山西省夾馬口一級干渠設計方案選擇

郭紅爭

（運城市水利勘測設計研究院，運城 044000）

夾馬口引黃灌區是山西省一座大型提水灌區，1958年動工興建，1960年開始上水，灌區灌溉面積2.2×104hm2，設計流量12.5m3/s，為解決峨嵋臺垣上3.33×104hm2農田灌溉問題，2007年對灌區進行了改擴建，擴建灌區灌溉面積2.7×104hm，新增提水流量12m3/s。擴建后的一級干渠設計流量為24.5m3/s，原渠道為梯形斷面，預制砼板防滲，經過多年運行，防滲板損壞，渠堤沉陷，漏水嚴重，且渠道斷面滿足不了輸水要求。本次渠道改造工程，對斷面形式、防滲材料及施工工藝等方面都經過慎重比選，以確保工程安全，高效運行。該工程于2008年年底完工，經過一年的運行，渠道內基本無淤積，而且砼防滲面光滑，沒有出現裂縫，得到管理單位的好評，給灌區帶來了巨大的社會效益。

1 防滲斷面形式的選擇

夾馬口一級干渠過水流量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，同時減輕渠道凍脹破壞，延長工程壽命。水力計算采用明渠均勻流計算，我們選擇了弧形底梯形、弧形坡腳梯形、梯形、復式梯形四種斷面進行比較，斷面圖見圖1、2、3、4，水力要素比較表見表1，優缺點比較見表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 復式梯形渠斷面

表1 夾馬口一級干渠斷面水力要素比較表

表2 夾馬口一級干渠斷面優缺點比較表

從表2可以看出：復式梯形斷面口寬大，占地多，施工不便，其余三種斷面形式水力要素都比較接近，梯形渠道施工簡便，但由于輸送的是高含沙量的黃河水，易淤積。弧形底梯形渠和弧形坡腳梯形渠適應凍脹變形的能力強，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及我市夾馬口、大禹渡灌區得到了普遍應用，積累并研制了一套完整的施工經驗和設備，但弧底半徑均小于3m，渠深也不超過3m，本次一級干渠的斷面已超過以往斷面，為了保證工程質量，在渠道防滲材料、止水材料及施工技術的選用上都經過慎重的比選。而弧形坡腳梯形渠在我市還未采用過，施工質量不易保證，故本次改造選用弧形底梯形斷面。

2 防滲材料的選擇

夾馬口一級干渠采用10cm厚現澆C20砼防滲，下部鋪設滌綸長絲復合土工膜（400g/m2）。滌綸長絲復合土工膜主要優點如下：

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

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

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

3 伸縮縫止水材料的選擇

灌區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，有的造價高，有的施工技術復雜，且均需要二次鑿縫進行伸縮縫施工，不能很好地解決工程施工中存在的問題，難以保證工程質量，導致伸縮縫處滲漏現象較為嚴重。本次一級干渠每隔4m設一道橫向伸縮縫，在弧形底與兩側斜直段相交的地方設縱向伸縮縫，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，造價低，止水效果好。

4 施工技術

4.1 渠道基槽的填筑與開挖

夾馬口一級干渠改造是在舊渠道上進行，由于原渠道為預制砼梯形斷面，經近50年運行，渠道淤積嚴重，預制砼板凍損破壞嚴重。渠道基槽處理工序為：首先全斷面清淤，其次拆除所有砼板并清基30cm厚，最后對弧形底部分分層回填并碾壓，斜直段填筑時先將渠槽開臺（后開50cm）后再回填，回填時超出設計斷面50cm，然后碾壓，每層鋪土厚度不大于30cm。填至設計高程再用機械輔以人工開挖設計斷面并修整。

4.2 土工膜的加工和鋪設

經理論計算，考慮到實際應用的安全系數，夾馬口一級干渠選用一布一膜復合土工膜，上層為400g/m2的滌綸長絲土工布，下層為0.25mm厚的聚氯乙烯膜。該工序包括剪裁、接縫、鋪設等項工作。為確保工程質量，對土工膜的加工和鋪設制定了一套嚴格的制度。

①剪裁：成卷的復合土工膜料應根據鋪膜基槽斷面尺寸的大小及每段長度剪裁。縱向鋪設時，首先按基槽的斷面尺寸計算所需膜料的幅數。橫向鋪設時，以鋪設基槽斷面的長度為一幅。剪裁的長度應以5m為宜（大于橫向伸縮縫間距 4m）。

②接縫：復合土工膜連接方法有焊接法和粘結法，由于夾馬口一級干渠均在冬季施工，粘結施工質量不易保證。本次夾馬口一級干渠復合土工膜連接采用焊接法，焊接時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，以此檢查其焊縫質量。

③鋪設：基槽檢驗合格后，在基槽表面灑水濕潤，以保證膜料能緊密地貼在基床上。縱向鋪設時，將按設計尺寸加工的大幅膜料疊成“琴箱”式，先橫向放在下游槽內，再將一端與先鋪好的膜料在現場焊接，再向上游拉展鋪開。橫向鋪設時，由渠道一岸經渠底向另一岸鋪設。總之，鋪膜的速度應和澆筑的速度相配合，當天鋪膜，當天澆筑好砼板，以免膜料裸露時間過長。并保證伸縮縫與土工膜接縫相錯開，鋪設時應留有約1.5%的富裕度，避免應力集中，同時便于搭接。

4.3 現澆砼的澆筑

為確保砼防滲渠道的防滲效果及耐久性，除了正確合理的設計外，還必須提高施工技術水平，確保施工質量，做到優質、經濟、安全。

通過對寶雞峽灌區的調研，夾馬口一級干渠的施工采用了比較先進的滑膜施工設備，確保了工程質量和進度。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，再進行澆筑。斜直段模具仍為鋼模，采用液壓自動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，不準在膜上卸放帶尖的鋼釬等，以保護土工膜不被損壞。最后要做好養護工作。因為是冬季施工，應用塑料布及草簾共同保溫，必要時應做暖棚并加溫。

5 結論

夾馬口一級干渠設計及施工中采用了新材料、新技術、新工藝，對提高防滲工程質量、加快施工進度、降低工程造價、提高工程效益起到了良好的作用，大大提高了灌區渠系水利用系數，節水效果十分顯著，為今后的渠道防滲工程提供了寶貴經驗。