混凝土貼面漿砌石在灌區節水改造中的應用

王建新

在灌區節水改造實施過程中，渠道防滲襯砌形式直接影響工程的壽命和防滲效果。洪水河灌區地處北方寒冷地帶，冬季長達4個月之久，渠道防滲襯砌結構的凍脹破壞是一個較突出的問題。改建前，灌區內的渠系均為20世紀60～70年代修建的漿砌卵石渠道，80年代興建了一批混凝土預制板支渠和斗渠，從運行情況分析，漿砌石渠道抗凍性能優于混凝土預制板，其主要缺點是糙率大（糙率系數為0.023～0.0275），對面層石料的選料要求較高，石料的利用率不高；底腳縫易淘刷進而破壞渠底，維修頻繁。混凝土預制板渠道抗凍性能差，板間縫受凍脹應力影響易開裂，造成混凝土預制板脫落，防滲效果下降，渠道耐久性差。針對上述問題，在灌區續建配套與節水改造渠道防滲結構設計上，本著因地制宜的原則，對普通漿砌石進行了改進：即利用灌區內豐富的卵石資源，根據各級渠道渠床地質條件、水流條件、抗凍脹效果、施工難易程度、結構美觀等方面綜合考慮，在不同級別的渠道上采用改進后的混凝土貼面漿砌石防滲護面，斷面選型以弧形底梯形、梯形圓弧坡角形、拋物線型為主，形成了干、支、斗三級渠道曲線形的最佳斷面組合，渠道的抗凍、抗滲、水力學條件得到了明顯改善。

一、混凝土貼面漿砌石防滲結構

1.混凝土貼面漿砌石防滲結構

防滲結構厚度的確定須同時滿足抗凍、抗滲要求。對于Ⅰ、Ⅱ類強凍脹土基，渠底部及渠頂以下渠深的2/3處總厚度按渠道類別，干渠取35cm，支渠、斗渠取28～30cm，漸變到封頂為20～25cm。面層混凝土厚度根據灌區節水改造工程實踐，取值一般在3～5cm，厚度如果過大，一是不經濟，二是漿砌石和混凝土的線脹系數不一致，會因溫度不均造成溫度應力疊加致使面層混凝土開裂。在側向排水條件好的Ⅲ、Ⅳ類弱凍脹土基，透水性強的沙土類及砂礫石基礎上，總厚度以滿足現行規范要求為宜。

對Ⅰ、Ⅱ類強凍脹土基進行換基處理，置換材料為φ30～50mm河卵石，置換厚度分兩種情況：平行于等高線（東西向）布置的渠道考慮陰坡的遮蔭，渠底部65cm，陰坡上部40cm，陰坡下部70cm，陽坡上部30cm，陽坡下部50cm。垂直于等高線（南北向）布置的渠道，坡面上部30cm，坡面下部、渠底部50cm。

渠道每5m設伸縮縫一道，縫寬2cm，瀝青水泥砂漿嵌縫（重量配合比為：水泥∶瀝青∶砂子=1∶2∶4），縫面灌2cm厚聚氯乙烯泥止水。

2.砌筑材料

砌筑材料采用細粒混凝土砌筑，混凝土骨料最大粒徑20mm，強度等級C15，使用標號為R425普通硅酸鹽水泥，水灰比控制在0.5～0.55。貼面混凝土與漿砌石砌筑材料一致，強度等級C15，水灰比控制在0.45～0.5。對于有推移質泥沙的渠道，為提高渠道的抗沖、抗磨性能，護面混凝土強度等級采用C20。

二、主要施工工藝

和常規渠道施工工序一樣，首先進行渠道開挖和邊坡整理，然后進入渠底置換料，并夯筑，渠坡置換料隨邊坡砌筑高度隨砌隨填，以免占用砌體空間，以保證砌體厚度。渠底置換料夯填后即可進入混凝土貼面漿砌石施工，主要工藝如下：

1.安置樣模

為保證設計的曲面輪廓幾何尺寸準確，在實踐中總結了樣模掛線法，即根據渠道的設計尺寸，將曲線部分（圓弧形或拋物線等）加工成預制樣模，樣模寬度10～12cm，高度以設計渠底厚度的1/2為宜，強度等級不低于面層混凝土標號，每隔10～15 m放置一個，以不拖線為宜，用同標號混凝土固定。樣模作為結構的一部分不拆除。

2.砌石施工

渠底曲線部分砌石用灌漿法砌筑，渠坡采用座漿法，渠底、渠坡砌石連續完成，不留施工冷縫。砌石頂面以上預留面層混凝土厚度。砌筑前洗凈石料，自下游向上游方向襯砌，先中間、后兩邊沿圓弧切線砌石，每一塊砌石要與相同位置的圓弧切線垂直，大頭向下，小頭向上，三角縫，六面靠，垂直于弧面不傾斜；頂面要平整，起伏誤差不得大于5mm。細礫混凝土一次性灌漿，要求灌漿飽滿、密實。

3.面層混凝土施工

清理砌筑好的砌石表面浮渣，用清水濕潤然后刷素水泥漿一道，將拌和好的面層混凝土按先渠底后渠坡的施工順序一次澆筑成型，然后在樣模上掛線手工修坡。面層混凝土拌和要嚴格控制水灰比，流動性不可過大。

三、應用條件與技術方法

1.干渠混凝土貼面漿砌石防滲護面

干渠流量在5～12m3/s，在水力學計算滿足《渠道防滲工程技術規范》（SL18-91）規定的不沖流速的條件下，斷面宜選擇弧形底梯形，弧形底弦長1.8～2.2m，邊坡系數m=1～1.25，圓心角77°～90°，圓弧半徑127.3～176.1cm，弓高37.3～38.6cm，斜邊長度根據實際流量確定。當弧形底梯形斷面不能滿足不沖流速的條件下，可選用梯形圓弧坡角形斷面，底寬2.0～2.4m，邊坡系數m=0.75～1。

2.支、斗渠混凝土貼面漿砌石防滲護面

支、斗渠流量在0.5～1.2m3/s之間，在Ⅲ、Ⅳ類弱凍脹土基條件下，選擇弧形底梯形斷面，弧形底弦長0.5～1.0m，邊坡系數m=0.5～0.9，圓心角96°～127°，圓弧半徑27.95～67.27 cm，弓高15.45～22.27cm，斜邊長度根據實際流量確定。Ⅰ、Ⅱ類強凍脹土基，推薦使用拋物線形斷面，拋物線方程y=0.05×2（cm）。在側向排水條件好、透水性強的沙土類及砂礫石基礎上，建議使用“U”形或混凝土預制塊等其他形式的防滲護面。

四、應用情況

洪水河灌區在灌區節水改造實施過程中，于1996年首先應用混凝土貼面漿砌石防滲護面技術，改建益民東干渠上段5km（0+000～5+000弧形底梯形斷面，Q=12.0m3/s，i=0.01 ～0.017），經兩個凍融循環后全渠檢查，護面結構完好，貼面混凝土無裂紋、起鼓現象，而且外觀精美，被上級業務部門譽為“精品工程”。自1998～2002年，陸續改建了干渠下段10km,支渠7條16km，配套斗渠5條7.5km，運行至今無維修。

通過已建工程運行情況看，混凝土貼面漿砌石防滲護面具有如下特點：

（1）施工簡單，材料利用率高，相對于普通漿砌石造價低。以益民東干十一支為例，在流量（Q=0.6m3/s）、砌石厚度相等的條件下，貼面式漿砌石護面（弧形底梯形斷面）與普通漿砌石護面（梯形斷面）相比，過水面積減小41.89%，渠內流速增大88.61%，每米造價降低15.01%（19.63元）。

（2）抗滲效果優于普通漿砌石。每公里滲漏損失流量小50%。

（3）外觀上石面不外露，適宜于各種成型流線型造型，水力學條件優越。

（4）較普通漿砌石渠道而言，輸水時間短，灌水輪期平均縮短1.5d。

由此可見，貼面式漿砌石護面技術具有明顯的技術經濟優勢，在灌區節水改造中具有一定的應用前景和推廣價值