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创新型防渗渠工艺研究

发表时间：2020/9/29 来源：《基层建设》2020年第17期作者：董茂秋潘国坠何登煌

[导读] 摘要：随着现代社会和科技的不断发展，农田水利工程的整体规模不断扩大，在农业发展中发挥着重要的作用。

        江苏山水国土资源开发工程有限公司江苏南京 210000
        摘要：随着现代社会和科技的不断发展，农田水利工程的整体规模不断扩大，在农业发展中发挥着重要的作用。目前，我国农田水利工程项目的建设对生态环境的影响非常显著。为了得到更好的生态环境，需要引进防渗透渠道施工技术，减少后期维修所需要的成本，提高工程建设的整体质量。
        关键词：防渗渠；工艺；创新
        一、项目研究背景
        防渗渠是利用各种材料，通过相应的施工工艺，防止输水通道渗漏的渠道，它是土地整治工程中的主体工程，它有广阔的市场空间。
        据对2016年至今的部分土地整治项目统计分析，防渗渠施工所占施工费比例约30%，仅江苏省每年约有3.825亿（按施工费占投资额85%计算）以上的业务量。传统（现在普遍使用的）的是混凝土防渗渠（目前性价比较高），在施工和使用中存在施工周期长（消耗人工多），质量不稳定、施工环境要求高（非雨季、非高温、非冬季），辅助工序要求多（需要便道等），原材料购买困难、价格影响大，成本高、控制困难，运输量大（各种材料多而杂）、运输使道路损毁严重（施工矛盾大），混凝土渠道影响生态环境发展，维修困难等问题。
        “创新型防渗渠工艺研究”的目标为：提出全新的（国内外无文献介绍）施工材料、施工设备及施工工艺，在土模的基础上，通过一定的机具设备，采用“注”、“喷”中的一种或“注、喷”联动的方法，完成防渗渠的施工，达到：取材方便，施工工艺简单，能够实现工业化生产；原材料制造、使用方便，易于运输和储存；工程造价低、性价比高；产品抗压强度高（渠壁达到5-10MP），抗渗性能好（渗透系数小于10-7cm/s），水稳定性好，冻稳定性好，有效期长，适应面广；产品节能环保，无污染。
        二、传统防渗渠的几种形式与存在问题
        目前我国防渗渠的主要存在以下几种形式：
        1、土料直接夯实防渗
        土料夯实防渗就是在渠床表面建立一层夯实的土料防护层，其具有适应面广、能就地取材、造价低、施工简便的优点，但是其缺点也很明显，就是防渗效果不好（一般可以减少渗透量的1/3-2/3）及耐久性差（一般1-2年即失去防渗作用）。
        2、灰土、三合土等护面防渗
        灰土护面就是将石灰和黏土或黄土按一定比例调和（一般不低于1：3，同时不高于1：9），将护面厚度控制在40cm左右。
        三合土护面防渗就是将石灰、砂、黏土3种材料按一定的配比拌合而成（石灰：砂：黏土=1：1：3-6），将护面厚度控制在15cm左右。
        上述两种护面方式相对土料直接夯实防渗效果还是比较好的，它可以将农田灌溉过程中水的渗漏量减少至80%以上，但其具有抗压强度低，抗冻性、耐久性及环保性差等缺点。
        3、渠体衬砌或现浇防渗
        渠体衬砌或现浇防渗（也是目前普遍使用的）就是采用混凝土或者浆砌体建设防渗渠（目前性价比较高），其具有抗压强度高，抗渗性能好，水稳定性好，冻稳定性好，有效期长等优点，但其在施工和使用中存在施工周期长（消耗人工多），质量不稳定、施工环境要求高（非雨季、非高温、非冬季），辅助工序要求多（需要便道等），原材料购买困难价格影响大，成本高、控制困难，运输量大（各种材料多而杂）、运输使道路损毁严重（施工矛盾大），混凝土渠道影响生态环境发展，维修困难等问题。
        为了解决传统防渗渠制作过程中存在的种种问题，进一步降低防渗渠工程造价，简化防渗渠施工工艺，满足防渗的各种性能以及确保建设出来的防渗渠更加节能环保，本次研究出一种液态施工材料，其在土模的基础上，通过一定的机具设备，采用“注”、“喷”中的一种或“注、喷”联动的方法，完成防渗渠的施工。本次研究在全省乃至全国防渗渠工程施工中将具有创新性、先进性、实用性以及可推广性。

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        三、创新型防渗渠施工材料、施工工艺及施工机具
        3.1、施工材料方面：
        通过对国内外200余篇相关文献的初步研究发现，根据土壤固化剂加固土技术的作用对象主要分三大类：
        （1）用于修复被重金属或有毒有机物等污染的土壤固化剂；
        （2）用于加固交通路面基层和底基层的土壤固化剂；
        （3）用于水利堤坝加固、渠道防渗类的土壤加固剂（极少）。
        目前，用于渠道防渗的土壤固化剂加固土普遍存在强度低、抗渗能力差和抗冻性差等问题，而且多数固化剂加固土达不到工程对耐久性的要求。另外，由于我国土壤性质复杂多变，社会上现有的土壤固化技术很难适应各种类型土壤的要求。
        3.2、施工工艺方面：
        由于本次创新型防渗渠施工材料研究的方向是液态，目前此类材料工程施工的施工工艺主要有注浆法（压密注浆、填充注浆、渗透注浆和劈裂注浆等）、喷射法等。如压密注浆指用很稠的浆液灌入事先在地基土内钻进的孔中并挤向土体，在注浆处形成浆泡，浆液的扩散对周围的土体产生压缩。浆脉在形成过程中由于占据了土体中一部分空间，加上土层内孔隙被浆液所渗透，从而将土体挤密，构成了新的浆脉复合地基，改善了土体的强度和防渗性能。喷射法是将施工材料通过压浆泵送至喷嘴，再用压缩空气喷灌至作业面上的方法。以上施工工艺均可为本次创新型防渗渠的施工工艺提供参考。取长补短，研究出更适合于防渗渠施工的新型施工工艺。
        3.3、施工设备方面：
        施工设备与施工工艺是相辅相成的，传统的注浆法及喷射法使用的施工设备主要有钻孔机、注浆机、喷浆机等，本次申请对以上机具进行创新改造研究，创新改造后的设备主要特点是：解决“喷入渠壁”一定深度所需要的工艺方法、精准“注入”土体范围的工艺方法。制造出更适合于采用新型施工材料进行防渗渠施工的机械设备。
        目前，开发性能优异的土壤固化材料、施工机械设备及其施工工艺是国内外工程界积极探索的方向。其如能综合解决上述问题，必能带来重大的经济效益和社会效益，推动我国加固土技术的发展，扩大我国加固土技术的应用范围和使用规模。
        四、创新型防渗渠的最终成果
        本次研究制造出了一种能够真正适用于防渗渠施工的新型材料。新型防渗渠施工材料的产品是一种液体，它通过以土体为骨架的土壤粘结，形成“强度好、环保节能、施工方便”的渠体。本次对施工材料的研究是基于国内外对于土壤固化剂的研究成果，其达到以下特点：取材方便，施工工艺简单，能够实现工业化生产；原材料制造、使用方便，易于运输和储存；工程造价低、性价比高；产品抗压强度高（达到5-10MP），抗渗性能好（渗透系数小于10-7cm/s），水稳定性好，冻稳定性好，有效期长，适应面广；产品节能环保，无污染。
        本次研究的高渗透型土壤固化剂，由于本身双组分浆液都是水溶液型的，其粘度很低，能够有效的渗入0.001mm的细缝中，从而能实现土壤的良好固化；由于组分中的水玻璃在酸性和酯类物质在固化下强度很大，再加上土壤在里面起到的增强效果，使得固结体的强度可达到5～10MPa左右；由于采用聚丙烯酸类物质和聚丙烯酸酯类物质作为水玻璃的固化剂，具有很好的韧性，另外在添加一定柔性物质如聚丙烯酰胺等，来提高水玻璃固化剂的韧性，从而使得其固化土壤之后具有一定的韧性，可以提高固化后的土壤的力学性能。
        另外，针对土壤固化剂普遍存在抗渗效果差的特点，本次研究采取措施提高固化剂的抗渗效果，如考虑采用有机硅防水剂，有机硅防水剂是一种小分子的有机硅聚合物，将有机硅防水剂加入到土壤中后，其分子中的硅羟基和水、二氧化碳发生反应，生成一种憎水物-甲基硅氧烷，并进一步缩聚成网状树脂防水膜；阻止了水进入土壤，增强密实性，提高抗渗性，从而使固化土具有良好的防水性能。
        为了增加防渗渠的渠体表面的抗裂性能，本次研究在固化剂当中加入一种能够与固化剂相溶的木质纤维素，木质纤维素具有强劲的交联织补功能，它与固化剂溶液混合后纤维之间搭接成三维立体结构，使其有效地减少龟裂。将其加入到土壤中不仅能够提高固化土的强度，而且能够有效提高固化土的抗裂性，且由于其具有良好的尺寸稳定性，可以降低固化土的收缩。
        为了进一步提高土壤固化剂的抗冻、耐久性能，本次研究在新型土壤固化材料中增设一种或几种绿色环保型化学成分，以便能使其更好的适用于防渗渠工程施工。
        结语
        渠道防渗是农田水利工程至关重要的部分。要从思想上重视渠道防渗施工，严格遵循渠道防渗技术的施工要求。在实践基础上，结合相关文献，论述了渠道防渗施工技术，希望可以对农田水利工程建设作出贡献，改善农田水利工程的建设质量和效率，让农民获得更高的收益，让我国农业可以健康可持续发展。
        参考文献：
        ［1］付克家.水利渠道施工中防渗施工技术应用研究［J］.农业科技与信息，2017（18）：127-128.
        ［2］陈小林.水利渠道施工中的渗透原因及防渗对策［J］.珠江水运，2017（2）：54-55.