目前我國防滲渠道主要采用混凝土材料制作. 雖然這種防滲渠道有很多優(yōu)點(diǎn)，但也有明顯不足，如施工受氣候、水文地質(zhì)、動(dòng)力、交通影響，施工難度大，質(zhì)量不易控制，仍有滲漏，接縫和伸縮縫難處理，在砂石料缺乏地區(qū)和偏遠(yuǎn)地區(qū)造價(jià)昂貴. 為了克服混凝土防滲渠道的缺陷，筆者在江蘇省“333 工程”培養(yǎng)基金的資助下，從1997 年開始研究采用玻璃鋼材料制作防滲渠道技術(shù). 經(jīng)過幾年試驗(yàn)，初步摸索出了玻璃鋼防滲渠道的材料配比、成型工藝、斷面形式和現(xiàn)場鋪裝技術(shù). 本文主要介紹玻璃鋼防滲渠道的制作鋪裝工藝。

1 材料選用

玻璃鋼系復(fù)合材料范疇中的一個(gè)分支，它屬于無機(jī)有機(jī)相非金屬復(fù)合材料. 玻璃鋼最顯著的特點(diǎn)是強(qiáng)度高（比普通鋼還高）、重量輕（只及鋼重的1 / 3 ~ 1 / 4），還具有良好的介電性能、耐腐蝕和抗微生物性能等. 這些優(yōu)越的性能，使其得到了廣泛的應(yīng)用.美國1904 年就在軍事工業(yè)上廣泛應(yīng)用過，我國早期也應(yīng)用于軍事工業(yè)，1950 年后開始應(yīng)用于民用工業(yè).目前玻璃鋼已廣泛應(yīng)用于民航、電器、建筑、化工、造船、汽車改裝件、城市公園藝術(shù)雕塑、電絕緣等領(lǐng)域. 適合于生產(chǎn)防滲渠道的玻璃鋼以189 樹脂和玻璃纖維布為主要原料. 189 樹脂是一種不飽和聚酯樹脂，是由乙二醇、苯酐、醋酐和順酐在160 ~ 210 ℃溫度下熔融縮聚制得的一種粘稠液體，為一種熱固性樹脂.由于其在反應(yīng)后期加入醋酐封閉了端羥基，起到了憎水作用，具有較好的耐水性. 這是筆者選用189 樹脂做防滲渠的原因. 189 樹脂制成的玻璃鋼除具有很好的防滲性能外，還具有較強(qiáng)的耐沖擊性和高承載力，其物理性能見表1。

2 斷面形式選擇和水力計(jì)算

2.1 斷面形式選擇

為了減少材料用量，提高過流能力，增強(qiáng)防滲體的穩(wěn)定性，玻璃鋼防滲渠槽斷面形式采用接近于最佳水力斷面的弧形底梯形斷面（圖1）. 因玻璃鋼渠槽自重輕、剛度小，主要是仰躺在土基上，承受渠槽外側(cè)土壓力的能力較小，所以邊坡系數(shù)的正確選擇對于提高渠槽的穩(wěn)定性非常重要. 最適宜的邊坡系數(shù)有待進(jìn)一步研究. 但根據(jù)筆者的初步試驗(yàn)，邊坡系數(shù)不宜小于0.5，最好在0.6 ~ 0.8 左右，這樣可確保渠槽穩(wěn)定、不變形。

2.2 渠道橫斷面參數(shù)及水力計(jì)算公式

a. 渠道橫斷面參數(shù)

式中：m——邊坡；b——底寬；Bw——設(shè)計(jì)水面寬度；B——渠槽口寬。

b. 水力計(jì)算公式

式中：x——濕周；A——過水?dāng)嗝娣e；R——水力半徑；V——水流速度；Q——流量。

為便于工廠化生產(chǎn)，根據(jù)我國小型灌區(qū)的特征，共設(shè)計(jì)12 種型號的玻璃鋼防滲渠系列，在糙率n = 0.010（實(shí)際糙率可能還要小，有待進(jìn)一步測定），坡降i = 1 / 3 000時(shí)，過水流量為0.041 ~ 1.105m3 / s，基本上滿足了我國斗農(nóng)級防滲渠道建設(shè)的需求. 當(dāng)渠道比降不是1:3 000 時(shí)，設(shè)比降為i'，則流速流量按下式修正：

3 玻璃鋼防滲渠的成型工藝

熱固性玻璃鋼的成型工藝一般有手糊成型和模壓成型兩種. 由于189 樹脂在室溫下即可很快固化，因此可用手糊法. 它是將玻璃纖維及其織物等增強(qiáng)材料與熱固性樹脂粘結(jié)在一起的一種無壓成型的方法. 手糊法的優(yōu)點(diǎn)是操作方便、設(shè)備簡單、不受產(chǎn)品尺寸和形狀的限制，可根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)不同厚度的增強(qiáng)材料.缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大. 由于其優(yōu)點(diǎn)突出，即使在工業(yè)發(fā)達(dá)的先進(jìn)國家仍然占據(jù)一席之地，在我國則占主要地位。

3.1 模具 手糊成型的模具，要求表面光滑無銳角、密實(shí)無孔隙、無裂縫和無凹陷等. 通過對木材、鋼材、玻璃和玻璃鋼等不同材料模具的反復(fù)對比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)玻璃鋼模最符合要求，并且造價(jià)低，成型容易. 采用玻璃鋼作為模具，汽車蠟作為脫模劑，用這種方法制作的防滲渠，渠槽光滑如鏡，行水條件較好。

3.2 原材料準(zhǔn)備

a. 玻璃布處理. 玻璃布要預(yù)先經(jīng)過脫蠟、表面處理，在使用前保持不受潮濕、不污染油垢. 如果玻璃布已經(jīng)采用浸潤劑處理過，則不必脫蠟. 表面處理的目的是增加玻璃鋼的抗老化性能. 玻璃纖維經(jīng)過化學(xué)處理后，處理劑以一種聚合的多分子層薄膜覆蓋在玻璃纖維表面上. 這層薄膜不但可以改善玻璃纖維與樹脂界面狀態(tài)，增強(qiáng)界面粘結(jié)力，而且對玻璃纖維本身的抗老化性能產(chǎn)生一定影響，因而與玻璃鋼的抗老化性能有密切關(guān)系. 一般不用處理劑的玻璃鋼制品，在空氣中放置6 ~ 12 個(gè)月后，其強(qiáng)度往往下降到原來的60%左右，然后基本穩(wěn)定，這是空氣中的水分侵入樹脂與玻璃布的界面引起脫粘所致. 處理劑可以阻止水分的侵入，使樹脂和玻璃布保持原來的粘合狀態(tài)，所以使用處理劑的玻璃鋼制品，放置一年后，其強(qiáng)度下降很少. 因此，玻璃布的浸潤處理具有重要的意義.

處理劑的種類很多，主要有兩大系列，即硅烷耦聯(lián)劑和鈦酸酯耦聯(lián)劑，目前有幾十個(gè)品種，我國常用的有沃蘭、KH—550、KH—560 等，而對于不飽和樹脂玻璃鋼最適宜的還是沃蘭和KH—560. 在使用時(shí)，先把處理劑配成一定濃度的水溶液，然后將玻璃纖維布浸到處理液中，一般30 ~ 60 s 內(nèi)處理劑就可被吸附到玻璃布表面上。

b. 樹脂膠液配制. 樹脂膠液配方中主要成分有189 樹脂、103 膠衣樹脂、促進(jìn)劑、固化劑、碳酸鈣粉和無機(jī)顏料等. 在配制時(shí)，根據(jù)用量的多少在配料桶中倒入189 樹脂，然后放進(jìn)一定數(shù)量的促進(jìn)劑、碳酸鈣粉和無機(jī)顏料，攪拌均勻，在使用時(shí)再分批加入固化劑，隨用隨加，不可一次配制加入固化劑的膠液太多，因?yàn)檫@樣會(huì)影響玻璃鋼的質(zhì)量. 另外應(yīng)特別注意，固化劑和促進(jìn)劑不可直接混合，否則會(huì)產(chǎn)生劇烈反應(yīng)而發(fā)生爆炸。

3.3 玻璃鋼板糊制

玻璃鋼防滲渠采用直接在U 形玻璃鋼模板上糊制的方法生產(chǎn). 玻璃鋼渠道一般采用“三布四膠”，即三層玻璃絲布，四層樹脂膠液，厚度可達(dá)5mm 左右. 在糊制玻璃鋼板之前，應(yīng)先將模具清掃干凈，并噴一層汽車蠟. 制作玻璃鋼板的過程是，先噴涂一層樹脂，然后鋪第一層玻璃布，再噴涂一層樹脂，再鋪一層玻璃布，再噴第三層樹脂，并鋪第三層玻璃布，最后再噴涂一層樹脂收面. 在操作過程中應(yīng)注意玻璃布要浸透樹脂，并排除氣泡. 糊制好后，在室溫通風(fēng)條件下2 ~ 3 h 即可脫模。

3.4 膠衣樹脂噴涂

為了防止玻璃纖維外露，增強(qiáng)防滲渠槽的耐候性和耐腐蝕性，改善制品的外觀，應(yīng)在防滲渠槽的內(nèi)壁噴涂一層膠衣樹脂，厚度為0.32 ~ 0.5mm ，可以用噴槍噴涂，也可以用毛刷涂刷，后者簡單易行。

3.5 定型加固處理

玻璃鋼防滲渠槽雖然強(qiáng)度高，抗沖擊能力強(qiáng)，但剛度較小，容易變形、失穩(wěn). 為了提高玻璃鋼防滲渠槽的剛度，保持渠槽的穩(wěn)定、不變形，需加固處理. 加固處理主要有兩種方法：一種是加定型箍；另一種是加枕梁.定型箍圍系在玻璃鋼渠槽的外側(cè)，起肋梁的作用. 為了便于與渠槽粘結(jié)，定型箍也采用同質(zhì)玻璃鋼材料，橫斷面尺寸5 cm × 4 cm 左右，間隔1 ~ 1.5m.枕梁采用鋼筋混凝土材料，尺寸隨渠道斷面不同有所差別，一般為8 cm × 4 cm. 枕梁放置在玻璃鋼渠槽兩側(cè)壓頂?shù)南旅?，采用鉚釘將其與渠槽固定成一體. 枕梁除起穩(wěn)定玻璃鋼渠槽不變形的作用外，還增加了渠槽的自重，防止防滲體漂浮、滑動(dòng)。

4 玻璃鋼防滲渠現(xiàn)場鋪裝

a. 渠基處理與開挖. 不管是新建渠道還是老渠道改造，鋪設(shè)玻璃鋼防滲渠槽時(shí)都要對渠基進(jìn)行處理. 對于新建渠道，往往是填方渠道，填筑土方時(shí)，一定要注意邊填邊夯實(shí)，分層夯實(shí)的厚度不超過30 cm，渠道填好后再洇水濕陷. 對于老渠道改造，首先要清除舊渠道里的雜草、樹根和淤泥，然后將老渠道開挖成臺階狀，再在上面夯填新土. 對于斗農(nóng)級中小渠道，為了保證渠基的穩(wěn)定，最好將舊渠全部回土填實(shí)，然后重新開挖. 開挖土渠槽時(shí)，首先要做好測量、放線、打樁工作，保證渠道走向和高程準(zhǔn)確無誤. 開挖渠槽時(shí)可以先開挖毛坯，再將與玻璃鋼渠槽外周尺寸一樣的楔模放入渠槽，將兩邊空隙用細(xì)土回填洇水搗實(shí). 這種方法做成的土渠基，不僅尺寸十分吻合貼切，而且土渠基密實(shí)穩(wěn)定。

b. 玻璃鋼渠槽鋪設(shè). 土模挖好后，即可進(jìn)行玻璃鋼渠槽鋪設(shè). 鋪設(shè)時(shí)，先將玻璃鋼渠槽放入土槽中，如果土槽與渠槽不吻合，需要對土槽進(jìn)行修整. 修整好后，將渠槽放入土槽，踩壓定型箍所在的位置，使定型箍在土槽上留下壓痕. 這時(shí)把渠槽再拿出來，用小鏟子在壓痕處挖一與定型箍尺寸相同的溝槽，然后再把玻璃鋼渠槽放入，使定型箍放在挖好的溝槽內(nèi)，并把渠槽壓緊，使之與土槽貼合在一起. 按照這種方法依次把渠槽放入土槽. 每兩節(jié)玻璃鋼渠槽接頭處搭接5 cm 左右，并且使上游的一節(jié)壓在下游一節(jié)的上面。

c. 接頭處理. 渠槽就位后，即可對接頭進(jìn)行處理，首先用電鉆在兩塊渠槽搭接處打3 ~ 5 個(gè)孔，用鉚釘把兩塊渠槽固定起來，然后把接頭處打掃干凈，刷一層樹脂膠液，再鋪一層玻璃布，最后再刷一層樹脂膠液，使整個(gè)玻璃鋼防滲渠成為一個(gè)整體。

d. 枕梁的安裝. 在玻璃鋼渠槽就位前，先將枕梁安放就位. 在渠槽就位并且處理好接頭后，即可用鉚釘將渠槽和枕梁鉚固起來，鉚釘間距1.5 ~ 2.0m 為宜，并應(yīng)進(jìn)行防銹處理。

e. 與建筑物的連接. 玻璃鋼防滲渠與渠上建筑物的連接選用環(huán)氧砂漿作為連接材料. 將環(huán)氧砂漿涂在連接處，待其固化后即可. 這樣不僅大大提高了連接處的強(qiáng)度，而且使玻璃鋼渠槽與建筑物平滑連接，既減少了水頭損失，又提高了渠道的美觀程度。

5 玻璃鋼防滲渠道的優(yōu)越性

a. 優(yōu)良的防滲性能. 玻璃鋼制作防滲渠道，只要接頭以及與建筑物的連接處理恰當(dāng)，可達(dá)到絕漏的要求.實(shí)際操作中，玻璃鋼渠槽接頭用玻璃鋼膜封住，與建筑物的連接用環(huán)氧砂漿涂糊，因此可以說玻璃鋼防滲渠幾乎不漏水.實(shí)際測試表明，玻璃鋼防滲渠每公里的輸水損失小于千分之一，比混凝土防滲渠的防滲效果好得多。

b. 長久的使用壽命. 以189 樹脂為原料制成的玻璃鋼具有卓越的物理性能和優(yōu)良的耐老化性能，廣泛用于制造小型漁船、游船、海上救生艇和海上追逐艇. 我國1964 年以189 樹脂為原料生產(chǎn)的966 號工作艇已在海水中浸泡了30 年，目前還在服役.70 - 1 號玻璃鋼工作艇在長江內(nèi)河使用，經(jīng)10 年后切割取樣測試，其彎曲強(qiáng)度保留率81% . 據(jù)《中國玻璃鋼工業(yè)大全》介紹，玻璃鋼在水中浸泡20 年后仍有80% 的使用壽命. 以上資料顯示，用189 樹脂生產(chǎn)的玻璃鋼防滲渠具有很強(qiáng)的耐老化性能，其使用壽命至少可保持20 年. 采用103 膠衣樹脂作為保護(hù)層的玻璃鋼渠，使用壽命更長。

c. 良好的過流條件. 目前，我國的防滲渠大部分都是混凝土渠，其糙率在0. 015 左右，而玻璃鋼防滲渠由于在制造時(shí)模板為玻璃鋼板，表面很光滑，據(jù)保守估計(jì)，其糙率不超過0. 01. 在渠道斷面和比降相同的情況下，玻璃鋼渠的流速比混凝土渠的流速高50%，過流能力也提高50% . 換句話說，滿足同樣的過流要求， 玻璃鋼渠的斷面可以比混凝土渠斷面縮小30%左右。

d. 低廉的造價(jià). 就江蘇省而言，玻璃鋼防滲渠造價(jià)在32 ~ 35 元/ m2 左右，混凝土防滲渠造價(jià)30 ~ 38元/ m2，兩者價(jià)格很接近. 但通過同樣的流量，玻璃鋼渠的斷面比混凝土渠斷面小得多，因而同樣過流能力的渠道，玻璃鋼渠投資比混凝土渠低. 據(jù)初步資料分析，玻璃鋼渠比混凝土渠節(jié)省投資10% ~ 20% . 以流量0.45m3 / s、比降1 / 3 000 的渠道為例，混凝土渠造價(jià)100 元/ m 左右，而玻璃鋼渠造價(jià)85 元/ m 左右. 如果今后大面積推廣，并且采用工廠化、機(jī)械化、大規(guī)模生產(chǎn)，則成本將進(jìn)一步降低. 在砂石料缺乏地區(qū)和偏遠(yuǎn)地區(qū)，玻璃鋼防滲渠的價(jià)格優(yōu)勢更明顯。

e. 施工維修方便. 玻璃鋼防滲渠很適合于工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場鋪設(shè)簡單方便，工效高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，5 人一組一個(gè)工作日可以鋪設(shè)300m，比混凝土渠工效提高3 倍以上. 此外，由于玻璃鋼渠現(xiàn)場鋪設(shè)周期短，可以避免混凝土防滲渠現(xiàn)場澆筑受氣候、灌溉輸水、地下水位、能源、交通等方面的限制。玻璃鋼防滲渠維修也十分方便. 維修時(shí)，只需在破損面上像補(bǔ)補(bǔ)釘一樣糊上玻璃鋼，防滲渠就能恢復(fù)正常功能. 而且，修補(bǔ)的厚度也可以根據(jù)破壞程度和面積靈活掌握，可以采用“一布二膠”，也可采用“二布三膠”，甚至“三布四膠”。

f. 減少占地. 玻璃鋼防滲渠輸水阻力小，側(cè)墻邊坡陡，因此渠槽斷面很窄，可以極大地節(jié)省耕地. 玻璃鋼渠占地面積只及土渠的1 / 2 ~ 1 / 3，比混凝土渠還減少占地30% . 根據(jù)如皋試點(diǎn)資料，設(shè)計(jì)流量0. 1 m3 / s 的渠道，渠口寬僅1.04m，而同樣過流能力的混凝土渠和原來的土渠口寬達(dá)1.4m 和3.6m.g. 有利于促進(jìn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn). 玻璃鋼防滲渠幾乎不漏水，使灌溉水的利用效率達(dá)到95%以上，比土渠提高30 個(gè)百分點(diǎn)以上. 不僅有利于提高供水的及時(shí)性，提高灌溉保證率，而且有利于擴(kuò)大灌溉面積，特別是有利于發(fā)展旱改水，這對于提高糧食產(chǎn)量、增加農(nóng)民收入、加快脫貧致富奔小康的步伐具有十分重要的意義。