渠道抗渗防冻研究进展.doc

河北大学硕士生考试考查卷面纸

2011～2012 学年度 第 1 学期

姓 名 学 号
学 院 土木与水利工程学院 年 级 2011级
专 业 水利工程
研究方向 灌区混凝土抗冻抗裂及耐久性研究
课 程 节水灌溉理论与技术 考试方式 课 程 论 文

主考教师评语
成绩

主考教师签名：
20 年 月 日

渠道防渗抗冻技术研究进展

【摘要：】随着水的供需矛盾日趋突出，节水灌溉受到了普遍关注。渠道防渗灌溉技术是大多数灌区的主要输水手段,也是提高水资源利用效率的关键技术。在寒冷的北方地区,如果渠道防渗设计不当,渠道冻胀破坏会导致防渗失效。
本文从渠道防渗抗冻的必要性说起，阐述了防渗工程冻害分析、 渠道防冻措施以及渠道防渗抗冻新材料应用等方面的发展状况,指出了目前防渗抗冻方面存在的问题,并阐述了在抗冻胀新材料、 新型复合土工膜材料和新型保温复合材料等方面需要继续深化研究的内容。
【关键词:】 节水灌溉；渠道；防渗；抗冻

渠道渗漏水量占渠系损失水量的绝大部分，渠系水量损失减少了灌溉面积，浪费了宝贵的水资源，同时由于渠道渗水量的存在，增大了渠道上游建筑物尺寸和渠道工程量，增加了工程投资,并且增加了灌溉成本和农民的水费负担，降低灌溉效益。因此，对渠道进行衬砌防渗减少渗漏水量，提高渠系水利用系数，是节约水量，实现节水灌溉的重要措施。
在我国寒冷的北方地区,渠道防渗工程容易受到冻害破坏,一旦开始了冻胀,一般的衬砌结构经过反复的冻结溶化,衬砌断裂,导致防渗失效。 因此在寒冷的北方地区渠道防渗抗冻措施是否得当至关重要。

1 渠道防渗抗冻技术的发展现状
随着全球淡水资源危机的加剧，合理利用水资源引起了世界各国政府和科学家的高度重视，并采用了多种对策。在解决水资源的对策中，除兴建必要的蓄水、引水工程，扩大水源外，更重要的是节约用水，提高水的利用率，防止水的污染等。世界各国如美国、日本、前苏联等，由于农业灌溉用水浪费严重，特别是渠道渗漏损失的水量很大，均非常重视并积极研究推广渠道防渗技术。
渠道防渗技术是我国目前应用最广泛的节水工程技术措施，它可以极大地减少农业灌溉用水的浪费，节水潜力巨大。但是我国农业灌溉用水浪费现象十分严重，输水渠道渗漏是灌溉用水浪费的主要方面。目前我国渠系水利用系数平均不到0.5，即50%以上的灌溉水在渠道输水的过程中就损失掉了，每年由灌溉渠道损失的水量为我国总用水量的1/3，为农业总用水量的 45%，灌溉用水浪费相当惊人。采用渠道防渗技术可以减少渗漏损失的 70%～90%，极大地提高灌溉渠系水利用系数，缓解农业用水供需矛盾，节约的水可扩大灌溉面积，进一步促进 农业生产的发展。可以减少渠道占地3%～5%，防止渠道冲刷、淤积及坍塌，节约运行管理费用，有利于灌区的管理。可以降低地下水位，防止土壤盐碱化及沼泽化，有利于生态环境和农业现代化建设。渠道防渗是节约用水、实现节水型农业的重要内容，如按我国渠系水利用系数提高 0.1 计算，则每年可节约用水量344.5m³，渠道防渗的节水效益十分显著。
1.1 严寒地区渠道的防冻措施研究
1.1.1采用合理的断面形式
U形断面和弧形底梯形断面比较接近最佳水力断面,并且适应防冻胀变形能力强。U形衬砌机现浇渠道具有过流能力大,混凝土强度高,抗冻胀能力高,密实性、防渗性能好,整体性能强、占地少等优点,是斗渠、 农渠衬砌最佳形式[1]。
1.1.2采用合理的衬砌结构
受冻害威胁的渠道，首先应该解决的是基础的防渗排水,可以采用下面的具体措施:①板膜复合结构。 根据甘肃省的对比试验,加铺一层膜料,渗漏损失仅为预制混凝土板衬砌渗漏量的1／15,可减少冻胀量35%～55%。 ②保温衬砌结构。 郭殿祥,郑安明同志先后在引黄济青、 引黄济淄和韩墩灌区等引黄干渠上进行了衬砌工程试验[2]。③置换基土防冻。河北省平原大浪淀水库,采用堤防压实和地下水外排措施结合提高抗冻胀能力。
1.1.3设冻胀变形缝
沿渠道的纵向或横向设置一定量的变形缝,在缝内填充如沥青、 玛蹄脂等的伸缩缝填料及其施工工艺,是在防渗渠道建设中必须要解决好的问题。
1.1.4暗管输水防渗防冻
早在五、 六十年代，国外就开始大面积采用暗渠(管)输水防渗防冻。 从使用年限来比较,暗渠(管)是一种投资少、效益大的防渗防冻的输水渠(管),施工简便快捷,管理养护简单易行,应是旧灌区小流量明渠技术改造的首选防渗防冻技术方案。
1.1.5加强防冻胀管理措施。
对于冬季不过水的渠道,应严格切断水源，减少渠道土体的含水量。 对于冬季温度在零摄氏度左右的地区,过水的渠道应该及时注意渠道水结冰与排水,防止冰冻破坏。
1.2 寒区渠道防渗工程优化模式研究[3]
徐淑琴,王丽学等同志通过对国内外灌区渠道防渗工程模式和新材料、 新设备应用情况的调查了解,规划了适合寒区特点的防渗方案,并使重点方案在试验区进行2年对比试验,同时对各试验方案的优越性进行了模糊判定,提出了适合寒区气候特点并适应地区经济发展水平的各级渠道防渗工程的优化模式——干、 支渠素土膜料的模式为最佳,其次为边坡混凝土膜料、 底素土膜料分区护砌模式;斗、农渠混凝土U形槽模式为最佳。
1.3 渠道防渗抗冻新材料应用
我国目前常用的渠道防渗材料主要是土料、水泥土、砌石、混凝土、沥青混凝土、膜料等,近年来,渠道防渗抗冻新材料、新技术的发展比较迅速。新型复合土工合成材料GCL、 新型固化土防渗材料以及纳米改性防渗材料在渠道防渗工程中的应用,对渠道防渗的发展具有积极的促进作用。
2 渠道防渗抗冻技术需要研究的几个问题
2.1 渠道防渗抗冻胀新材料
①新型土壤固化剂。
新型土壤固化剂研究的技术难点在于提高土壤固化剂的抗冻性与稳定性,以及解决土壤固化剂对不同土料的适应性。
②新型填缝止水新材料。
填缝止水材料的技术难点是解决冷施工技术,提高填缝材料的黏结性和低温下的变形性能。
③特殊土渠道防渗专用新材料。
通过对盐渍土、 膨胀土等特殊土的土性特性的深入研究,揭示其对防渗渠道的破坏机理,探索研究适用于特殊土渠道基础防渗的专用材料提出施工简单、 成本低廉、适合于特殊土渠道防渗工程的新材料和特殊土改性及加固措施。
2.2 新型复合土工膜材料和新型保温复合材料
①新型防渗复合土工膜。
土工膜表面光滑,与接触面的摩擦系数小,且易刺破,因此,必须在现有土工膜料研究的基础上,提高其自身结构强度,抗刺穿、 抗滑等性能。
②新型保温复合材料。
通过改善聚苯板成分、 结构和生产工艺,研制渠道防冻胀专用的新型聚苯板,研究其应用性能和施工工艺。
2.3 渠道防渗衬砌设备的研制
目前我国研制生产的渠道防渗施工机械品种较少,特别是大型渠道的衬砌施工机械设备更少。 已有的机械性能单一,还不完善,有待于大力提高。 因此,必须在现有渠道衬砌设备的基础上,针对U形渠道衬砌机一次成型差的弊端进行改进,并提高施工速度。
3 结语
20世纪70年代初期以来,我国在渠道防渗抗冻技术及其工程应用方面已有长足的发展,无论是在防渗新抗渗材料的研制与开发还是渠道防渗抗冻衬砌结构形式方面,以及防渗施工新技术方面均取得了一定的进展。 渠道防渗是系统工程,必须在设计、施工、管理各方面下工夫,同时要不断创新,在新方法、新工艺、新材料上做文章,才能从根本上解决渠道工程的防渗抗冻问题。
参考文献
[1] 娄宗科,张慧莉,阎宁霞,周亚娟.渠道防渗防冻胀衬砌技术研究[J].水土保持研究,2002(6).
[2] 郭殿祥,马移军,魏振峰.渠道防渗防冻害复合衬砌结构的试验研究[J].水利水电技术,1992,11:41～45.
[3] 徐淑琴,王丽学,宋军.寒区渠道防渗工程优化模式研究[J].灌溉排水学报2004,8:67～70.
[4] 周维博.西北地区的农业灌溉与节水途径.水利水电科技进展，
2001.21（1） ：2～4
[5] 石金堂.浅析渠道防渗工程中的几个问题.节水灌溉，2003 （1） ：6～7
[6] 任之忠.大“U”形混凝土防渗渠道新施工方法的试验研究.防
渗技术,1993（1）
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