渠道衬砌及渠线_渠道衬砌安装

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下面是几种渠道设计中的防渗设计，涉及衬砌厚度：

1．土料防渗

土料防渗包括土料夯实、灰土护面、三合土护面等。

(1)土料夯实 土料夯实防渗措施是用人工夯实或机械碾压方法增加土壤的密度，在渠床表面建立透水性很小的防渗层。这种方法具有投资少、施工简便等优点，其防渗效果与夯实程度及影响深度有关，当夯实影响深度为30～40cm、土壤的干容重由原来的1.3～1.4t/m3增加到1.5t/m3以上时，渗漏损失可减少70%～90%。原状土夯实层易受干裂、冻融影响和流水冲刷剥蚀破坏，夯实深度不能太小，一般不宜小于30～40cm。渠道平均流速不宜大干0.5m/s。如将渠床表面土壤挖松，然后分层夯实扰动土，防渗效果和耐久性都可以提高，但耐冲性仍差。夯实前必须清除渠床杂草并严格控制土料的含水量，以便提高夯实程度和防渗效果。这种防渗措施可用于小型渠道。

(2)粘土护面 在渠床表面铺设一层粘土是减小强透水性土壤渗漏损失的有效措施之一，具有就地取材、施工方便、投资省、防渗效果好等优点。据试验，护面厚度5～10cm时，可减少渗漏水量70%～80%；护面厚度10～15cm时，可减少渗漏水量90%以上。粘土护面的主要缺点是抗冲能力低，渠道平均流速不能大于0.7m/s；护面土易生杂草；渠道断水时易干裂。为克服这些缺点，可在粘土中掺砂，以抗干裂；还可在粘土层上面加设保护层，如干砌片石等，以提高抗冲能力，防止干裂。

(3)灰土护面 灰土护面是采用石灰和粘土或黄土的拌和料夯实而成的防渗层。石灰与土的配合比常用1：3～1：9。根据陕西省水利科学研究所试验，厚度40cm的灰土护面可减少渗漏水量的99%。灰土护面的抗冲能力较强，但抗冻性差，多用于气候温和地区。

(4)三合土护面 用石灰、砂、粘土经均匀拌和后，夯实成渠道的防渗护面。石灰、砂、粘土的配合比常用1：1：3～1：1：6，厚度一般为10～20cm，性能和灰土相近，是中国南方各省常用的防渗措施。

2．砌石防渗

砌石防渗具有就地取材、施工简单、抗冲、抗磨、耐久等优点。石料有卵石、块石、条石、石板等，砌筑方法有干砌和浆砌两种。

(1)块石衬砌防渗 衬砌的石料要质地坚硬、没有裂纹。石料的规格一般以长40～50cm、宽30～40cm、厚度不小于8～10cm为宜。要求有一面比较平整。干砌勾缝的护面防渗效果较差，防渗要求较高时不宜采用。浆砌块石护面有护坡式和重力墙式两种，如图4-27所示。前者工程量小，投资少、应用较普遍；后者多用于容易滑坍的傍山渠段和石料比较丰富的地区，具有耐久、稳定和不易受冰冻影响等优点。

图4-27 浆砌块石渠道护面

(a)梯形断面；(b)渠坡为挡土墙式的断面

(2)卵石衬砌防渗 卵石衬砌也有浆砌和干砌两种。干砌卵石开始主要起防冲作用，使用一段时间后，卵石间的缝隙逐渐被泥砂充填，再经水中矿物盐类的硬化和凝聚作用，便形成了稳定的防渗层。卵石衬砌的施工应按先渠底、后渠坡的顺序铺砌卵石。这种防渗措施在新疆、甘肃、四川、青海等地已广为使用，积累了丰富的经验。浆砌卵石衬砌渠道的剖面如图4-28所示。

3．砖砌防渗

砖砌护面也是一种因地制宜、就地取材的防渗衬砌措施，其优点是造价低廉、取材方便、施工技术简单、防渗效果较好。衬砌层的厚度可采用一砖平砌或一砖立砌，砖的标号不低于100号。普通砖抗冻性较差，护面易受冰冻剥蚀破坏。为了提高抗冻性能和防渗效果，许多地区用特制砖进行衬砌，特制砖有陶砖和釉砖两种。

4．混凝土衬砌防渗

混凝土衬砌的优点是：

1)防渗效果好，一般能减少渗漏损失水量的85%～90%以上。

2)糙率系数小，可提高渠道的输水能力、减小渠道的断面尺寸。

3)不生杂草，减少淤积，便于养护管理。

4)经久耐用，一般可用40～50年。

混凝土衬砌广泛采用板形结构，其截面形式有矩形、楔形、肋形、槽形等。矩形板适用于无冻胀地区的渠道；楔形板和肋形板适用于有冻胀地区的渠道；槽形板用于小型渠道的预制安装。大型渠道多采用现场浇筑。现场整体浇筑的U形槽具有水力性能好、断面小、占地少、整体稳定性好等优点，适用于无冻胀或弱冻胀地区的中小型渠道。在强冻胀地区，U形槽在不均匀冻胀力作用下易整体上移和产生裂缝，不宜采用。

混凝土衬砌层的厚度与施工方法、气候、混凝土标号等因素有关。混凝土标号一般采用100～150号。现场浇筑的衬砌层比预制安装的厚度稍大。有冻胀破坏地区的衬砌层厚度比无冻胀破坏地区的衬砌层要厚一些。预制混凝土板的厚度一般为5～10cm，在无冻胀破坏地区可采用4～8cm。

预制混凝土板的大小以容易搬动、施工方便为宜，最小为50cm×50cm，最大为100cm×100cm。

混凝土衬砌层在施工时要预留伸缩缝，以适应温度变化、冻胀、基础不均匀沉陷等原因所引起的变形。纵向缝一般设在边坡与渠底连接处，当当渠底宽度超过6～8m时，可在渠底中部另加纵缝。渠道边坡上一般不设纵向伸缩缝。横向伸缩缝的间距可参考表4-18。伸缩缝宽度一般为1～4cm，缝中填料可采用沥青混合物、聚氯乙烯胶泥和沥青油毡板等。

混凝土衬砌层横向伸缩缝间距

衬砌层厚度(cm)2.5～3.5 5 ～7 >10

伸缩缝间距(m)3.5～4.0

8～9 4.0～5.0

5．沥青材料防渗

沥青材料护面具有防渗、耐久、抗碱、造价低、施工简便等优点，常用的沥青材料护面有以下三种：

(1)沥青混凝土 它是把沥青、碎石(或砾石)、砂经加热、拌和、压实而成的防渗材料，具有较好的稳定性、耐久性和良好的防渗效果。对中、小型渠道，护面厚度一般为4～6cm，大型渠道可以加厚到10～15cm，下面设反滤层，在反滤层上面涂一层沥青玛蹄脂或沥青乳剂，使护面与垫层得以良好的结合。地下水位较高时，应在渠底护面以下设纵向排水设施。由于沥青混凝土塑性较好，不必设伸缩缝。为了减少护面的吸热量，可以在护面上加设保护土层。

(2)埋藏式沥青薄膜 将渠床平整、压实、清除杂草后，洒水少许，再将200℃的热沥青用机械喷洒两遍以上，形成一层不透水的薄膜，厚度4～5mm。为了防止沥青老化和机械破坏，常铺设素土保护层，厚度对于小渠道约为10～30cm，对于大渠道约为30～50cm。

(3)沥青席 沥青席系指用玻璃丝布、石棉毡、油毡、苇席、麻布等材料涂以沥青层后制成的卷材。铺设时互相搭接，接缝用热沥青粘结。

1)沥青玻璃丝布是用三层沥青、两层玻璃丝布加金属网制成。一般采用埋藏式，用草泥护面，草泥层厚度为25～40cm。也有采用明铺式的。

2)沥青油毡通常都做成埋藏式的，保护层用草泥、素土、砂砾石等铺筑，厚度为30cm。油毡搭接长度一般为5～6cm，用热沥青粘结。

3)沥青砂浆席是用乳化沥青与砂的拌和料制成。有明铺式和暗藏式两种。还可与混凝土护面结合，铺设在混凝土块下面，可提高混凝土的防渗效果。

6．塑料薄膜防渗

在渠床上铺设塑料薄膜可以有效地防止渠道渗漏，这种防渗措施具有重量轻、运输方便、施工简单、造价低、耐腐蚀、防渗效果好等优点。据国外试验资料统计，塑料薄膜防渗有效期可达15～25年。一般都采用埋藏式，保护层可用素土夯实或加铺防冲材料，总厚度应不小于30cm。在寒冷地区，冻土深度较大，保护层厚度常取冻土深度的1/3～1/2。

铺设塑料薄膜之前，在挖方渠道的两侧肩部各做宽20～30cm的戗台，以铺压薄膜，在戗台外侧再挖一道深30cm的沟槽，将薄膜边缘埋入沟槽内，以防薄膜下滑。在填方渠道施工时，先填筑到薄膜铺设高度处，接着铺设薄膜，加设保护层，然后再继续向上铺筑渠堤。为防止杂草丛生，草根穿透薄膜，在基床表面需喷洒氯酸钠水溶液，其用量为2kg/m2。薄膜接缝用焊接、搭接及化学溶剂(如树脂等)胶结，在薄膜品种不同时只能用搭接，搭接长度为5cm左右。

除以上防渗措施外，还有在砂土或砂壤土中掺入水泥，铺筑成水泥土衬砌层的；也有在渠水中拌入细粒粘土，淤填砂质土渠床的土壤孔隙，减少渠床渗漏的人工挂淤防渗；还有在渠床土壤中掺入食盐、水玻璃以及含大量有机质的胶体溶液，减小土壤渗透能力的化学防渗方法等。

具有自由水面的人工水道。地面上的渠道多为开敞式明渠。埋设在地面下四周封闭的称为暗渠（见输水管道）。渠道按用途可分为：灌溉渠道、动力渠道（用于引水发电）、供水渠道、通航渠道和排水渠道（用于排除农田涝水、废水和城市污水）等。在实际工程中，常是一渠多用，如灌溉与通航、供水结合，灌溉与发电结合等。渠道设计的主要内容为：渠道选线，确定断面形式和尺寸，拟定渠道防渗措施等。

渠道

渠线 渠道线路可根据运用要求，结合地形、地质、施工等条件，初选几条线路，通过技术经济比较，择优选定。其一般原则和要求是：①尽量避开挖方或填方过大的地段，最好是挖方和填方基本平衡，或挖方略大于填方（见图）。②在平坦地段，线路应力求短直，以减少工程量和水头损失。当受地形等条件限制、必须转弯时，其转弯半径不宜小于渠道正常水面宽的 5倍。③避免通过滑坡、透水性强和土壤沉降量大的地段。④通过山脊，挖方过大时，可选用隧洞；遇山谷，可采用倒虹吸管或渡槽。⑤尽量避免与道路、河流或其他渠道交叉，以减少交叉渠系建筑物。此外，还需考虑施工时的交通运输、动力和水源供应以及施工场地、取土场和弃土场的布置等。

断面形式和尺寸 渠道横断面常用梯形，两侧边坡根据土质情况和开挖深度或填筑高度选定，土渠一般用1:1～1:2,石渠可用到1:0.1。渠道两侧堤埝顶的填筑高程应为渠内最高水位加超高。一般超高不小于0.25m。堤顶宽度根据交通要求和维修管理条件确定。渠底宽度取决于施工条件。人工开挖的，一般不小于0.5m；机械开挖的，不小于1.5～3.0m。断面尺寸,可根据给定的设计流量、纵坡、糙率和边坡系数等用明渠均匀流公式计算确定。用于发电的动力渠道的断面尺寸，要综合考虑水能损失及建筑费用，进行动能经济比较，其经济流速一般为1.5～2.0m/s。在实际工程中,受自然条件和运行条件的限制，渠道断面往往不能完全按照经济断面来设计。在地势较为平坦的地段，以采用挖填基本平衡的宽浅形断面较为有利；在深挖地段或寒冷地区，考虑到经济因素或结冰期的运行，宜采用窄深形的断面。加大渠道水流流速，可以缩小过水断面，节省工程量，但流速过大，将使渠道受冲,水头损失增加；相反,流速过小，不仅工程量加大,还将引起渠道淤积和水草丛生,影响过流能力。为此，需要选定适宜的不冲和不淤流速。不冲流速与土质特性和水深有关，粘性土渠道的不冲流速一般不超过1.0～1.5m/s，人工护面渠道的不冲流速,依护面材料而定；不淤流速与水中悬浮泥沙的颗粒直径和水深有关。为防止渠道内生长水草，要求水流流速不小于0.5～0.6m/s。寒冷地区的渠道，在冬季运行时,为防止冰凌堵塞水电站或水泵站进口拦污栅，可先将渠道的水流流速控制在0.5m/s左右，待渠水表层结成冰盖后，再加大流速正常运行。

长渠道通过非密实的粘土层、无粘性土层或裂隙发育的岩石层的渗漏损失，有时可达引水量的50～60％。渗漏不仅损失水量，影响工程效益，而且还将引起地下水位升高，使土地盐碱化、沼泽化，对填方渠道甚至出现塌滑破坏。为此，需要在渠床表面加做护面等渠道防渗措施。

不冲流速：当渠道表面土粒开始发生普遍性运动时的断面平均流速。为避免渠道发生冲刷，把此值作为渠中最大流速的限值。不冲流速与渠床土质、材料、水中含沙量及组成、流量、过水断面尺寸以及水力要素等因素有关。这是渠道设计中必须满足的条件之一。

不淤流速：为避免渠道中的悬移泥沙开始停留在渠床上时的最小断面平均流速的限值。此值与渠道中水流的含沙量、沙粒径、流量、渠道水力要素等因素有关。这也是渠道设计中必须满足的条件之一。