陕西省大型灌区渠道防渗技术费 良 军
(西安理工大学水利水电学院 )
一、陕西省大型灌区概况二、有关渠道防渗抗冻的几个问题三、渠道防渗技术四、需进一步研究的问题一、陕西省大型灌区概况
1、自然条件陕西省年降水量 500～ 900mm，年蒸发量为 1200～ 1500mm。陕西关中地区属温带大陆性气候，多年平均气温 14℃,最高气温 42℃,历年最低气温－ 23℃,近十年最低气温－ 16℃,地面标准冻层深度 0.4~0.5m。目前陕西省总灌溉面积
2147万亩，其中万亩以上灌区 156处 。
2、大型灌溉概况
12个大型灌区总耕地面积 1215万亩，占全省 24.3%；
总人口 856.2万人，其中农业人口 687.8万人，占全省
24.8%。灌区有大中型水库 11座，总库容 11.4亿 m3，各级抽水站 669处，总装机容量 3467km，各类渠系建筑物
26135座。大型灌区设施灌溉面积 1144万亩，有效灌溉面积 972万亩。
这些大型灌区有悠久的历史，著名的泾、洛、渭灌区已运行五、六十年，灌区普遍存在的问题是工程老化失修、
破坏严重、设备陈旧、带病运行、效率低下、水费价格不合理等。目前灌区的灌溉水利用系数仅为 0.43～ 0.57，灌区年实际损失水量高达 20亿 m3，其中渠道渗漏损失约占 2/3,
田间损失约占 1/3。
3、大型灌区节水改造概况大型灌区续建配套节水改造项目实施以来，共完成干支渠衬砌 428km，改造建筑物 1300座，处理险工段 210处，
改造泵站 10处。增加支渠输水能力 60.3m3/s，新增灌溉面积 13.7万亩，恢复和改善灌溉面积 530万亩；年均增产
16.4万吨，年平均节约水量 2.1亿 m3；因节水年均增加工农业产值 3.8亿元。
二、有关渠道防渗防冻的几个问题
1、冻层深度的确定根据陕西关中灌区近 10年的实际观测资料分析，地面标准冻深与气温的关系为：
式中,F气 — 年冻结指数（ ℃,d）,设计时选用近 10～ 20年的最大值。
A,B— 系数，由观测资料确定。
对宝鸡峡灌区,A=5.81,B=26.2；
对陕西泾惠灌区,A＝ 3.88,B＝ 14.0。
设计冻深式中,K1－遮荫系数。可选用 K1＝ 1.2；
K2－频率模比系数，其大小参考“渠系抗冻胀设计规范”。
BAFH 2/1 －＝ 气地地设 HkkH 21
2、冻胀量的确定建议按下式计算式中,αp－荷载系数，可选 αp=1.0；
f－土壤平均冻胀深度，见“渠系抗冻胀设计规范”。
若 h>2cm，则必须采取防冻措施；
h>5cm，则必须采取高标准的防冻措施。
100
Hfh p 设α
3、渠道水利用系数的确定每公里渠道输水损失量 S（ m3/s·km）与入渠流量 Q关系为
S＝ aQb
渠道一次输水过程的渠道水利用系数 η渠 j为式中,Qi— 渠道一次输水过程中第 i时段的流量；
L — 渠道长度；
n — 渠道一次输水过程流量变化次数。
年渠道水利用系数为：
式中,N为一年内渠道过水次数。
）渠 LQ1(n1
1
1
n
i
b
ij a?
N
N
1i
j?
渠渠
η
三、渠道防渗技术渠道防渗的要求：输水能力强、输沙能力大、防渗和抗冻效果好，占地少、造价低、耐久时间长、施工简便等。
（一）衬砌渠道断面渠道断面形式与防渗抗冻效果密切相关，对于干渠应尽量采用弧脚梯形断面，对支渠应尽量采用弧底梯形断面，条件具备者最好采用 U形断面。在膨胀土地区,U形渠可采用隔水排水法加设渠口横向支撑措施。对斗以下田间渠道一律采用 U型渠道断面。
1、弧底梯形渠道和弧角梯形渠道
（ 1）特点
①断面流速大、输沙能力强，对多泥沙水源引水有利；②水位高便于向下一级渠道自流输水；③渠道断面无尖角，不易形成冻胀力的应力集中，且圆弧处为一反拱，能在一定程度上减轻冻胀的不均匀性，较梯形渠道断面具有较强的抗冻性能；④特别适宜于梯形断面的渠道改造，且工程量小。
（ 2）适宜的流量条件弧底梯形断面一般适应流量为 2～ 8m3/s，弧脚梯形断面适应流量 8～ 20m3/s。梯形断面适应于设计流量大于 20m3/s，且原渠道难以改造成弧脚梯形断面的渠道。渠道断面形式和结构见图 1和图 2。
（ 3）弧底梯形断面渠道设计应符合表 1要求表 1 弧底梯形渠水深 H与弦长 b关系边坡系数 0.5 1.0 1.25 1.5
b/H
水力最佳 1.79 1.41 1.25 1.11
允许范围 3.22 3.25 3.44 3.50
2,U型渠道断面
（ 1）特点,U型渠道断面接近佳水力断面，过流量和输沙能力强、省地省材料。由于目前 U型渠衬砌机械的限制，目前主要适用于流量小于 3m3/s的渠道。 U型渠道断面形式见图 3和图 4。
b
r
o
r
o
H
图3 加横 撑U型 渠断面衬砌板膜料等衬砌板膜料等图2 弧底梯形渠示意图
b
θ
H
衬砌板膜料等 H
r
膜料等衬砌板
H
图4 U型 渠断面
r
图1 弧脚梯形渠示意图
α α
θ θ
（ 2） U型渠道断面设计要求见表 2
表 2 U型渠水深 H与半径 r关系倾角 α(度 ) 0 5.7 11.3 16.7
r/H 0.65~0.72 0.62~0.68 0.56~0.63 0.45~0.56
（二）衬砌材料与结构
1、衬砌材料陕西大型灌区渠道衬砌材料一般为砼板、膜复合结构，
一是现浇砼板下铺一布一膜土工织物；二是现浇弧底、预制板铺砌渠道两侧，下铺膜料。膜料一般利用厚 0.25mm、
100g/m2的无纺布。
（ 1）砼板的结构形式一般采用等厚板，当渠基有较大冻胀、沉陷等变形时，
也可采用其它板型。砼板设计标号见表 3。
渠道设计流量 (m3/s) 标号种类 寒冷地区 温和地区
<2
强度（ C）
抗冻（ D）
抗渗（ S）
15
50
2
15
2
2— 20
强度（ C）
抗冻（ D）
抗渗（ S）
15
50
4
15
50
4
>20
强度（ C）
抗冻（ D）
抗渗（ S）
15
100
6
15
50
6
（ 2）砼板的厚度现浇砼板,6~10cm
现场预制板,6~8 cm
机制预制板,4~5 cm
（ 3）伸缩缝砼板伸缩缝一般横向缝间距 3~5m，多为 4m，在圆弧与斜坡连接处设 2条纵向伸缩缝，楔型缝下宽 20mm，上宽 30mm，缝内下部用聚氯乙烯胶泥填塞，封口用 M5水泥砂浆抹平，伸缩缝大样见图 5。有特殊要求的，可考虑设橡塑止水带处理。
20
聚氯乙烯胶泥水泥砂浆现浇砼图5 伸缩 缝大样图
2、过渡层在砼板和膜料间一般设过渡层，以避免砼粗骨料扎破膜料。
过渡层可根据实际，采用水泥土、低标号砂浆或其它材料，目前陕西省多采用 50#水泥砂浆，厚度一般为 2~3cm。衬砌横断面图见图 6。
3、防渗膜料膜料设置于过渡层和夯实、平整好的渠床之间，膜料层是复合式衬砌的防渗主体。防渗膜料一般选用厚
0.25mm,100g/m2PE复合防渗膜料，搭接长度 20cm，
接缝用粘接法。
四、需进一步研究的问题
1、防治冻胀措施的研究
（ 1）根据不同类型区，进一步研究水、土、温度与冻深、砌体变位、基土水分、冻胀量之间的定量关系，得到冻胀类型分布图；（ 2）研究经济可行的砼渠道防渗抗冻的最佳断面、结构形式和材料以及防冻设计的基本参数等技术问题。
2、防渗效果的持续变化规律通过原型观测，研究渠道防渗抗冻效果在多年行水、冻融交替循环作用下的变化特性，为工程设计和管理提供科学依据。
3、伸缩缝止水新材料、防渗膜料和保温材料研究
4、施工机械的研制施工机械直接影响工程施工质量和工程寿命，急需开发渠道衬砌施工新机具。
谢 谢！
(西安理工大学水利水电学院 )
一、陕西省大型灌区概况二、有关渠道防渗抗冻的几个问题三、渠道防渗技术四、需进一步研究的问题一、陕西省大型灌区概况
1、自然条件陕西省年降水量 500～ 900mm，年蒸发量为 1200～ 1500mm。陕西关中地区属温带大陆性气候，多年平均气温 14℃,最高气温 42℃,历年最低气温－ 23℃,近十年最低气温－ 16℃,地面标准冻层深度 0.4~0.5m。目前陕西省总灌溉面积
2147万亩，其中万亩以上灌区 156处 。
2、大型灌溉概况
12个大型灌区总耕地面积 1215万亩，占全省 24.3%；
总人口 856.2万人，其中农业人口 687.8万人，占全省
24.8%。灌区有大中型水库 11座，总库容 11.4亿 m3，各级抽水站 669处，总装机容量 3467km，各类渠系建筑物
26135座。大型灌区设施灌溉面积 1144万亩，有效灌溉面积 972万亩。
这些大型灌区有悠久的历史，著名的泾、洛、渭灌区已运行五、六十年，灌区普遍存在的问题是工程老化失修、
破坏严重、设备陈旧、带病运行、效率低下、水费价格不合理等。目前灌区的灌溉水利用系数仅为 0.43～ 0.57，灌区年实际损失水量高达 20亿 m3，其中渠道渗漏损失约占 2/3,
田间损失约占 1/3。
3、大型灌区节水改造概况大型灌区续建配套节水改造项目实施以来，共完成干支渠衬砌 428km，改造建筑物 1300座，处理险工段 210处，
改造泵站 10处。增加支渠输水能力 60.3m3/s，新增灌溉面积 13.7万亩，恢复和改善灌溉面积 530万亩；年均增产
16.4万吨，年平均节约水量 2.1亿 m3；因节水年均增加工农业产值 3.8亿元。
二、有关渠道防渗防冻的几个问题
1、冻层深度的确定根据陕西关中灌区近 10年的实际观测资料分析，地面标准冻深与气温的关系为：
式中,F气 — 年冻结指数（ ℃,d）,设计时选用近 10～ 20年的最大值。
A,B— 系数，由观测资料确定。
对宝鸡峡灌区,A=5.81,B=26.2；
对陕西泾惠灌区,A＝ 3.88,B＝ 14.0。
设计冻深式中,K1－遮荫系数。可选用 K1＝ 1.2；
K2－频率模比系数，其大小参考“渠系抗冻胀设计规范”。
BAFH 2/1 －＝ 气地地设 HkkH 21
2、冻胀量的确定建议按下式计算式中,αp－荷载系数，可选 αp=1.0；
f－土壤平均冻胀深度，见“渠系抗冻胀设计规范”。
若 h>2cm，则必须采取防冻措施；
h>5cm，则必须采取高标准的防冻措施。
100
Hfh p 设α
3、渠道水利用系数的确定每公里渠道输水损失量 S（ m3/s·km）与入渠流量 Q关系为
S＝ aQb
渠道一次输水过程的渠道水利用系数 η渠 j为式中,Qi— 渠道一次输水过程中第 i时段的流量；
L — 渠道长度；
n — 渠道一次输水过程流量变化次数。
年渠道水利用系数为：
式中,N为一年内渠道过水次数。
）渠 LQ1(n1
1
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j?
渠渠
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三、渠道防渗技术渠道防渗的要求：输水能力强、输沙能力大、防渗和抗冻效果好，占地少、造价低、耐久时间长、施工简便等。
（一）衬砌渠道断面渠道断面形式与防渗抗冻效果密切相关，对于干渠应尽量采用弧脚梯形断面，对支渠应尽量采用弧底梯形断面，条件具备者最好采用 U形断面。在膨胀土地区,U形渠可采用隔水排水法加设渠口横向支撑措施。对斗以下田间渠道一律采用 U型渠道断面。
1、弧底梯形渠道和弧角梯形渠道
（ 1）特点
①断面流速大、输沙能力强，对多泥沙水源引水有利；②水位高便于向下一级渠道自流输水；③渠道断面无尖角，不易形成冻胀力的应力集中，且圆弧处为一反拱，能在一定程度上减轻冻胀的不均匀性，较梯形渠道断面具有较强的抗冻性能；④特别适宜于梯形断面的渠道改造，且工程量小。
（ 2）适宜的流量条件弧底梯形断面一般适应流量为 2～ 8m3/s，弧脚梯形断面适应流量 8～ 20m3/s。梯形断面适应于设计流量大于 20m3/s，且原渠道难以改造成弧脚梯形断面的渠道。渠道断面形式和结构见图 1和图 2。
（ 3）弧底梯形断面渠道设计应符合表 1要求表 1 弧底梯形渠水深 H与弦长 b关系边坡系数 0.5 1.0 1.25 1.5
b/H
水力最佳 1.79 1.41 1.25 1.11
允许范围 3.22 3.25 3.44 3.50
2,U型渠道断面
（ 1）特点,U型渠道断面接近佳水力断面，过流量和输沙能力强、省地省材料。由于目前 U型渠衬砌机械的限制，目前主要适用于流量小于 3m3/s的渠道。 U型渠道断面形式见图 3和图 4。
b
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图3 加横 撑U型 渠断面衬砌板膜料等衬砌板膜料等图2 弧底梯形渠示意图
b
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H
衬砌板膜料等 H
r
膜料等衬砌板
H
图4 U型 渠断面
r
图1 弧脚梯形渠示意图
α α
θ θ
（ 2） U型渠道断面设计要求见表 2
表 2 U型渠水深 H与半径 r关系倾角 α(度 ) 0 5.7 11.3 16.7
r/H 0.65~0.72 0.62~0.68 0.56~0.63 0.45~0.56
（二）衬砌材料与结构
1、衬砌材料陕西大型灌区渠道衬砌材料一般为砼板、膜复合结构，
一是现浇砼板下铺一布一膜土工织物；二是现浇弧底、预制板铺砌渠道两侧，下铺膜料。膜料一般利用厚 0.25mm、
100g/m2的无纺布。
（ 1）砼板的结构形式一般采用等厚板，当渠基有较大冻胀、沉陷等变形时，
也可采用其它板型。砼板设计标号见表 3。
渠道设计流量 (m3/s) 标号种类 寒冷地区 温和地区
<2
强度（ C）
抗冻（ D）
抗渗（ S）
15
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强度（ C）
抗冻（ D）
抗渗（ S）
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强度（ C）
抗冻（ D）
抗渗（ S）
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（ 2）砼板的厚度现浇砼板,6~10cm
现场预制板,6~8 cm
机制预制板,4~5 cm
（ 3）伸缩缝砼板伸缩缝一般横向缝间距 3~5m，多为 4m，在圆弧与斜坡连接处设 2条纵向伸缩缝，楔型缝下宽 20mm，上宽 30mm，缝内下部用聚氯乙烯胶泥填塞，封口用 M5水泥砂浆抹平，伸缩缝大样见图 5。有特殊要求的，可考虑设橡塑止水带处理。
20
聚氯乙烯胶泥水泥砂浆现浇砼图5 伸缩 缝大样图
2、过渡层在砼板和膜料间一般设过渡层，以避免砼粗骨料扎破膜料。
过渡层可根据实际，采用水泥土、低标号砂浆或其它材料，目前陕西省多采用 50#水泥砂浆，厚度一般为 2~3cm。衬砌横断面图见图 6。
3、防渗膜料膜料设置于过渡层和夯实、平整好的渠床之间，膜料层是复合式衬砌的防渗主体。防渗膜料一般选用厚
0.25mm,100g/m2PE复合防渗膜料，搭接长度 20cm，
接缝用粘接法。
四、需进一步研究的问题
1、防治冻胀措施的研究
（ 1）根据不同类型区，进一步研究水、土、温度与冻深、砌体变位、基土水分、冻胀量之间的定量关系，得到冻胀类型分布图；（ 2）研究经济可行的砼渠道防渗抗冻的最佳断面、结构形式和材料以及防冻设计的基本参数等技术问题。
2、防渗效果的持续变化规律通过原型观测，研究渠道防渗抗冻效果在多年行水、冻融交替循环作用下的变化特性，为工程设计和管理提供科学依据。
3、伸缩缝止水新材料、防渗膜料和保温材料研究
4、施工机械的研制施工机械直接影响工程施工质量和工程寿命，急需开发渠道衬砌施工新机具。
谢 谢！
