摘要：论述了渠道衬砌与防渗的涵义和作用,阐述了我国渠道衬砌与防渗技术的发展现状、存在问题以及在衬砌与防渗新材科、新型衬砌与防渗结构形式、防冻胀技术、机械化施工技术等方面的发展趋势,认为我国渠道衬砌与防渗技术与发达国家相比在许多方面还存在一定差距,特别是在工程施工质量和施工机械化水平方面差距较大,指出目前我国渠道衬砌与防渗技术由单一材料向复合材料、单一结构向复合结构、以人工施工为主向半机械化及机械化施工方向发展,并开始重视渠道衬砌与防渗对生态环境的影响。

关键词:渠道衬砌;防渗;发展现状;发展趋势

渠道衬砌与防渗是我国应用最普遍的节水灌溉工程技术措施之一。据统计,我国80 %以上的灌溉面积依靠渠道输水灌溉,有效灌溉面积接近0. 47 亿hm2 ,而达到《节水灌溉工程技术规范》规定的较低标准的渠道防渗衬砌面积为966. 67 万hm2 ,仅占渠道输水灌溉面积的面积的20. 7 % ,渠系水利用系数平均不到0. 5 ,输水渠道渗漏严重,灌溉水利用率普遍偏低。随着经济社会的快速发展,各行各业用水要求的不断增加,水资源供需矛盾日益突出,可用于灌溉的水量呈现减少趋势,采取渠道衬砌与防渗措施是解决水资源供需矛盾的重要措施。

1 　渠道衬砌与防渗的涵义和作用

关于渠道防渗的涵义《, 渠道防渗工程技术规范》( sl18-2004) 和《农村水利技术术语》( sl 56-2005) 中的定义是减少渠道输水渗漏损失的技术措施[1 ,2 ] ;中国水利百科全书《灌溉与排水分册》中的定义是减少渠道输水渗漏损失,提高渠系水利用系数的工程技术措施[3 ] 。并指出渠道防渗的措施包括改变渠床土壤透水性的措施、防渗护面措施和化学材料防渗措施等,渠道防渗护面的材料有刚性材料、膜料以及复合材料等,其中刚性材料包括混凝土、沥青混凝土、砖、石等,膜料包括塑料薄膜、合成橡胶膜、沥青膜等,复合材料包括灰土、水泥土、止水剂土、复合土工膜等。这种分类方法存在许多问题,如化学材料防渗应属于改变渠床土壤透水性措施,沥青混凝土不属刚性材料,复合土工膜属于膜料,水泥土属刚性材料等。关于渠道衬砌,目前尚无明确的定义,一般认为是渠道防渗措施的一种,二者没有严格区分。因此,形成两种错误的观点:一是认为只有只有水资源紧缺情况下,为了减少渠道渗漏损失,提高渠系水利用系数,才有必要进行渠道衬砌;二是认为渠道衬砌和渠道防渗没有区别,造成两个概念混淆,许多专著、文章等表述混乱,如混凝土防渗、混凝土衬砌、混凝土衬砌防渗、混凝土防渗衬砌等。产生上述问题的主要原因是渠道衬砌与防渗的涵义没有区分清楚,笔者认为对于渠道工程而言,渠道防渗指减少渠道输水渗漏损失的工程技术措施,渠道衬砌指在渠道表面浇筑或砌筑刚性材料护面层的工程技术措施。渠道衬砌和渠道防渗既有联系又有区别,渠道衬砌可以减少渠道渗漏损失,本身具有防渗的作用,但不是只有防渗才能采取衬砌措施,如渠道纵坡比降比较大为了减小冲刷危害、水源含泥沙较多为了提高渠道水流挟沙能力、渠道内杂草丛生为了美化环境等情况下也需要采取衬砌措施;相反,也不是只有衬砌才能防渗,如采用膜料或渗透系数较小的土料等也可以起到防渗作用。在节水灌溉工程技术中,为了表达明确、一致,建议统称为渠道衬砌与防渗技术,采用刚性材料时称衬砌,如混凝土衬砌、砌石衬砌等;采用其他材料时称为防渗,如膜料防渗、沥青混凝土防渗、土料防渗等。但应注意的是采用刚性材料衬砌时,要区分防渗(主要为了减少渠道渗漏) 和砌护(主要为了减小冲刷、提高流速、美化环境等) 不同要求时其技术措施的区别。

渠道衬砌与防渗的主要作用是减少渠道渗漏损失,提高渠系水利用系数;防止渠道冲刷、淤积及坍塌,保证输水安全;有利于控制地下水位,防止土壤盐碱化及沼泽化;节约工程投资,减少渠道占地面积,降低运行管理费用等。

2 　我国渠道衬砌与防渗技术发展现状

我国渠道衬砌与防渗常用混凝土、石料、膜料、沥青混凝土、土料和水泥土等材料作为防渗层,以达到防渗的目的。随着国民经济的发展,防渗技术不断提高,防渗新材料的应用,使我国渠道衬砌与防渗技术得到较快的发展,近年来将高分子材料应用在渠道防渗方面,尤其是高分子复合材料和复合结构研究方面取得了大量成果,成为今后研究和推广的方向。采用膜料做防渗材料,一般可减少渗漏量的90 %以上,且塑膜埋入地下后避免了紫外线和光的照射,大大延缓了老化速度,延长了使用寿命,一般使用可达20～30 年左右。目前得到普遍推广应用的高分子聚合物防渗材料———复合土工膜,即将pvc 压延涂敷于无纺布上,制成复合防渗膜料,有一布一膜、二布一膜等。渠道衬砌与防渗断面形式方面,我国采用的有u 形、弧形渠底梯形和弧形坡脚梯形等新形式,这些断面形式具有防渗效果好,水流条件佳,占地少,适应冻胀变形的能力强,投资较小,寿命长等优点。u 形适宜于小型渠道,弧形渠底梯形适宜于中型渠道,弧形坡脚梯形适宜于地下水位埋深浅的大、中型渠道。

在防治冻害技术方面,我国经多年研究实践,采用“允许一定冻胀位移量”的设计标准,提出了“适应削减冻胀”的防冻害原则和技术措施,大大降低了工程造价。在施工方面,已研制开发了小型u 形渠槽开挖机和浇筑机,大、中型u 形渠道防渗工程施工采用喷射法混凝土施工或预制与现浇相结合的方法,但一般仍以人工施工为主,施工机械化程度较低。

3 　我国渠道衬砌与防渗技术发展中存在的问题

我国在渠道衬砌与防渗工程技术方面已做了大量的工作,取得了显著的成果,但目前已经防渗衬砌的渠道所占比例很小,与发达国家相比还存在一定差距,特别在工程质量和施工机械化水平方面差距较大。主要表现为以下几个方面。

3. 1 　防渗衬砌标准低,已经防渗衬砌的渠道损坏严重

国外发达国家渠道防渗衬砌标准较高,工程质量好。如日本针对冻胀破坏,近年来采用“抵抗”冻胀的原则,将混凝土改为钢筋混凝土,或架空渠槽、置换垫层等,效果很好。我国渠道防渗衬砌与国外发达国家相比标准较低,在渠道防冻胀技术措施方面,采用“适应、削减冻胀”的防冻害原则,虽然降低了工程造价,但工程老化损坏严重。据调查,黄河上中游大型灌区干支渠道及建筑物老化损坏率为30 %～40 % ,其中,冻胀破坏占30 %～50 % ,严重影响了灌溉工程效益的发挥。

3. 2 　防渗衬砌新材料新技术的研究及应用方面还做得很不够

近年来,国外发达国家在渠道防渗新材料新技术的研究及应用方面取得了显著的成果,美国、德国研制了土工合成材料黏土垫gcl ( geosynthetic clay liner) 、聚氨基甲酸酯/ 土工织物复合材料等防渗新材料,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,均取得较好的防渗漏效果。

我国过去多采用灰土、三合土夯实、砌石和混凝土衬砌防渗,近年来采用和推广了塑料薄膜、复合土工膜等新型防渗材料和新型复合材料防渗结构形式,取得了较好的防渗效果;研制开发了类似gcl 的膨润土防渗毯,并开始在渠道防渗工程中进行了应用,但与发达国家相比还存在一定的差距。

3. 3 　施工机械化程度低,与国外发达国家相比差距较大

国外发达国家在渠道衬砌与防渗工程施工技术方面,机械化程度较高,如美国混凝土衬砌渠道全部采用机械施工,膜料防渗从渠槽开挖、膜料铺设以及防护层施工,也全部实现机械化;日本多采用工厂化预制混凝土构件和现场浇筑相结合,也都采用机械施工,施工质量好,进度快。我国小型u 形混凝土衬砌渠道已逐渐向半机械化和机械化施工方面发展,但大中型渠道衬砌目前仍以人工施工为主,与国外差距较大,施工进度慢,质量较难保证。

4 　我国渠道衬砌与防渗技术的发展趋势

随着科学技术的不断发展和我国国民经济能力的提高,对渠道衬砌与防渗技术提出了更高的要求。目前,我国渠道衬砌与防渗技术由单