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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。