渠道襯砌防滲技術(shù)在新疆灌區(qū)的應(yīng)用

□ 馬 瑛（水利水電科學(xué)研究院）

0 引言

新疆地區(qū)屬于內(nèi)陸干旱區(qū)域，平均降水量稀少，降水多分布在冬季非灌溉季節(jié)，雨水補(bǔ)給灌溉較少，但是年蒸發(fā)量卻很大，往往是降水量的十到幾十倍。因此新疆灌區(qū)是一個(gè)純灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)。多年來，在該灌區(qū)內(nèi)存著一些問題，包括渠道防滲低、灌溉方式單一、管理水平低，從而造成該灌區(qū)在水資源稀少的情況下，進(jìn)一步擴(kuò)大水源緊張的局面。水資源的緊張使得田間農(nóng)作物無法得到適時(shí)、適量的灌溉，從而使得新疆地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量得到大大的限制。因此，為了能夠擺脫水資源緊張的問題，新疆地區(qū)必須堅(jiān)持走節(jié)水型農(nóng)業(yè)的道路。對(duì)于新疆地區(qū)的用水應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行科學(xué)合理的調(diào)度制度，努力提高渠系水的利用系數(shù)，這就要求在新疆灌區(qū)渠道斷面的施工上采取相應(yīng)的防滲技術(shù)，其中襯砌的防滲技術(shù)是其中的一個(gè)有效的措施。

1 工程概況

本工程為新疆地區(qū)某一干渠防滲改造工程。渠首站設(shè)計(jì)提水能力為20.60m3/s，灌區(qū)面積達(dá)到8000km2。由于本工程渠系采用的是土質(zhì)渠道，在輸水工程中出現(xiàn)了大量的水源損失現(xiàn)象，根據(jù)相關(guān)的檢測，本工程的水利用系數(shù)僅為0.40左右。因此為了提高本工程的節(jié)水效益，需要對(duì)該渠道采取現(xiàn)澆混凝土襯砌防滲節(jié)水改造，這樣才能確保灌溉率，為該灌區(qū)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提高良好的基礎(chǔ)。

2 技術(shù)可行性

現(xiàn)澆混凝土襯砌具有施工操作簡答、工程造價(jià)低、防滲效果好、節(jié)水能力高等特點(diǎn)，通常情況下這種襯砌的使用壽命可以達(dá)到30年，這樣不僅提高了渠道的使用效果，同時(shí)還能減少日常的維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。經(jīng)過相關(guān)的檢測可以知道，現(xiàn)澆混凝土襯砌減少滲水損失可達(dá)到85%～90%之間，同時(shí)具有很好的防滲效果。在采用現(xiàn)澆混凝土襯砌重點(diǎn)需要考慮的一個(gè)問題是該襯砌地基的移動(dòng)破壞和推移質(zhì)磨損破壞。本工程的灌溉渠道大部分為填方渠道，地下水埋藏深淺不一。地基土的水分補(bǔ)給主要是依靠地面滲水，當(dāng)在渠道內(nèi)現(xiàn)澆混凝土面層之后即可截?cái)噙@部分補(bǔ)給。在地下水埋藏深度較淺的地段，為了避免地下水對(duì)渠道的不利影響，在混凝土板下鋪設(shè)一層墊層。

3 施工技術(shù)

3.1 渠道斷面形式

本工程所處地區(qū)為南高北低，渠道總體沿著西北方向傾斜。地表土主要為新生代內(nèi)陸沉積土。在該地區(qū)主要采用的灌溉渠道為梯形截面。在本工程原設(shè)計(jì)中，經(jīng)過對(duì)土質(zhì)、水深以及過水能力等方面的研究分析之后，選擇了最優(yōu)水利斷面。根據(jù)干渠流量的不同，土灌渠邊坡采用不同的坡度，如表1所示。在現(xiàn)澆混凝土襯砌防滲節(jié)水改造工程中，采取的新的設(shè)計(jì)方案為:對(duì)干渠進(jìn)行混凝土處理，在保持?jǐn)嗝娌蛔兊那闆r下，對(duì)渠底和邊坡進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚瑢⑶椎膶挾燃哟?.50m，將邊坡的坡度調(diào)整為1:0.75～1:0.50之間，經(jīng)過改造后的渠道其過流能力得到了明顯的提高。渠道垂直高度取為1.50m，混凝土護(hù)面坡長取為原來的6倍。

表1 渠道邊坡坡度表

3.2 混凝土的選擇

本工程所處灌區(qū)年平均氣溫為6.50℃，極端最低氣溫為-36.80℃，極端最高氣溫為41℃。平均年降水量僅為180mm，年蒸發(fā)量高達(dá)2383.30mm，多年無霜期為177d。因此在本工程中進(jìn)行混凝土施工需要重點(diǎn)考慮的是其抗凍性能。為了確保混凝土的抗動(dòng)性、抗?jié)B性以及耐久性能夠滿足設(shè)計(jì)要求，本工程所采用的混凝土應(yīng)滿足表2所示的指標(biāo)要求。本工程附近存在一條河流，該河內(nèi)的混合砂數(shù)量較大且集中，開采較為方便，同時(shí)混合砂的級(jí)配能夠滿足施工要求，因此可以混凝土可以采用混合砂作為原材料，這樣可以充分發(fā)揮資源優(yōu)勢，有效地降低工程造價(jià)。灌區(qū)內(nèi)的渠道防滲工程盡量使用河內(nèi)的混合砂作為施工材料。而在其他類似工程則采用碎石和砂配比，工程成本較大，本工程中采用混合料代替碎石、砂，每方混凝土的工程成本可以降低15%左右。

表2 混凝土技術(shù)指標(biāo)要求表

3.3 護(hù)面厚度的確定

對(duì)于工程中的襯砌混凝土，其主要受到的彎矩作用所涉及到的影響因素包括土壤的凍融、滲透壓力、浮托力以及不均勻沉陷作用等，經(jīng)過相關(guān)的內(nèi)力和穩(wěn)定計(jì)算之后，最終確定的本工程混凝土襯砌厚度為:在黃土、黏土的挖方渠段，混凝土的襯砌厚度取為8～10cm，在密實(shí)的砂土挖方渠段，襯砌厚度則取為10～15cm。

3.4 伸縮縫和排水系統(tǒng)

在渠道防滲襯砌中需要重點(diǎn)解決的一個(gè)問題是伸縮縫的設(shè)計(jì)和施工。在以往的防滲襯砌施工過程中，為了能夠降低工程費(fèi)用，采取的伸縮縫往往為橫向形式，縫之間的間距控制在10m，分縫止水采用的是瀝青木板嵌縫，但是這種形式的伸縮縫容易引起防滲的破壞，這是因?yàn)闉r青容易受到溫度的影響，混凝土?xí)a(chǎn)生收縮變形，同時(shí)容易出現(xiàn)不均勻沉陷問題。總結(jié)本地區(qū)類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，在本工程的渠道防滲襯砌改造中，采取的伸縮縫為現(xiàn)澆墊層支座，其具體的施工方案為:在土渠中開挖土槽，其尺寸為厚0.10m，寬0.20m，接著先澆一期混凝土支座墊層，其尺寸為厚0.10m，寬0.20m，然后在混凝土支座上按先后的順序刷涂一層瀝青、鋪設(shè)一層油毛氈、再刷涂一層瀝青。現(xiàn)澆渠道混凝土在墊層中部設(shè)置施工縫搭接澆筑即可。

3.5 護(hù)面施工

在混凝土正式澆筑之前，應(yīng)先對(duì)渠道進(jìn)行清理，將其中的雜物和淤泥等清除干凈，同時(shí)對(duì)渠道內(nèi)的崩陷以及坑洼等不平整問題進(jìn)行修補(bǔ)，采取的措施為分層填土、夯實(shí)以及整平，這樣可以減少裂縫出現(xiàn)的可能。清理和修補(bǔ)工作完成之后，即可根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求進(jìn)行斷面尺寸的測量放線，接著進(jìn)行齒槽和排水溝的開挖施工，然后在排水溝里填筑砂石濾料，在邊坡上設(shè)置砂石墊層，在適當(dāng)?shù)奈恢锰幝裨O(shè)濾水管，在伸縮分處安裝瀝青杉板和模板，最后即可正式進(jìn)行混凝土的澆筑施工。在進(jìn)行混凝土的澆筑施工，應(yīng)按照先渠坡、后渠底、先渠坡上部、后渠坡上部的順序進(jìn)行。

在混凝土的施工過程中，為了提高混凝土的抗?jié)B性能，可以采取的措施為:在模板內(nèi)鋪設(shè)一層鐵皮或者塑料膜，這樣可以有效的提高混凝土表面的光滑度，同時(shí)提高過水能力。此外，當(dāng)混凝土初凝完成2-3h之后方可進(jìn)行模板的拆除，這樣可以方便進(jìn)行模板接頭和轉(zhuǎn)彎段的修整。當(dāng)混凝土澆筑完成之后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)的期間內(nèi)在混凝土表面覆蓋一層砂、稻草等材料，這樣確保提高混凝土的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，從而提高混凝土抗?jié)B性能。

4 結(jié)語

針對(duì)新疆地區(qū)降水量稀少，解決渠道防滲是當(dāng)前重點(diǎn)考慮的問題之一。尤其是提高渠系水的利用系數(shù)，要求在新疆灌區(qū)渠道斷面的施工上采取相應(yīng)的防滲技術(shù)，其中襯砌的防滲技術(shù)是其中的一個(gè)有效的措施。文章通過從渠道斷面形式、混凝土的選擇、護(hù)面厚度的確定等方面進(jìn)行闡述，希望能對(duì)類似工程起到借鑒作用。

[1]閆立齊.渠道襯砌防滲抗凍中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及防滲措施[J].山西建筑，2012（05）:28-34.

[2]程亞春.渠道襯砌防滲及抗凍技術(shù)在灌區(qū)的應(yīng)用[J].技術(shù)與市場，2012（06）:28-34.