環(huán)和應(yīng)力的作用， 使 材料破壞、剝蝕、凍酥，從而使結(jié)構(gòu)完全受到破壞而失去防滲作用。（2）渠道中水體結(jié)冰造成防滲工程破壞當(dāng)渠道在負(fù)氣溫期問通水時(shí)，渠道內(nèi)的水體發(fā)生凍結(jié)。在冰層封閉且逐漸加厚時(shí)，對(duì)兩 岸襯砌體產(chǎn)生冰壓力，造成襯砌體破壞或產(chǎn)生破壞性變形。（3）渠道基土凍融造成防滲工程破壞由于渠道滲漏、地下水和其他水源補(bǔ)給、渠道基土含水量較高，在冬季負(fù)氣溫作用下， 土壤中的水分發(fā)生凍結(jié)而造成土體膨脹，使混凝土襯砌開裂、隆起而折斷。在春季消融時(shí)又造成渠床表土層過濕、疏松而使基土失去強(qiáng)度和穩(wěn)定性，導(dǎo)致襯砌體的滑塌。（二）凍脹破壞形式1 .混凝土防滲混凝土屬

33、于剛性襯砌材料， 具有較高的抗壓強(qiáng)度， 但抗拉強(qiáng)度較低， 適應(yīng)拉伸變形和不 均勻變形的能力較差。在凍脹力和熱應(yīng)力的作用下容易破壞，其破壞形式如下。(1) 鼓脹及裂縫。凍脹裂縫多出現(xiàn)在尺寸較大的現(xiàn)澆混凝土板順?biāo)较?，縫位一般在渠坡坡腳以上1/43/4坡長(zhǎng)范圍內(nèi)和渠底中部。當(dāng)冬季渠道積水或行水時(shí)，一般出現(xiàn)在水面附近的渠坡上。當(dāng)混凝土板尺寸過大，不能適應(yīng)溫度收縮變形時(shí)，將由于溫度應(yīng)力造成 縱向或橫向裂縫。當(dāng)縫間止水材料不能適應(yīng)低溫變形時(shí)，將在分縫處發(fā)生開裂。此外，當(dāng)混凝土板與基土凍結(jié)在一起后，由于凍土出現(xiàn)凍脹裂縫，混凝土板亦可能被拉裂。冬季渠內(nèi)存水并結(jié)成較厚冰層的情況下，冰面附近渠坡含水量較高，水分

34、補(bǔ)給充分，凍脹量較大。但混凝土襯砌板的凍脹上抬受到冰層一側(cè)的限制，因而可能在冰緣彎出現(xiàn)裂縫或折斷。(2) 隆起架空。在地下水位較高的渠段，渠床基土距地下水近，凍脹量大，而渠頂凍脹量小，造成混凝土襯砌板大幅度隆起架空。這種現(xiàn)象一般出現(xiàn)在坡腳或水面以上0.51.5m坡長(zhǎng)處和渠底中部，有時(shí)也順坡向上形成數(shù)個(gè)臺(tái)階狀。(3) 凍融滑塌。有兩種形式。一是由于凍脹隆起架空，使坡腳支撐受到破壞，襯砌板墊層失去穩(wěn)定平衡，基土融化時(shí)，上部板塊順坡向下滑移、錯(cuò)位，互相穿插，如圖3- 11所示。二是渠坡基土融化期的大面砌板塌落下滑，導(dǎo)致坡腳混凝土板被推開，上部襯砌板滑落下滑，如圖3-12所示。/JrcX AplEj

35、1 占TPl6.也罷駄九瞿復(fù)如】尅4迪皚慳Bt-1 圖3-12流土引起渠道凍融滑坡破壞示意圖(4) 整體上抬。渠深1.0m左右的較小渠道，基土凍脹不均勻性較小，如小型混凝土U形槽和地下水埋藏較深、襯砌體下沒有墊層的渠道可能發(fā)生整體上抬，如圖3-13所示。此外，砌石防滲破壞形式與混凝土相似，往往還由于勾縫砂漿受凍融作用而開裂，如圖3-14所示。圖3-14混凝土襯砌板順坡向上推移2.膜料防滲鋪埋式襯砌凍害主要表現(xiàn)在膜料的保護(hù)層上土料保護(hù)層常因逐年凍融剝蝕變薄，渠道由規(guī)則的梯形變成寬 U形，甚至膜料外露而遭到破壞，如圖3-15所示。剛性保護(hù)層效果較好。但在強(qiáng)凍脹土區(qū)，也可能出現(xiàn)類似剛性材料的凍脹形式

36、。外露式膜料襯砌，易受機(jī)械作業(yè)破壞或老化。在凍脹性土區(qū)，由于渠坡的反復(fù)凍融，融土蠕動(dòng)下滑，使薄膜鼓脹，無法復(fù)位，如圖3 - 16所示。味羅剝ML恒申用真土糧護(hù)商圖3-15保護(hù)層剝蝕后膜料外漏圖3-16外露式膜料襯砌破壞3瀝青混凝土防滲瀝青混凝土在低溫下仍具有一定的柔性，能適應(yīng)一定的變形，但基土凍脹量大時(shí)仍可能破壞。且瀝青混凝土的溫度收縮系數(shù)大，在低溫下易產(chǎn)生收縮裂縫， 若不加處理，就給渠水入滲造成通路。此外，瀝青混凝土在自然條件作用下，存在自然老化問題，從而降低了適應(yīng)凍脹的能力。332防凍害措施根據(jù)凍害成因分析， 防滲工程是否產(chǎn)生凍脹破壞、 其破壞程度如何，取決于土凍結(jié)時(shí)水 分遷移和凍脹作用，而這些作用又和當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)、土的含水量、負(fù)溫度及工程結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。因而，防治襯砌工程的凍害，要針對(duì)產(chǎn)生凍脹的因素，根據(jù)工程具體條件從渠系規(guī) 劃布置、渠床處理、排水、保溫，以及襯砌的結(jié)構(gòu)形式、材料、施工質(zhì)量、管理維修等方面 著手，全面考慮。（一）回避凍脹法回避凍脹是在渠道襯砌工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，注意避開出現(xiàn)較大凍脹量的自然條件，或者在凍脹性土存在地區(qū)，注意避開凍脹對(duì)渠道襯砌工程的作用。1.避開較大凍脹存在的自然條件。規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能避開黏土、粉質(zhì)土壤、松軟 土層、淤泥土地帶、有沼澤和高地下水位的地段，選擇透水性較強(qiáng)不易產(chǎn)生凍