农田水利工程中防渗渠道施工技术研究

摘 要：围绕农田水利工程中防渗渠道施工技术展开研究，分析了渠道渗漏的原因，探讨了土料防渗、渠道断面防渗、混凝土防渗、混浆砌石防渗等常见渠道防渗工艺，深入阐述了这些技术的特点。通过对防渗渠道施工技术的综合分析，提出了在农田水利工程建设中选择合适的防渗渠道施工技术的建议，以期为我国农业发展提供技术支持。

关键词：防渗渠道；土料防渗；渠道断面设计

中图分类号：S277 文献标志码：B 文章编号：1674-7909（2024）3-146-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.03.035

0 引言

随着我国农田水利工程的不断发展，渠道渗漏问题成为影响农业灌溉效果和水资源利用效率的主要因素。农业灌溉对水资源的需求极为显著。渠道渗漏既影响农业灌溉，也是对水资源的浪费。因此，研究农田水利工程中防渗渠道施工技术对我国农业发展具有重要意义。

1 农田水利工程发生渠道渗漏的原因

1.1 施工不当

农田水利工程中的渠道渗漏是一种常见问题，施工不当是导致渠道渗漏的重要原因。如果选用的土料、混凝土、混浆砌石等防渗材料质量不达标，或未能按工程要求合理搭配，就容易在施工完成后出现渗漏问题。土料含水量、混凝土浇筑均匀度、混浆砌石搅拌时间等都是关键因素，若对此忽视，可能会引发渠道渗漏。施工工艺的不当操作也是造成渠道渗漏的重要原因。例如，在混凝土浇筑时未能一次性完成，留下拼接缝，就容易形成渗漏通道。在混浆砌石过程中，如果未按规范处理砂浆渗水或离析情况，或在砌石过程中未能及时处理缝隙，都会增加渠道渗漏风险。施工人员的不规范操作可能导致防渗结构的疏漏，使其无法有效抵御地下水侵蚀。施工现场环境管理不善也会对渠道的防渗漏性能产生直接影响。例如，施工现场未能及时清理杂物，导致土料中存在草根、树皮等杂质，会在后期造成防渗结构破损或失效。同时，施工现场的湿度、温度控制不当也可能影响混凝土凝固时间，使其无法达到预期的抗渗性能。施工管理与监督环节的不到位也是施工不当的表现。缺乏有效的施工计划、工艺流程控制和施工人员培训，可能导致施工现场混乱、操作失误，从而增加渠道渗漏的风险。如果施工过程中未能及时发现和纠正问题，渠道的防渗性能将难以得到有效保障。突发的天气变化、自然灾害等外界环境因素，也可能导致施工不当。恶劣的天气条件可能使混凝土的浇筑过程受到干扰，影响其凝固质量。同时，地震、泥石流等自然灾害也可能对渠道结构造成破坏，进而引发渗漏问题。

1.2 土壤影响

土壤的特性和质地对农田水利工程中渠道的防渗性能有重要影响，土壤的化学成分、颗粒分布、含水量等因素，都可能影响渠道结构的稳定性和抗渗能力。土壤酸碱性是农田水利工程建设中影响渠道防渗性能的重要因素。土壤中的酸性物质或碱性物质对渠道有一定的腐蚀作用，特别是酸性土壤，会导致混凝土表面破损和渗漏通道形成，从而降低渠道的抗渗性能。土壤颗粒的大小和分布状况也会影响渠道表面的稳定性。土壤颗粒分布不均匀、含较大颗粒或存在过多的细颗粒，会导致渠道表面不平整，增加渠道渗漏风险。此外，颗粒分布不均匀会使土壤容易受到外界环境温度变化的影响，进而引发土壤冻胀等问题，增加渠道渗漏的可能性。土壤含水量是农田水利工程中影响渠道防渗性能的关键因素。在一些地区，由于气候或地形的影响，土壤中水分较多［1］。若土壤中水分过多，在温度发生剧烈变化时，土壤可能会发生冻胀现象，对混凝土结构产生冲击，可能会造成渠道渗漏。土壤的排水性能直接关系到农田水利工程中渠道的抗渗性。在一些排水性能较差的土地上，雨水或灌溉水可能在渠道附近滞留，导致土壤过湿。这种情况不仅会增加渠道渗漏的风险，还会引发土壤的流失和侵蚀，影响整个水利工程的稳定性。土壤中的有机质和杂质也是影响渠道防渗性能的因素，过多的有机质和杂质可能导致土壤松散性增加，使得渠道结构易发生变形和渗漏。

1.3 不重视维护

在农田水利工程中，渠道的稳定性直接关系到农业灌溉的效果和水资源的有效利用。然而，渠道维护工作却往往被忽视，导致渠道渗漏问题逐渐加剧。施工单位在完成渠道建设后，往往对工程的后续维护工作缺乏足够重视。渠道经过一段时间的使用，可能会出现裂缝、渗漏等问题，但施工单位没有建立健全的维护机制，忽视及时发现和解决问题的重要性，使渠道表面的缝隙逐渐扩大，最终导致渗漏问题加剧。由于施工单位对维护工作的投入不足，导致渠道在使用过程中可能存在的质量问题未能及时得到有效处理，渠道可能因地势变化、材料老化等原因出现问题，但如果没有专业的维护人员进行检查和修复，这些问题将逐渐积累，进而加快渠道的渗漏速度。由于对渠道疏于管理，一些可能影响渠道稳定性的因素，如植被生长、渠底泥沙淤积等，未能得到及时处理，可能使渠道的截面形状发生变化，增加水流对渠道结构的冲击，加剧渠道渗漏问题。

2 防渗渠道施工常见技术

2.1 土料防渗技术

土料防渗技术是一种广泛应用于农田水利工程的防渗手段，其主要特点在于使用当地土壤材料，通过就地取材的方式降低了运输成本，提高了工程的经济性。然而，在土料防渗技术的应用中，仍须充分考虑土壤特性、施工工艺和后期维护，以确保防渗效果和工程的可持续性。土料防渗技术的核心在于选择适宜的土壤材料，确保渠道的抗渗性和稳定性。以叶尔羌河平原为例，其土壤类型复杂，以中壤和砂壤为主（土壤调查分析显示，该地区土壤具有熟化程度高、土层深厚、保水保肥能力强等特点），适宜用于土料防渗，其pH值、水溶性总盐、有机质含量等土壤理化指标也符合土料防渗的要求。施工前进行表面清洁，有助于提高土料渠道的附着性和稳定性。进行表面清洁时，先使用机械设备清理表面，去除大块障碍物和残留物；再进行人工清理，清除表层的草根、树皮等有机杂质；最后对土壤表层进行平整，确保施工的基础面平坦牢固。同时，土料的处理对渠道的抗渗性和稳定性也非常重要。在处理土料时，需要将表层土料进行机械粉碎，然后通过筛网进行过筛，去除较大颗粒，清理土料中的树皮、根系等有机杂质，防止对后期工程产生不利影响。土料的含水量对渠道的施工过程和后期性能也有直接的影响。根据具体工程需求，土料的含水率通常在10%～20%。在湿拌时，搅拌时间一般不宜少于15 min，以确保土料充分吸水。在土料防渗技术中，分层铺设是一个至关重要的环节。首先，需将精心调配的土料均匀地铺设在已经清理干净的渠道基底之上。接着，利用辊压或振动装置对铺设的土料进行压实处理，以确保各层土料之间紧密结合，形成稳固的整体结构。在采用分层铺设的方式时，每一层土料的铺设都需等待上一层土料完全固化后进行，以此保证每层土料都能发挥最大的防渗效果，从而确保整个渠道的稳定性和安全性。施工完成后，需要进行适当的防护与保养，以确保其长期稳定运行。湿法养护，即进行人工洒水或利用水泵配水车抽水养护，是常见的保养手段。湿法养护有助于防止土料渠道表面裂缝、破损等问题的发生，以确保工程质量。土料防渗技术的优势在于经济性较高、易操作，适用于气候温和、水流速度较低的地区。然而，由于土料防渗层对水流速度的限制，以及在寒冷地区需要增设保护层的限制，其应用范围受到一定的局限。

2.2 断面设计防渗技术

合理的渠道断面设计是提高农田水利工程防渗性能的关键。在进行断面设计时，需要考虑地形地势、土质特性、水流速度等因素，以达到最佳的防渗效果。在渠道断面设计初期，应进行地形地势和土质调查，通过精确的测量和调查，获取地表高程、地形起伏等信息，详细了解土壤类型、质地、含水率等特性，为后续设计提供基础数据。例如，通过采集土壤样本并进行实验室测试，获取土壤的透水性、抗渗性等参数。合理的水深与河宽比例对渠道的防渗效果非常重要。设计人员应根据施工地土质和地形，通过公式计算得出水深与河宽的最佳比例。在断面设计中，设计人员应根据当地机电排灌标准等规范，对设计参数进行校对，确保其符合实际应用需求。标准化的断面设计有助于提高施工效率和工程的整体质量。渠道的坡度和水流速度是断面设计中的关键因素。合理选择坡度，使其与水流速度相匹配，可减小水流对渠道的冲刷。一般情况下，坡度的控制范围一般在1‰～5‰，流速控制在0.5～1.0 m/s。为防止温度变化引起的渠道开裂，应合理设置伸缩缝的位置和间距。

2.3 混凝土防渗技术

混凝土防渗技术是农田水利工程中常用的高效防渗手段。混凝土以其优越的物理性能和耐久性成为农田水利工程防渗的重要选择。混凝土在农田水利工程中的应用广泛，其主要优势在于具备良好的防冲击性、高经济性和较长的使用年限，特别是梯形混凝土防渗渠道，为工程提供了标准化和可靠的方案。在实际施工中，支架、模板、素混凝土等材料的质量直接关系到工程的稳定性和使用寿命。通常采用组合式普通钢模板和木模板。这些模板需要具备足够的强度、刚度和稳定性，以确保混凝土浇筑后表面光滑平整，且模板的拼接处紧密无缝。模板的安装必须按照设计图纸测量放样；非承重侧面模板在达到50%强度后方可拆卸，承重模板一侧则须强度在70%以上方可拆卸，对于梁、板、柱等工程结构，拆模前的强度要达到100%。混浆振捣是确保混凝土密实性的重要步骤。一般采用平板振捣器，振动时间通常在20～30 s。在混凝土浇筑的不同阶段，须分层进行混浆振捣。混凝土搅拌可以使用0.4 m3自落式拌和机，拌和时间应根据坍落度确定，一般不宜少于1.5 min。为确保混凝土质量，浇筑时间不宜超过45 min。混凝土温度的控制是保障混凝土强度和性能的关键。一般要求混凝土温度控制在15 ℃左右，在外界气温超过30 ℃时，须采取措施控制出仓温度。混凝土运输若采用机动小翻斗车，则要确保车厢严密，将砂浆损失控制在1%以内。混凝土浇筑完成后，宜采用湿法养护方式，即人工洒水或水泵配水车抽水养护。为确保混凝土的耐久性，养护时间通常不少于两周。

2.4 混浆砌石防渗技术

混浆砌石防渗技术是一种在农田水利工程中广泛应用的防渗技术，利用机械设备搅拌砂浆，用其建设具有优异防渗性能的砌石结构。该技术的独特之处在于其高效的施工速度和相对较短的使用时间窗口。然而，混浆砌石防渗技术在应用中也面临一系列挑战，如对搅拌时间的把握、砂浆凝固导致无法使用等问题。在选择砂石材料时，必须根据实际地质情况进行合理选材。具有良好防渗性能的混浆砌石结构需要高质量的原材料。以阿尔斯兰巴格乡烽火台砂石料场为例，该料场的砂砾石储量丰富，粒径分布适中，可为农田水利工程提供可靠的砂石资源。混浆砌石技术的操作时长一般在3～5 h，搅拌混浆的时间通常在3～5 min［2］。这就要求施工人员必须在砂浆搅拌完成后迅速投入施工，以确保混浆砌石结构的稳固性。砂浆一旦凝固，就无法继续使用，因此对搅拌设备和操作的高效性要求极高。在实际砌筑过程中，对基底混浆的处理至关重要。每一层石块砌筑前，都需要进行二次搅拌处理，以保证基底混浆的均匀性。选择平面石料作为角石，有助于确保基底平整；在底层填充中使用具有较大面积的石料，可以保证其均匀地接触地基［3］。为防止渠道表面出现缝隙，施工人员须手工使用小石子填满缝隙；在石块砌筑到3层以上时，应避免石块之间的直接接触。为确保石块砌筑的良好效果，需要在达到设计要求的砌筑厚度后，确保总体灰缝铺设完整。施工过程中的分层施工和一次性找平，以及灰缝厚度和错峰距离的控制，都直接关系到混浆砌石防渗结构的质量和性能。在长期使用中，为了应对地质环境的变化，还需要定期对混浆砌石结构进行维护，包括对渠道表面的检查与修复，以及对可能出现的裂缝、破损等问题的处理。科学合理的维护可以延长混浆砌石结构的使用寿命，保障农田水利工程的长期稳定运行。混浆砌石防渗技术的广泛应用，为农田水利工程提供了一种经济高效的防渗选择。

3 农田水利工程中防渗渠道施工流程

农田水利工程中常见的渠道类型包括矩形断面渠道和梯形断面渠道，防渗渠道工艺的主要优势在于不增加开挖量，同时提高了砌体和防渗稳定性。防渗渠道施工流程的设计须根据当地环境情况，对工程量、施工周期、环境保护措施等进行详细设计。

3.1 断面设计

在农田水利工程中，防渗渠道施工的第一步是进行断面设计。断面设计的关键在于确定渠道的水深、底宽、上宽等参数，确保渠道能够有效传输水流，同时满足防渗要求。设计过程中，工作人员通过相关公式计算得出渠道的水深，并应考虑土壤的渗透性和工程的具体需求。水深的合理设计是防渗渠道工程成功的基础，需要考虑渠水流量、土质情况和周边环境等因素，根据计算得到的水深，再结合实地测量等手段，确定渠道的底宽和上宽，从而保证渠道的稳定性和通水性。在断面设计中，宽深比是一个关键参数，直接影响渠道的稳定性和渠底流速。合理的宽深比设计，可减小水流对渠道底部的冲刷，降低水流速度，从而达到防渗效果。同时，断面设计还需要符合土壤力学和水流力学的基本原理。

3.2 渠道放样

在进行渠道放样时，须紧密结合勘测数据和设计要求，以确保渠道几何形状和尺寸与设计方案一致。根据设计图纸和相关测量数据，在实地勘测的基础上确定渠道的起点和终点，标明关键控制点。控制点的准确测量是确保渠道形状规整的关键，可利用全站仪提高放样精度。确定了关键控制点后，进行逐点的放样操作，包括标杆设置和高程测量，以确保施工过程中的高程控制准确无误。放样还须根据设计要求进行坡度和曲线的标定，确保渠道在水流作用下既能保持稳定，又能达到防渗效果。在现代工程中，渠道放样通常使用计算机辅助设计技术，通过数字化手段精准地完成放样工作。