細石砼砌卵石襯砌渠道在達坂城阿克蘇灌區中的應用

張 峰

（烏魯木齊市水利勘測設計院（有限責任公司），新疆 烏魯木齊 830001）

1 工程概況

阿克蘇河灌區位于達坂城區境內，距烏魯木齊市區119 km，距達坂城城區24 km。經過近幾十年的建設，完成了灌區引水渠首、輸水干渠、配水支渠、斗渠、農渠渠系工程的總體布局，布局基本合理，使灌區農業經濟發展有了基本保證。阿克蘇渠首于1972 年修建在阿克蘇河出山口位置，屬底格欄柵式引水閘式引水渠首。渠首的右邊部分為15 m 寬的底格欄柵式引水閘，中間部分為4 m 寬的2 孔泄洪閘，左邊部分為30 m 長的豎向側堰，設計引水流量8 m3/s，泄洪流量202 m3/s。阿克蘇干渠起點位于阿克蘇河渠首引水口，末端位于五岔口分水閘，全長11.78 km，始建于1972 年，為細石砼砌卵石弧形底梯形斷面渠道，原設計輸水流量8 m3/s。由于渠道年久失修，于20 世紀90 年代對破損嚴重渠段進行維修，維修長度2.5 km。阿克蘇河水量不均，3 月～5 月的河道天然徑流量僅在年徑流量的6.9%，屬枯水期。由于沒有水庫調節，所以春旱現象時有發生。渠道修建時建設標準較低，經過40 多年運行，渠道已接近設計壽命。渠道沖刷磨損嚴重，渠道部分斷面卵石松動、脫落、渠底坍塌，渠系建筑物建設標準低，閘門及啟閉設備損毀嚴重，閘門嚴重漏水，大部分農橋橋板開裂、卵石脫落。

2 渠道設計

2.1 渠道襯砌材料

由于灌區屬于工程性缺水地區，水資源節約利用尤為重要，因此對渠道防滲性能要求很高，盡可能的減少渠道滲漏等輸水損失[1-4]。根據該地區的地形條件、天然建筑材料及施工難度，提出以下三種渠道襯砌方案進行比較：方案一，細石砼砌卵石襯砌（見圖1）；方案二，現澆砼板襯砌；方案三，底板現澆砼，邊坡預制砼板襯砌。

1）方案一：細石砼砌卵石襯砌

根據規范，當渠道水流含推移質較多且粒徑較大時，渠道防滲結構厚度宜增加10%～20%。本方案渠道防滲結構采取細石砼砌卵石，渠底及邊坡采用C25F200W6 細石砼砌卵石，厚40 cm～50 cm，渠道邊坡1∶1.5。

圖1 渠道施工現場

2）方案二：現澆砼板襯砌

該方案渠道襯砌形式為：當渠道流速v＜3 m/s 時，邊坡和渠底均采用厚度為10 cm 的現澆混凝土板；當渠道流速3 m/s＜v＜4 m/s 時，渠底現澆混凝土板加厚2 cm，邊坡不變。采用現澆砼板襯砌，渠道糙率小，有良好的抗沖和防滲性能，有較強的耐久性，但該地區缺水，拌和混凝土的水需購買拉運，在不影響灌溉用水的情況下，工期較緊。

3）方案三：底板現澆砼板，邊坡為預制砼板襯砌

該方案渠道襯砌形式為：當渠道流速v＜3 m/s 時，邊坡和渠底均采用8 cm 厚混凝土板，邊坡采用預制板，渠底采用現澆板；當渠道流速3 m/s＜v＜4 m/s 時，渠底加厚2 cm，邊坡不變。采用現澆+預制砼板襯砌形式，渠道糙率小，有良好的抗沖和防滲性能，有較強的耐久性。同樣，該地區缺水，拌和混凝土的水需購買拉運，工期較緊。

4）方案比選

三個方案比選結果見表1。由表1 可知：為可保證渠道安全運行、方便管理、節省投資，同時考慮灌區已建防滲渠襯砌材料，本次渠道襯砌形式采用方案一。細石砼砌卵石渠道的允許不沖流速為3 m/s～5 m/s。

表1 渠道襯砌材料方案比選表

2.2 渠道縱、橫斷面

1）縱斷面：縱坡按照地形并參照原有縱坡確定。為避免渠道流速過大，本次通過適當調整設計渠道縱坡降低渠道流速，最大流速取值為2.31 m/s～3.94 m/s。

2）橫斷面：由于弧形底梯形斷面最大的優點就是水力條件好，流量變幅較大時水流較平穩，抗凍脹效果好，其缺點是弧形底梯形斷面流速較大，容易被推移質泥砂磨損，弧形渠底施工較復雜；梯形斷面水力條件不如弧形底梯形斷面，其優點是流速較低，可分散推移質泥砂，相對弧形底梯形渠道渠底坡腳的磨損較小、抗沖性好、結構較優。因此，本文結合各橫斷面型式的優缺點，考慮已建渠道斷面的形式，對渠道斷面較大的干渠采用水力條件較好的弧形底梯形斷面，其余各支渠采取梯形渠道斷面。

3 細石砼砌卵石襯砌渠道施工

3.1 施工工序

本工程細石砼砌卵石是整個工程的核心，組織好卵石備料、砌筑施工是順利完成整個工程施工的關鍵。因此施工中應以細石砼砌卵石為重點，同時組織好其它工序的平行施工，本工程施工程序初擬如下：①套襯渠道施工工序：施工準備—沖洗老渠面—灌細石砼墊層施工—渠底及邊坡細石砼砌卵石—現澆砼封頂板—渠堤外邊坡休整—清除施工垃圾—完工。②新建渠線施工工序：施工準備—清基、清廢—渠道開挖填筑碾壓—渠底及邊坡細石砼砌卵石—現澆砼封頂板—渠堤外邊坡休整—清除施工垃圾—完工。

3.2 土方工程施工

土方施工主要產生在渠道開挖和回填過程中，機械采用挖斗為1 m3反鏟挖掘機，將表層0.4 m 的廢土清除，上部土層全回填至渠道外邊坡，下部戈壁土除用于渠身回填，多余部分采用就近平整。渠底及邊坡土方開挖至設計斷面前應預留0.15 m厚土作為保護層，在襯砌結構施工前用人工清至設計斷面并夯實，夯實相對密度≥0.75，回填采用推土機推土，震動碾夯實。

3.3 細石砼砌卵石施工

①墊層施工：墊層為原渠道與改建渠道之間的找平層，采用C25 細石砼找平，用高壓水槍沖洗老渠道襯砌表面，沖洗干凈后，澆筑C25 細石砼墊層。②砌筑要求：吊線構造，垂直交錯，砌筑密實，填充牢固，采用大塊封邊，表面平整，力求美觀。③砌體質量要求：大小均勻，質地堅硬，無風化、裂紋和殘茬等。卵石的尺寸應在35 cm～40 cm之間。不允許有寬度大于1.5 cm，長度大于0.5 m 的連續接縫，浮石，空隙和連續接縫。砌體厚度的允許偏差是設計厚度的±10%。用2 m 直尺測量坡度的平整度，不平整度不超過1 cm。④在鋪設卵石之前，應將卵石表面沖洗干凈并且內部飽和不吸水，但使其外表面干燥。在砌筑過程中保持砌體表面濕潤。⑤基礎壓實后的相對密度≥0.75 時，再進行卵石砌筑。在鋪設卵石之前，應先鋪設5 cm 的細石混凝土，然后再鋪設卵石。用手將卵石的大頭朝下、小頭朝上放置，將其擠壓在三個側面上，并在六個側面上傾斜。卵石長邊應垂直于渠道的底部或渠邊。不要用錘子敲擊，以免擾動。將卵石擺好后，將C25F200W6 細石混凝土倒入卵石的縫隙中，然后人工搗實。基礎表面上的細石混凝土厚度應為石材的高度為1/3～1/2，每層的厚度應為3 cm～5 cm，隨鋪細石混凝土隨砌卵石，應在卵石間縫隙用細石混凝土填充滿并插搗密實，不得無漿干靠。嚴禁先鋪卵石，再用細石混凝土灌縫。⑥砌體的外露面為2 cm～3 cm，應平坦、美觀。外露面的接縫處應有大約4 cm的間隙。水平和垂直接縫的寬度為1.5 cm。⑦砌體施工因某種原因中途停止，細石混凝土已超過初始凝固時間，應當在砌體的細石混凝土強度應達到2.5 MPa 后才能繼續施工。在繼續砌筑之前，應清除原砌體表面的浮渣，并用水沖洗干凈。砌筑時，應避免下部砌體受到振動。細石凝結超過初始凝固時間時應視為廢料進行處理。⑧卵石勾縫采用細石混凝土漿。勾縫前必須清潔接縫，清理深度為20 cm～40 cm，用水沖洗，使接縫保持濕潤。砂漿應次密實地填充到接縫中，并確保沒有裂紋和剝離現象。禁止勾假縫或凸縫。勾縫表面開始初凝后，應覆蓋草簾并澆水養護以保持砌體表面濕潤，勾縫應垂直，水平和對角線對齊。

4 結論

通過對渠道襯砌材料方案進行比較，細石砼砌卵石結構具有運行安全、渠道襯砌材料來源廣泛、渠道維修方便、維護費用較低、工程造價低等優點，結合當地已建工程資料，選定細石砼砌卵石襯砌結構，并對渠道縱、橫斷面進行設計，可為該項目順利實施提供可靠的支撐，為類似地區的渠道設計提供有益的參考。