渠道衬砌防渗技术在新疆灌区的应用

2015-08-21水利水电科学研究院

河南水利与南水北调 2015年5期

□ 马瑛（水利水电科学研究院）

0 引言

新疆地区属于内陆干旱区域，平均降水量稀少，降水多分布在冬季非灌溉季节，雨水补给灌溉较少，但是年蒸发量却很大，往往是降水量的十到几十倍。因此新疆灌区是一个纯灌溉农业区。多年来，在该灌区内存着一些问题，包括渠道防渗低、灌溉方式单一、管理水平低，从而造成该灌区在水资源稀少的情况下，进一步扩大水源紧张的局面。水资源的紧张使得田间农作物无法得到适时、适量的灌溉，从而使得新疆地区农产品的产量得到大大的限制。因此，为了能够摆脱水资源紧张的问题，新疆地区必须坚持走节水型农业的道路。对于新疆地区的用水应严格执行科学合理的调度制度，努力提高渠系水的利用系数，这就要求在新疆灌区渠道断面的施工上采取相应的防渗技术，其中衬砌的防渗技术是其中的一个有效的措施。

1 工程概况

本工程为新疆地区某一干渠防渗改造工程。渠首站设计提水能力为20.60m3/s，灌区面积达到8000km2。由于本工程渠系采用的是土质渠道，在输水工程中出现了大量的水源损失现象，根据相关的检测，本工程的水利用系数仅为0.40左右。因此为了提高本工程的节水效益，需要对该渠道采取现浇混凝土衬砌防渗节水改造，这样才能确保灌溉率，为该灌区的农业经济发展提高良好的基础。

2 技术可行性

现浇混凝土衬砌具有施工操作简答、工程造价低、防渗效果好、节水能力高等特点，通常情况下这种衬砌的使用寿命可以达到30年，这样不仅提高了渠道的使用效果，同时还能减少日常的维修养护费用。经过相关的检测可以知道，现浇混凝土衬砌减少渗水损失可达到85%～90%之间，同时具有很好的防渗效果。在采用现浇混凝土衬砌重点需要考虑的一个问题是该衬砌地基的移动破坏和推移质磨损破坏。本工程的灌溉渠道大部分为填方渠道，地下水埋藏深浅不一。地基土的水分补给主要是依靠地面渗水，当在渠道内现浇混凝土面层之后即可截断这部分补给。在地下水埋藏深度较浅的地段，为了避免地下水对渠道的不利影响，在混凝土板下铺设一层垫层。

3 施工技术

3.1 渠道断面形式

本工程所处地区为南高北低，渠道总体沿着西北方向倾斜。地表土主要为新生代内陆沉积土。在该地区主要采用的灌溉渠道为梯形截面。在本工程原设计中，经过对土质、水深以及过水能力等方面的研究分析之后，选择了最优水利断面。根据干渠流量的不同，土灌渠边坡采用不同的坡度，如表1所示。在现浇混凝土衬砌防渗节水改造工程中，采取的新的设计方案为:对干渠进行混凝土处理，在保持断面不变的情况下，对渠底和边坡进行适当的修整，将渠底的宽度加大0.50m，将边坡的坡度调整为1:0.75～1:0.50之间，经过改造后的渠道其过流能力得到了明显的提高。渠道垂直高度取为1.50m，混凝土护面坡长取为原来的6倍。

表1 渠道边坡坡度表

3.2 混凝土的选择

本工程所处灌区年平均气温为6.50℃，极端最低气温为-36.80℃，极端最高气温为41℃。平均年降水量仅为180mm，年蒸发量高达2383.30mm，多年无霜期为177d。因此在本工程中进行混凝土施工需要重点考虑的是其抗冻性能。为了确保混凝土的抗动性、抗渗性以及耐久性能够满足设计要求，本工程所采用的混凝土应满足表2所示的指标要求。本工程附近存在一条河流，该河内的混合砂数量较大且集中，开采较为方便，同时混合砂的级配能够满足施工要求，因此可以混凝土可以采用混合砂作为原材料，这样可以充分发挥资源优势，有效地降低工程造价。灌区内的渠道防渗工程尽量使用河内的混合砂作为施工材料。而在其他类似工程则采用碎石和砂配比，工程成本较大，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 混凝土技术指标要求表

3.3 护面厚度的确定

对于工程中的衬砌混凝土，其主要受到的弯矩作用所涉及到的影响因素包括土壤的冻融、渗透压力、浮托力以及不均匀沉陷作用等，经过相关的内力和稳定计算之后，最终确定的本工程混凝土衬砌厚度为:在黄土、黏土的挖方渠段，混凝土的衬砌厚度取为8～10cm，在密实的砂土挖方渠段，衬砌厚度则取为10～15cm。

3.4 伸缩缝和排水系统

在渠道防渗衬砌中需要重点解决的一个问题是伸缩缝的设计和施工。在以往的防渗衬砌施工过程中，为了能够降低工程费用，采取的伸缩缝往往为横向形式，缝之间的间距控制在10m，分缝止水采用的是沥青木板嵌缝，但是这种形式的伸缩缝容易引起防渗的破坏，这是因为沥青容易受到温度的影响，混凝土会产生收缩变形，同时容易出现不均匀沉陷问题。总结本地区类似工程的施工经验，在本工程的渠道防渗衬砌改造中，采取的伸缩缝为现浇垫层支座，其具体的施工方案为:在土渠中开挖土槽，其尺寸为厚0.10m，宽0.20m，接着先浇一期混凝土支座垫层，其尺寸为厚0.10m，宽0.20m，然后在混凝土支座上按先后的顺序刷涂一层沥青、铺设一层油毛毡、再刷涂一层沥青。现浇渠道混凝土在垫层中部设置施工缝搭接浇筑即可。

3.5 护面施工

在混凝土正式浇筑之前，应先对渠道进行清理，将其中的杂物和淤泥等清除干净，同时对渠道内的崩陷以及坑洼等不平整问题进行修补，采取的措施为分层填土、夯实以及整平，这样可以减少裂缝出现的可能。清理和修补工作完成之后，即可根据设计图纸的要求进行断面尺寸的测量放线，接着进行齿槽和排水沟的开挖施工，然后在排水沟里填筑砂石滤料，在边坡上设置砂石垫层，在适当的位置处埋设滤水管，在伸缩分处安装沥青杉板和模板，最后即可正式进行混凝土的浇筑施工。在进行混凝土的浇筑施工，应按照先渠坡、后渠底、先渠坡上部、后渠坡上部的顺序进行。

在混凝土的施工过程中，为了提高混凝土的抗渗性能，可以采取的措施为:在模板内铺设一层铁皮或者塑料膜，这样可以有效的提高混凝土表面的光滑度，同时提高过水能力。此外，当混凝土初凝完成2-3h之后方可进行模板的拆除，这样可以方便进行模板接头和转弯段的修整。当混凝土浇筑完成之后，应及时进行洒水养护，养护的期间内在混凝土表面覆盖一层砂、稻草等材料，这样确保提高混凝土的养护质量，从而提高混凝土抗渗性能。