第二期：大型灌区渠道防渗防冻胀技术应用（二）
九、 陕西宝鸡峡灌区渠道防渗防冻胀技术应用
（一）灌区概况
宝鸡峡灌区位于陕西关中西部，西起宝鸡市以西11km的渭河峡谷，东至泾河右岸，与泾惠渠灌区隔河相望，南临渭水左岸，北抵渭北高塬腹地，与冯家山、羊毛湾灌区接壤，东西长181km，南北平均宽14km，总面积2355平方千米。是一个多枢纽、引抽并举、渠库结合、长距离输水、大型建筑物多的特大型灌区，是陕西省目前最大的灌区。
灌区按自然地形和工程布局分塬上（黄土台塬）、塬下（渭河阶地）两大灌溉系统。塬下渭惠渠灌区属老灌区，1935年动工，1937年建成，1958年扩建了渭高抽，渠首设于眉县魏家堡；塬上宝鸡峡灌区属新灌区，1958年11月开工，1962年3月工程缓建，1969年3月全面复工，1971年建成，渠首设于宝鸡县林家村。1975年4月，为统一调配水源，两灌区合并统称宝鸡峡引渭灌区。水源以渭河径流为主，引水流量总计95立方米每秒，灌溉宝鸡、杨凌、兴平、乾县、礼泉、秦都、渭城、泾阳、高陵等14个县（市区）97个乡镇的291.6万亩农田。
灌区现有6座中型水库，总库容3.37亿立方米，有效库容2.41亿立方米，有总干、干渠6条，长412.6km，截止2009年底，已衬砌317.72km，衬砌率77%，衬砌完好率为91%；支（分支）渠78条，长699.301km，已衬砌342.66km，衬砌率49%，衬砌完好率仅65%；干、支渠共有各类建筑物5107座，渠道与建筑物配套基本齐全。
灌区属大陆性气候的半干旱地区，1954~2004年长系列多年平均降水量570mm，最大为1146mm，最小为243.3mm。年内分配不均，春夏多旱，秋季多涝，7~9月降水量占全年的50%左右，且多以暴雨形式出现，很难利用。年平均蒸发量1100mm，年平均气温14摄氏度，最高43摄氏度，最低-21.5摄氏度，日照2140小时，无霜期220天，结冰期一般在12月上旬到翌年3月上旬，冻土深度一般在10~30cm，最大冻土深度50cm，灌区地下水埋深，渭河阶地区一般为5~20m，黄土塬区10~80m，最深达百米。灌区土壤大部为中壤、轻壤及少量沙壤土。
灌区开灌以来，灌区农业生产条件得到了极大改善，对陕西省国民经济发展与社会进步起到了举足轻重的作用。但是，由于灌区是一个新老结合的大型灌区，工程布局线长面广，地质和水文地质条件十分复杂，加之受原技术水平和施工时经济条件所限，工程设计标准不高，工程不配套，部分干渠和大部分支渠未进行防渗处理。采用砼衬砌防渗的渠道经几十年运行，原衬砌的砼板大部分因冻胀遭到破坏而滑落渠底，成了滞水的主要因素，加之灌区灌溉水量严重不足，渠道长期引用渭河高含沙水，多年来渠道漏水、淤积非常严重。近年来，随着灌区续建配套与节水改造项目逐年实施，灌区在渠道抗冻胀及减轻淤积方面取得了一定的成效，灌区渠系水利用系数和灌区灌溉保证率大大提高，输水能力逐年增加，节水效果比较显著。现就一些技术问题和大家做一探讨。
（二） 冻胀因素分析及处理措施
衬砌渠道是一种线路性工程，沿渠的土质、水分补给条件和渠道走向往往有较大的变化，土、水、温是形成冻胀差异的基本因素，土的冻结深度与日照条件和遮阴程度密切相关。渠道衬砌因厚度小、自重轻而对冻胀作用十分敏感，而采取抵抗性措施难以达到防冻害的目的，而从适应、回避、削减或消除冻胀等方面选用措施，较为经济合理。灌区地下水位埋藏较深，土壤为非冻胀性土，属寒冷地区，排水、置换及保温措施不太适用，设计方面：遵循了因地制宜、安全可靠、技术可靠，经济合理的原则。宝鸡峡灌区东西长181km，渠道多为东西走向，东胀破坏在阴坡面相对较为严重，根据衬砌渠道沿线的土质、水分条件和渠道走向，依照"渠系工程抗冻胀设计规范"分别计算渠底、坡脚、坡中、坡顶的冻胀量，一般在阴坡坡中渠道的冻胀位移值最大，在3~5cm之间，渠道冻胀性级别属Ⅰ、Ⅱ级，渠道的冻胀位移值与其断面结构形式所对应的允许位移值相差不大，设计中，主要从以下几个方面来解决渠道冻胀：
1、渠道断面形式
（1）设计流量大于9.0立方米每秒，选择弧形坡脚梯形断面或梯形断面；
（2）设计流量在3~9.0立方米每秒时，选择弧形坡脚梯形断面或弧底梯形断面；
（3）设计流量在1~3立方米每秒时，选择弧底梯形断面或U型断面；
（4）设计流量小于1.0立方米每秒时，选择U型断面。
弧形坡脚梯形断面或弧底梯形断面在干、支渠道中应用较多，由于其近似于最佳水力断面，流速分布均匀，易于拉沙，减少淤积；同时也能改善防渗渠道冻胀变形分布的不均匀性，且渠底有一定的反拱作用，故可减轻砼板的冻胀破坏，减少裂缝和移位。
U型断面较梯形断面每公里输水损失可减少3.7%，防渗效果最好，它近似于最佳水力断面，水流条件好，流速大，输水输沙能力强；另外，其抗冻胀性能较高，冻胀程度仅为梯形的1/3~1/4，又便于管理，投资少、占地少，机械化施工程度较高。在灌区较小的支渠工程及斗、分渠工程中广泛应用。
2、渠道衬砌材料及结构形式
渠道衬砌采用C15砼整体现浇，衬砌厚度8~14cm，砼的抗渗、抗冻指标根据渠道工程级别严格按执行"渠道防渗技术规范"。
渠道衬砌结构形式随着防渗膜料的发展，大多采用板膜复合结构，即在砼板下铺设一层复合土工膜防渗（一布一膜土工布），既减少了渠道渗漏，膜料防渗层又可以保温，从而减轻冻胀破坏，使砼保护层裂缝减少，延长了工程寿命。
另外，在较大的渠道上，砼坡板多采用 楔形板，阴面厚度一般厚于阳面，也有利于减轻冻胀破坏。
3、伸缩缝的设置及止水材料的选择
分缝是渠道衬砌结构适应、削减冻胀变形的关键措施。渠道衬砌板（块）的隆起、架空是冻胀破坏的主要型式之一。渠道衬砌结构的允许冻胀位移值与衬砌板块的大小、衬砌板块间的约束程度、衬砌板与基土间的冻结力、冻胀不均匀度和渠道边坡基土的稳定性等有关。设计中，一般沿水流方向每4m设一道横向伸缩缝，弧形坡脚梯形断面或弧底梯形断面在坡板与弧底交接处均设一道纵向伸缩缝；梯形断面在两坡脚处和渠道中心线均设一道纵向伸缩缝，一般采用矩形或梯形缝可，缝宽20~30mm，以适应冻胀变形，防止板块间相顶而造成的隆起、架空现象。
止水材料的目前工程上大都采用充粘结力强、变形性能大、在当地最高气温下不流淌、最低气温下仍具柔性的止水材料—聚氯乙烯胶泥。其施工方便，造价低，止水效果良好，在灌区已得到了广泛应用。
（三） 渠道淤积问题及防治措施
宝鸡峡灌区水源以渭河径流为主，辅以地下水。渭河林家村站以上多年平均年径流量22.44亿立方米，最大年径流48.82亿立方米（1964年），最小年径流3.17亿立方米（1997年）。多年平均含沙量6.1%，最大含沙量为55%，汛期输沙率占年输沙率的95%。含沙量大于15%（引水沙限）的天数最多为30天，最少为6天，平均在17天左右；魏家堡以上多年平均径流量34.6亿立方米，常流量40~50立方米每秒，最大流量5970立方米每秒（1954年），最小流量0.23立方米每秒（1979年），多年平均含沙量6.3%，最大为50%，年含沙量大于15%的天数平均为15.4d。
导致渠道淤积的主要因素有以下几个方面：
1、长年高含沙水引水 （引水沙限15%），导致渠道淤积逐年加剧；
2、原渠道衬砌率低，尤其是塬下总干渠和支渠，大部分为土渠运行，渠道糙率大，流速过小，加之部分部分渠道及渠段原设计比降过缓，加剧了渠道淤积；
3、塬边渠道弯道多，弯道半径过小，导致水流不畅，弯道外侧淤积十分严重，尤其是塬下北干渠最为显著；
4、灌溉管理方面，一是长时间小流量运行，二是渠内杂草较多等。
为减少渠道淤积，延长渠道使用寿命，近年来，主要有以下防治措施：
1、林家村渠首家闸加坝工程的竣工，减少引水含沙量（含沙量最大5%）；
2、渠道砼衬砌率逐年提高，防止了杂草生长，减小了渠道糙率，增大了水流流速；
3、在渠道水量调节上采取"小水集中"的办法，提高流速，减少落淤；
4、通过跌水调整，增大部分渠段比降，提高水流流速，减少落淤；
5、选择合理的、最优的断面形式，确保灌溉渠道的最小流量在不小于设计流量的40%情况下，相应的最小水深不小于设计水深的70%，满足渠道冲淤平衡，减少渠道淤积。
（四） 建议
1、衬砌材料的强度、厚度宜提高；
2、加大投资力度，对塬下北干渠部分弯道段采用渡槽等建筑物裁弯取直，增大比降，以减少渠道淤积；对干支渠道加大改造力度。