山西省夾馬口一級(jí)干渠設(shè)計(jì)方案選擇

郭紅爭(zhēng)

（運(yùn)城市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，運(yùn)城 044000）

夾馬口引黃灌區(qū)是山西省一座大型提水灌區(qū)，1958年動(dòng)工興建，1960年開始上水，灌區(qū)灌溉面積2.2×104hm2，設(shè)計(jì)流量12.5m3/s，為解決峨嵋臺(tái)垣上3.33×104hm2農(nóng)田灌溉問(wèn)題，2007年對(duì)灌區(qū)進(jìn)行了改擴(kuò)建，擴(kuò)建灌區(qū)灌溉面積2.7×104hm，新增提水流量12m3/s。擴(kuò)建后的一級(jí)干渠設(shè)計(jì)流量為24.5m3/s，原渠道為梯形斷面，預(yù)制砼板防滲，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，防滲板損壞，渠堤沉陷，漏水嚴(yán)重，且渠道斷面滿足不了輸水要求。本次渠道改造工程，對(duì)斷面形式、防滲材料及施工工藝等方面都經(jīng)過(guò)慎重比選，以確保工程安全，高效運(yùn)行。該工程于2008年年底完工，經(jīng)過(guò)一年的運(yùn)行，渠道內(nèi)基本無(wú)淤積，而且砼防滲面光滑，沒有出現(xiàn)裂縫，得到管理單位的好評(píng)，給灌區(qū)帶來(lái)了巨大的社會(huì)效益。

1 防滲斷面形式的選擇

夾馬口一級(jí)干渠過(guò)水流量24.5m3/s，縱坡1/4000，糙率為0.015（采用砼防滲），邊坡為1：1.25，斷面形式可選用梯形（包括弧形底梯形、弧形坡腳梯形）及復(fù)式斷面。選擇合理的斷面形式，既可改善水流條件，減少淤積，又能減少土方工程量，降低工程投資，同時(shí)減輕渠道凍脹破壞，延長(zhǎng)工程壽命。水力計(jì)算采用明渠均勻流計(jì)算，我們選擇了弧形底梯形、弧形坡腳梯形、梯形、復(fù)式梯形四種斷面進(jìn)行比較，斷面圖見圖1、2、3、4，水力要素比較表見表1，優(yōu)缺點(diǎn)比較見表2。

圖1 弧形底梯形渠斷面

圖2 弧形坡腳梯形渠斷面

圖4 梯形渠斷面

圖4 復(fù)式梯形渠斷面

表1 夾馬口一級(jí)干渠斷面水力要素比較表

表2 夾馬口一級(jí)干渠斷面優(yōu)缺點(diǎn)比較表

從表2可以看出：復(fù)式梯形斷面口寬大，占地多，施工不便，其余三種斷面形式水力要素都比較接近，梯形渠道施工簡(jiǎn)便，但由于輸送的是高含沙量的黃河水，易淤積?；⌒蔚滋菪吻突⌒纹履_梯形渠適應(yīng)凍脹變形的能力強(qiáng)，水力條件好，但弧形底梯形斷面更接近最佳水力斷面，流速分布更均勻，易于挾沙，可減少渠道淤積；且渠底有一定的反拱作用，故可減輕砼的凍脹破壞，減少裂縫和移位，另外，近幾年弧形底梯形斷面在陜西寶雞峽灌區(qū)及我市夾馬口、大禹渡灌區(qū)得到了普遍應(yīng)用，積累并研制了一套完整的施工經(jīng)驗(yàn)和設(shè)備，但弧底半徑均小于3m，渠深也不超過(guò)3m，本次一級(jí)干渠的斷面已超過(guò)以往斷面，為了保證工程質(zhì)量，在渠道防滲材料、止水材料及施工技術(shù)的選用上都經(jīng)過(guò)慎重的比選。而弧形坡腳梯形渠在我市還未采用過(guò)，施工質(zhì)量不易保證，故本次改造選用弧形底梯形斷面。

2 防滲材料的選擇

夾馬口一級(jí)干渠采用10cm厚現(xiàn)澆C20砼防滲，下部鋪設(shè)滌綸長(zhǎng)絲復(fù)合土工膜（400g/m2）。滌綸長(zhǎng)絲復(fù)合土工膜主要優(yōu)點(diǎn)如下：

1）防滲效果好，垂直滲透系數(shù)為2×10-11cm/s，耐靜水壓力 P≥0.5MPa。

2）強(qiáng)度高，延伸率低，抗拉、抗裂性能強(qiáng)。斷裂強(qiáng)力F1≥5.0kN/m，CBR頂破強(qiáng)力F2≥1.1kN。

3）延長(zhǎng)了渠道的使用壽命。膜料防滲層不透水，可減輕渠道凍脹破壞，減少渠道裂縫，延長(zhǎng)了工程壽命。

3 伸縮縫止水材料的選擇

灌區(qū)以往大多采用瀝青砂漿、油氈、聚氯乙烯膠泥等作為伸縮縫止水材料。但這些材料有的性能差，有的造價(jià)高，有的施工技術(shù)復(fù)雜，且均需要二次鑿縫進(jìn)行伸縮縫施工，不能很好地解決工程施工中存在的問(wèn)題，難以保證工程質(zhì)量，導(dǎo)致伸縮縫處滲漏現(xiàn)象較為嚴(yán)重。本次一級(jí)干渠每隔4m設(shè)一道橫向伸縮縫，在弧形底與兩側(cè)斜直段相交的地方設(shè)縱向伸縮縫，止水材料選用一種新型防水材料--聚乙烯閉孔板，臨水側(cè)2cm深用1：1：4瀝青水泥砂漿封口。這種止水材料施工方便，一次施工成形，不需二次鑿縫，造價(jià)低，止水效果好。

4 施工技術(shù)

4.1 渠道基槽的填筑與開挖

夾馬口一級(jí)干渠改造是在舊渠道上進(jìn)行，由于原渠道為預(yù)制砼梯形斷面，經(jīng)近50年運(yùn)行，渠道淤積嚴(yán)重，預(yù)制砼板凍損破壞嚴(yán)重。渠道基槽處理工序?yàn)椋菏紫热珨嗝媲逵伲浯尾鸪许虐宀⑶寤?0cm厚，最后對(duì)弧形底部分分層回填并碾壓，斜直段填筑時(shí)先將渠槽開臺(tái)（后開50cm）后再回填，回填時(shí)超出設(shè)計(jì)斷面50cm，然后碾壓，每層鋪土厚度不大于30cm。填至設(shè)計(jì)高程再用機(jī)械輔以人工開挖設(shè)計(jì)斷面并修整。

4.2 土工膜的加工和鋪設(shè)

經(jīng)理論計(jì)算，考慮到實(shí)際應(yīng)用的安全系數(shù)，夾馬口一級(jí)干渠選用一布一膜復(fù)合土工膜，上層為400g/m2的滌綸長(zhǎng)絲土工布，下層為0.25mm厚的聚氯乙烯膜。該工序包括剪裁、接縫、鋪設(shè)等項(xiàng)工作。為確保工程質(zhì)量，對(duì)土工膜的加工和鋪設(shè)制定了一套嚴(yán)格的制度。

①剪裁：成卷的復(fù)合土工膜料應(yīng)根據(jù)鋪膜基槽斷面尺寸的大小及每段長(zhǎng)度剪裁?？v向鋪設(shè)時(shí)，首先按基槽的斷面尺寸計(jì)算所需膜料的幅數(shù)。橫向鋪設(shè)時(shí)，以鋪設(shè)基槽斷面的長(zhǎng)度為一幅。剪裁的長(zhǎng)度應(yīng)以5m為宜（大于橫向伸縮縫間距 4m）。

②接縫：復(fù)合土工膜連接方法有焊接法和粘結(jié)法，由于夾馬口一級(jí)干渠均在冬季施工，粘結(jié)施工質(zhì)量不易保證。本次夾馬口一級(jí)干渠復(fù)合土工膜連接采用焊接法，焊接時(shí)的搭接寬度一般不小于10cm，并采用雙焊縫焊接。施焊溫度為180°C～220°C，焊縫兩道，每道寬 10mm，兩道焊縫間有 12mm寬的空腔，以此檢查其焊縫質(zhì)量。

③鋪設(shè)：基槽檢驗(yàn)合格后，在基槽表面灑水濕潤(rùn)，以保證膜料能緊密地貼在基床上?？v向鋪設(shè)時(shí)，將按設(shè)計(jì)尺寸加工的大幅膜料疊成“琴箱”式，先橫向放在下游槽內(nèi)，再將一端與先鋪好的膜料在現(xiàn)場(chǎng)焊接，再向上游拉展鋪開。橫向鋪設(shè)時(shí)，由渠道一岸經(jīng)渠底向另一岸鋪設(shè)。總之，鋪膜的速度應(yīng)和澆筑的速度相配合，當(dāng)天鋪膜，當(dāng)天澆筑好砼板，以免膜料裸露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。并保證伸縮縫與土工膜接縫相錯(cuò)開，鋪設(shè)時(shí)應(yīng)留有約1.5%的富裕度，避免應(yīng)力集中，同時(shí)便于搭接。

4.3 現(xiàn)澆砼的澆筑

為確保砼防滲渠道的防滲效果及耐久性，除了正確合理的設(shè)計(jì)外，還必須提高施工技術(shù)水平，確保施工質(zhì)量，做到優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、安全。

通過(guò)對(duì)寶雞峽灌區(qū)的調(diào)研，夾馬口一級(jí)干渠的施工采用了比較先進(jìn)的滑膜施工設(shè)備，確保了工程質(zhì)量和進(jìn)度。首先施工弧形底，模具為鋼模，配以附著式振搗器，采用隔箱澆筑。其次施工斜直段，施工前先將弧底砼面清理干凈并夾好聚乙烯閉孔板，再進(jìn)行澆筑。斜直段模具仍為鋼模，采用液壓自動(dòng)行走附著式振搗的方式，要求施工人員必須穿膠底鞋或軟底鞋，不準(zhǔn)在膜上卸放帶尖的鋼釬等，以保護(hù)土工膜不被損壞。最后要做好養(yǎng)護(hù)工作。因?yàn)槭嵌臼┕?，?yīng)用塑料布及草簾共同保溫，必要時(shí)應(yīng)做暖棚并加溫。

5 結(jié)論

夾馬口一級(jí)干渠設(shè)計(jì)及施工中采用了新材料、新技術(shù)、新工藝，對(duì)提高防滲工程質(zhì)量、加快施工進(jìn)度、降低工程造價(jià)、提高工程效益起到了良好的作用，大大提高了灌區(qū)渠系水利用系數(shù)，節(jié)水效果十分顯著，為今后的渠道防滲工程提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。