膨脹土地區渠道襯砌結構優化研究與應用

董戰營

【摘 要】渠道作為防滲節水工程中不可或缺的重要組成部分，能夠將水輸送到渠道當中，實現穩定的水源引入和引出。但是，國內膨脹土地區渠道襯砌結構的項目并不多見，相應的施工技術也并不十分成熟，仍然處于探索與完善當中。本文著手于膨脹土地區渠道襯砌結構的研究，結合膨脹土地區實際情況進行分析，總結膨脹土地區渠道襯砌結構優化研究與應用，為我國在渠道建造方面的能力提供理論性研究依據。

【關鍵詞】膨脹土地區 渠道襯砌結構 優化研究 應用

渠道作為防滲節水工程中不可或缺的重要組成部分，能夠將水輸送到渠道當中，實現穩定的水源引入和引出。因為膨脹土地區的土地性質特點，無法采用常規的渠道建造方法，如果采用水泥土構建渠道，不僅水泥費用會很高，并且渠道斷面較小、施工可操作性很差、施工效率低下，質量無法保證。對此，膨脹土地區渠道襯砌結構優化研究與應用顯得格外重要。

1 項目簡介

埃塞阿巴薩姆爾水電站地處典型的非洲黑棉土地帶，進場后通過實驗確定，該土屬于強膨脹土。水電站屬于引水式電站，引水明渠長4公里，渠道的原設計采用40cm水泥土護坡外加20cm干砌塊石襯砌。根據施工經驗，40cm水泥土的方案并不能保證完全解決強膨脹土的破壞問題。因為埃塞阿巴薩姆爾的水泥價格是我國國內價格3倍，所以使用水泥的建造成本也非常高，并且渠道斷面較小、施工可操作性很差、施工效率低下，質量無法保證。對此，為了更好的開展該工程，進行渠道襯砌結構優化與應用，最終實現提高施工質量的目的。

2 施工原理及方案

2.1 膨脹土治理原理

膨脹土治理的關鍵是減少膨脹土與外界水分的交換，避免膨脹土含水量的顯著變化，采用復合土工膜（兩布一膜）能夠有效隔絕膨脹土與外界水分的交換，使膨脹土含水量保持在一個相對穩定的比例，避免膨脹土發生明顯的漲縮破壞[1]。同時通過邊坡干砌石護面，增加邊坡穩定性。

2.2 施工方案

施工方案主要分三步：（1）對膨脹土的處理方法進行綜合分析。膨脹土治理方法主要有三種，即膨脹土換填、改良和隔離。本渠道引水明渠全線均為黑棉土，附近沒有非膨脹粘土料場，不具備全線換填條件[2]。（2）針對復合土工材料隔離方案，最終選定可操作性強的襯砌方案；（3）借助渠道優化方案的實施，逐漸完善施工方法和熟練施工工藝，形成應用成果。

2.2.1 復合土工材料選擇

土渠道防滲設計建議采用“SN2/PVC-16-400-0.2”的短纖針刺非織造/聚氯乙烯，兩布一膜復合土工膜，幅寬不小于5米，表面加糙。土工合成材料的材料檢驗應按GB/T17642、GB/T17688、GB/T17639、GB/T17638等相應規程規范的相關要求執行。

2.2.2 復合土工膜（兩布一膜）加干砌石襯砌方案

渠道斷面底寬3.606m，左右側邊坡與底板襯砌材料采用復合土工膜加30cm厚干砌塊石。渠道左側（山坡側）渠頂沿線設置漿砌塊石擋坎，擋坎頂部高出右側漿砌石護面頂部20cm，擋坎內每隔3m 布1 根管徑100mm 的PVC 排水管，排水管傾向渠道內，端部包有土工布反濾；右側（河道側）渠頂以上順坡開挖或回填，回填高度為渠道設計護面頂部以上1m，堤頂布置堤路，堤路寬度3m，兩側坡比均為1：1.75。渠道右側內側坡面均采用20cm 厚度的漿砌塊石防護。堤路采用火山渣路面。

2.2.3 土工布加干砌石襯砌方案

渠道斷面底寬 3.606m，左右側邊坡和底板襯砌方式為土工布加30cm厚干砌塊石。渠道左側（山坡側）渠頂沿線布置與復合土工膜方案相同，設置漿砌塊石擋坎，擋坎頂部高出右側漿砌石護面頂部20cm，擋坎內每隔3m 布1 根管徑100mm 的PVC 排水管，排水管傾向渠道內，端部包有土工布反濾；右側（河道側）渠頂以上布置同復合土工膜方案相同，順坡開挖或回填，回填高度為渠道設計護面頂部以上1m，堤頂布置堤路，堤路寬度3m，兩側坡比均為1：1.75。渠道右側內側坡面均采用20cm 厚度的干砌塊石防護。

2.2.4 滲漏試驗

在上述兩種方案施工完成后，進行儲水試驗。對渠段內注水至設計水深，觀察并記錄水面降落情況，觀察時間不少于2d。注水觀察完成后，抽干渠道內水，待渠道處于干燥、無水狀態下2d后，重新注水至設計水深，觀察并記錄水面降落情況，觀察時間不少于2d。儲水觀察試驗過程中，應確保除渠道本身，無其余滲漏通道。

通過現場試驗觀測發現，復合土工膜（兩布一膜）和土工布2個試驗段注水試驗觀測結果如下所示：復合土工膜（兩布一膜）試驗段兩次觀測水位下降高程分別為24mm和27mm，同期實測水面蒸發量約20mm，實際水位下降高度分別為4mm和7mm，平均值為5.5mm。土工布試驗段兩次觀測水位下降高度分別為135mm和145mm，扣除蒸發因素20mm，實際水位下降高程分別為115mm和125mm，平均值為120mm。

由上述觀測數據可知，復合土工膜（兩布一膜）方案防滲效果要遠遠優于土工布方案，最終采用復合土工膜（兩布一膜）方案進行施工。

3 施工結果

通過試驗段施工，復合土工材料（兩布一膜）在膨脹土地區引水明渠襯砌中應用較為成功，達到了預期效果，通過后續主體施工，進一步驗證了其工藝簡單、施工快速、施工質量易于保證、降低成本等優勢，具有良好的經濟效益和廣闊的應用前景。通過現場試驗與實際應用效果，通過對施工現場進行觀察試驗與分析，整理與對比分析總結出一整套用于渠道復合土工膜（兩布一膜）加干砌石襯砌的經濟的、可行性的施工工藝。經現場驗證，應用上述施工方法能有效解決渠道防滲、施工工期和降低施工成本等問題。

4 結語

綜上所述，國內膨脹土地區渠道襯砌結構的項目并不多見，相應的施工技術也并不十分成熟，仍然處于探索與完善當中。因為該工程規模較大，施工周期較長，受氣候、天氣、地下水、土質狀況等不良因素的影響，為施工帶來了許多的困難。

參考文獻：

[1]陳晨.南水北調中線工程大型渠道施工技術研究[D].蘭州：蘭州交通大學，2015.

[2]王丹.輸水渠道襯砌結構凍害防治及優化設計研究[D].大連：大連理工大學，2013.