第二节 防渗措施

我国幅员辽阔，各地气候、土质、材料、水质等条件不尽相同，多年来各地试验研究和推广应用了许多渠道防渗措施，取得了显著的节水效果。在选择防渗措施时，要结合当地材料和已有经验选择。特别是南北方之间气候差异大，防渗措施往往不同，或是相同的措施，具体构造也不同。对于大型渠道，则应对其可能采用的几种防渗措施，通过小范围试验进行比选，必要时可进行经济比较，以供选择时参考。

一、砌砖石防渗

砌砖石防渗按结构形式分有护面式、挡土墙式两种；按材料和砌筑方法可分为浆砌料石、浆砌块石、浆砌石板、浆砌卵石和干砌卵石挂淤等多种形式。是一种用料石、块石、卵石、石板等进行浆砌，或用卵石进行干砌挂淤等作为渠道护面或渠道挡土墙而进行的防渗措施。国内常见的石料衬砌渠道的断面形式有：梯形断面、矩形断面和U形断面，以及箱形断面和城门洞形断面的暗渠等。在设计时，可结合防渗要求、料源情况、投资以及施工技术条件等确定采用哪种形式。

砖石料衬砌渠道抗冻、护冲、抗磨及抗腐蚀性能好，施工简易，耐久性强，对固定渠床，减少糙率有显著作用；但是，施工不易采用机械化施工，从而防渗能力较难保证。砌石防渗适用于石料资源丰富，能就地取材的地区，多用于有抗冻和抗冲要求的渠道。砌砖石防渗一般可减少渠道渗漏量70%～80%。浆砌石防渗效果为0.09～0.25m3/（m2·d），干砌卵石挂淤的防渗效果为0.20～0.40m3/（m2·d）。但是，一般砌石防渗的效果不如混凝土、塑料薄膜、油毡等的防渗效果。因为砌石防渗缝隙较多，砌筑、勾缝不易保证质量。

依据《渠道防渗工程技术规范》（GB/T 50600）的要求，对于浆砌料石、浆砌块石挡土墙式防渗层的厚度应根据实际需要确定。对于护面式防渗层厚度，浆砌料石采用15～25cm；浆砌块石采用20～30cm；浆砌石板不宜小于3cm。浆砌卵石护面或干砌卵石护面的防渗层厚度，应根据使用要求和当地料源情况确定，可采用15～30cm。

为了提高砌石护面的防渗效果以及防止渠床基土被淘刷，对于干砌卵石挂淤渠道，可在砌石体下面设置砂砾石垫层，或铺设土工织物；对于浆砌石板渠道，可在石板防渗层下铺设厚度为2～3cm的砂料，或低标号砂浆作垫层；对于防渗要求高的大、中型渠道，可在砌石防渗层下铺设复合土工膜料层。

关于施工缝的设置：护面式浆砌石防渗结构，可不设伸缩缝；软基上挡土墙式浆砌石防渗结构，应设置沉陷缝，缝距可采用10～15m。砌石防渗层与建筑物连接处，应按伸缩缝结构要求处理。

石料防渗层的砌筑方法对渠道的坚固性和防渗性能有很大的影响。干砌石防渗在竣工后，和未被水中泥沙淤填之前，如果砌筑质量不好，在水流作用下，不仅防渗能力差，而且会因局部石料的松动而引起整体砌石层发生崩塌，甚至溃散的现象。因此在进行石料砌筑时应严格遵守砌石施工规程，保证施工质量。

二、混凝土防渗

混凝土防渗就是用混凝土衬砌渠道，减少或防止渗漏损失。这是目前广泛采用的一种渠道防渗技术措施。混凝土衬砌渠道防渗效果好，一般能减少渗漏损失90%～95%以上；耐久性好，正常可以运行50年以上；渠道糙率小，允许流速大，在地形坡度较陡的地区可节省连接建筑物，缩小渠道断面，减少土方工程量和占地面积；强度高，便于管理；适应性广泛。

大、中型渠道防渗工程混凝土的配合比，应按现行行业标准《水工混凝土实验规程》（DL/T 5150）的有关规定进行实验确定，其选用配合比应满足强度、抗渗、抗冻及和易性的设计要求。小型渠道混凝土的配合比可按当地类似工程的经验采用。混凝土衬砌渠道要求混凝土的各性能指标不应低于表2-1中的数值。严寒和寒冷地区的冬季过水渠道，抗冻等级应比表中所列数值提高一级。渠道流速大于3m/s，或水流中挟带推移质泥沙时，混凝土的抗压强度不应低于15MPa。

混凝土衬砌防渗层的结构形式，一般采用等厚板。当渠基有较大变形时，除采取必要的地基处理措施外；对大中型渠道主要采用楔形板、肋梁板、中部加厚板和Π形板结构形式；小型渠道宜采用整体式U形或矩形渠槽；特种土基宜采用板膜复合式结构。各种形式如图2-1所示。

图2-1 混凝土防渗层结构形式

（a）楔形板；（b）平肋梁板；（c）弧形肋梁板；（d）中部加厚板；（e）Π形板

楔形板、平肋梁板、中部加厚板和Π形板，均是为防冻破坏而改进的混凝土防渗结构形式，楔形板是在等厚板的基础上，为了使其承载能力更加合理而改进的结构形式。楔形板为一下厚上薄的不等厚板，在坡脚处的厚度，比中部应增加2～4cm。肋梁板和Π形板的厚度，比等厚板的厚度可适当减小，但不应小于4cm。Π形板是利用板下的密闭空间起保温作用，可以减轻冻胀；同时使板与土基脱离接触，又可消弭土基冻胀所产生的变形。肋梁板的肋高宜为板厚的2～3倍。渠基土稳定且无外压力时，U形渠和矩形渠防渗层的最小厚度，一般参照表2-2选用。渠基土不稳定或存在较大外压力时，U形渠和矩形渠宜采用钢筋混凝土结构，并应根据外荷载进行结构强度、稳定及裂缝宽度验算。

等厚板因施工简便，质量容易控制，造价较低，在没有特殊地质问题的一般地基上，只要施工得当，完全可以满足防渗和安全运行的要求，所以得到了普遍应用。综合国内外实践工程经验，结合《渠道防渗工程技术规范》（GB/T 50600）要求：当渠道流速小于3m/s时，梯形渠道混凝土等厚板的最小厚度应符合表2-2中的规定；渠道流速为3～4m/s时，最小厚度为10cm；流速为4～5m/s时，最小厚度宜为12cm；水流中含有砾石类推移质时，为防止冲刷破坏，渠底板的最小厚度不应小于12cm，渠道超高部分的混凝土衬砌厚度可适当减小，但不得小于4cm。

混凝土防渗的施工方式有现场浇筑和预制装配两种。现场浇筑法的优点是衬砌接缝少，造价较低；预制装配法的优点是受气候条件的影响小，混凝土质量容易保证。一般采用预制板型构件装配的造价要比现场浇筑高10%。此外，还有用喷射混凝土进行防渗的，这种形式的防渗渠道强度高，厚度薄，抗渗性、抗冻性好，但施工需要专用的机械设备。

三、沥青混凝土防渗

沥青混凝土是以沥青为胶结剂，与矿粉、矿物骨料经过加热、拌和、压实而成的防渗材料。沥青混凝土防渗能力强，适应变形能力较好，造价与混凝土相近，对人畜无害且易修补。沥青混凝土防渗一般适用于冻胀性土基，且附近有沥青料源的渠道。其防渗效果好，为0.04～0.14m3/（m2·d），使用年限为20～30年。

沥青混凝土防渗层的孔隙率不得大于4%，渗透系数不大于1×10-7cm/s，斜坡流淌值小于0.8mm，水稳定系数大于0.9，在低温下不开裂。整平胶结层的渗透系数不小于1×10-3cm/s，热稳定系数小于4.5。

沥青混凝土防渗层一般为等厚断面，其厚度为5～6cm。有抗冻要求的地区，渠坡防渗层也可采用上薄下厚的断面，坡顶厚度一般为5～6cm，坡底厚度为8～10cm。预制沥青混凝土板的边长应根据安装、搬运条件确定；厚度一般为5～8cm，密度应大于2.30g/cm3。

沥青混凝土防渗结构分为有整平胶结层和无整平胶结层两种形式，构造如图2-2所示。无整平胶结层的结构多用于土质地基，有整平胶结层的结构多用于岩石地基，为防渗层提供一个较平整的浇筑基面。沥青混凝土整平胶结层的厚度应按能填平岩层基面的原则确定。

图2-2 沥青混凝土防渗结构形式

（a）无整平胶结层的防渗结构；（b）有整平胶结层的防渗结构

1—封闭面层；2—沥青混凝土防渗层；3—整平胶结层；4—土（石）渠基；5—封顶板

沥青混凝土配合比应根据技术要求，经过室内试验和现场试铺筑确定。也可按现行行业标准《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》（DL/T 5411）的有关规定选用。

寒冷地区沥青混凝土防渗层的低温抗裂性能，可按下列公式验算：

式中 F——沥青混凝土的极限抗拉强度，MPa；

σ t——温度应力，MPa；

Et——沥青混凝土平均变形模量，MPa；

μ——轴向拉伸泊桑比；

ΔT——沥青混凝土板面任一点的温差，℃；

R′——层间约束系数，宜为0.8；

α t——温度收缩系数。

当防渗层沥青混凝土不能满足抗裂性能的要求时，可掺用高分子聚合物材料进行改性，其掺量应通过实验确定。

沥青混凝土防渗的施工工艺有现场浇筑法和预制按砌法。现场浇筑法，即将拌和好的沥青混合料运至浇筑现场进行摊铺。预制按砌法的优点是可以工厂化生产，预制板的质量容易保证，且不受施工季节和气候的影响，施工机具可以大大简化，同时还可以缩短工期，节约投资。

四、膜料防渗

采用黏性膜料防渗是指采用塑料薄膜和沥青玻璃布油毡等材料做渠道衬砌来减少或防止渠道渗漏的措施。膜料防渗渠道防渗能力强，质轻，运输便利，有较高的抗冻性、抗热性和抗腐蚀性，并具有良好的柔性和延伸性，施工技术简单，群众容易掌握且造价低。膜料防渗可减少渗漏量80%～90%，防渗效果为0.04～0.08m3/（m2·d），使用年限为20～30年。

目前我国用于渠道防渗的塑料薄膜材料主要是增塑聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）和线性低密度聚乙烯（LLDPE）薄膜等。聚氯乙烯薄膜的优点是抗穿透能力比聚乙烯薄膜大，缺点是稳定性差，遇冷变脆，在-15℃以下老化快。聚乙烯的优点是质地柔软，不易老化，耐低温、抗冻性好，密度小，材料用量省，但抵抗芦苇、杂草的穿透能力比聚氯乙烯小。线性低密度聚乙烯的拉伸强度、断裂伸长率及抗穿刺能力都大大优于聚乙烯，同时又具有原聚乙烯的柔性和耐低温的优点。因此，作为薄膜防渗材料应尽量采用线性低密度聚乙烯薄膜。

膜料防渗的铺衬方式有表面式和埋铺式。表面式铺衬是将塑料薄膜铺于渠床表面；埋铺式是在铺好的塑料薄膜上再置放一保护层。埋铺式与表面式相比较，埋铺式增加了渠槽的挖填土方量，两者的渠床糙率虽相同，但埋铺式避免了阳光、大气的直接作用和机械破坏，减缓了塑料薄膜的老化程度，延长了薄膜的使用寿命，所以目前膜料防渗主要采用埋铺式。

埋铺式膜料防渗结构主要由膜料防渗层和保护层组成。当渠床为岩石、砂砾石、土渠基，或用石料、砂砾料、现浇碎石混凝土或预制混凝土作为保护层时，需在渠床基槽与膜料之间以及膜料与保护层之间铺设过渡层，保证膜料在施工中不被破坏；当渠床为土基、采用黏性土保护层或用复合土工膜时，不需设置过渡层。结构形式如图2-3所示。

膜料防渗层的顶部宜按图2-4铺设。膜料防渗结构中各层所在的位置不同，起到的作用不同，因此采用的材料也有所差别。中、小型渠道的防渗膜料宜采用厚度为0.2～0.3mm的深色塑模，也可采用厚度为0.60～0.65mm的无碱或中碱玻璃纤维布机制油毡；大型渠道防渗膜料宜采用厚度为0.3～0.6mm的深色塑模。

图2-3 埋铺式膜料防渗结构

（a）无过渡层的防渗结构；（b）有过渡层的防渗结构

1—黏性土、灰土或混凝土、石料、砂砾料保护层；2—膜上过渡层；3—膜料防渗层；4—膜下过渡层；5—土渠基或岩石、砂砾石渠基

过渡层可以采用灰土和水泥砂浆，在寒冷地区宜采用水泥砂浆；在温和地区则可选用灰土；采用灰土或砂浆时，过渡层厚度一般为2～3cm；用土或砂料作过渡层时，应注意防止淘刷，其厚度采用3～5cm。

图2-4 膜料防渗层顶部铺设形式

1—保护层；2—膜料防渗层；3—封顶板

保护层材料主要根据当地材料来源和渠道流速的大小选择。保护层一般分为土料保护层和刚性保护层。土料保护层厚度要求参照表2-3。石料、砂砾料和混凝土等刚性保护层的厚度可按表2-4选用，并可在渠底、渠坡或不同渠段，采用具有不同抗冲能力、不同材料的组合式保护层。

膜料防渗结构与建筑物连接是否正确和牢固，将直接影响渠道防渗效果和工程使用寿命。工程实践表明，防渗结构与渠系建筑物连接不佳，会导致渠水渗漏，冲走过渡层材料，引起保护层坍塌、表面凸凹不平，甚至整体下滑。因此，必须按照要求进行膜料防渗结构与建筑物的连接。黏结角度一般为30°～60°，如图2-5所示。

图2-5 膜料防渗层与渠系建筑物连接形式

1—保护层；2—膜料防渗层；3—建筑物；4—膜斜与建筑物黏结面

五、其他防渗措施

除上述介绍的几种防渗措施，还有土料防渗和水泥土防渗，这两种防渗措施，都可以就地取材，且工程造价低，施工简便。

土料防渗是指用压实素土、黏砂混合土、灰土、三合土、四合土等土料进行渠槽防渗的措施。土料防渗效果为0.07～0.17m3/（m2·d），使用年限5～25年。但是，土料防渗渠道的允许流速较低，防渗层抗冻性差。

土料在进行混合时要拌和均匀，边铺料边夯实，达到设计干容重为止。一般要求素土或黏砂混合土夯压后的干容重在1.5～1.7t/m3；防渗层的厚度，小型渠道取15cm左右，大型渠道取25～40cm。对于灰土、三合土、四合土等防渗层，则要求压实后干容重在1.65t/m3左右，防渗层厚度为20～40cm。

土料防渗相对其他防渗措施，表面强度不高。为增强土料防渗层的表面强度，可以采用水泥砂浆、水泥石灰砂浆或石（贝）灰砂浆进行抹面，抹面厚度一般为0.5～1.0cm；在灰土、三合土或四合土防渗层表面，可以涂刷一层1：10～1：15的硫酸亚铁溶液保护层。

水泥土防渗是将水泥土在渠道表面经过压实和养护而进行的防渗措施。水泥土主要由土料、水泥和水等按照一定比例配合拌匀后制成的。因其主要靠水泥与土料的胶结与硬化，故水泥土硬化的强度类似混凝土。水泥土防渗适用于气候温暖且渠道附近有壤土或砂壤土的地区，其使用年限8～30年，防渗效果为0.06～0.17m3/（m2·d）。

水泥土防渗分为压实干硬性水泥防渗和浇筑塑性水泥防渗两种。干硬性水泥土是按最优含水量配置的压实水泥土，适用于现场铺筑或预制块铺筑的防渗工程，其抗冻性能好，在北方地区应用广泛。塑性水泥土是施工时稠度与建筑砂浆类似的，由土、水泥和水拌和而成的混合物，适用于现场浇筑振捣的南方地区的渠道防渗工程。

水泥土防渗层的厚度，一般采用8～10cm。小型渠道的水泥土防渗层厚度不应小于5cm。大型渠道宜用塑性水泥土浇筑，其防渗层表面宜用水泥砂浆或混凝土预制板、石板等材料作保护层，此时防渗层厚度可适当减小为4～6cm，同时水泥土中的水泥用量也可适当减少，但水泥土28d的抗压强度不应低于1.5MPa。

水泥土防渗的施工方法有现场铺筑法和预制铺砌法。现场铺筑法即在施工现场进行水泥土的拌和，在铺筑塑性水泥土之前，应先洒水润湿渠基，安设伸缩缝模版，然后按先渠坡后渠底的顺序铺筑。预制铺砌法则是将水泥土料装入模具中，压实成型后拆模进行养护。将渠基修整后，按设计要求铺砌预制板。板间应用水泥砂浆挤压、填平，并及时勾缝。水泥土与水泥混凝土一样，应十分重视养护工作。一般不论是采用现场铺筑法还是采用预制铺砌法施工，均应盖湿草帘保潮养护14～28d。