浅议混凝土面板防渗渠在叶河灌区的运用

2022-10-07

混凝土面板是渠道节水防渗的主要形式之一, 这种防渗形式不仅施工工艺简单、造型美观、造价低廉, 而且防渗固坡、节水效果较好, 无需特别的管理养护。它不但提高了渠道的过水能力、挟砂能力和抗冲能力, 而且节省了渠道历年来除障清淤和水毁工程等繁重的维修养护费用。通过近几年实测资料表明, 做了混凝土衬砌护面与未做 (原来土渠) 相比较, 可以减少渗水损失85%～90%左右, 防渗效果很好。另外, 混凝土衬砌防渗不仅便于管理养护, 而且经久耐用, 对于降低灌水成本起到了很好的作用。同时渠道渗漏的减少对地下水补给的减少, 对控制沿渠地下水位和防止渠道两边耕地盐碱化起到了很好的防治作用。

1 现浇混凝土面板防渗渠在技术上的可行性

混凝土护面的渠道在叶河灌区推广的过程中遇到最主要的问题是容易受到地基土冻胀破坏和推移质磨损破坏。流域灌区的霜冻期虽不尽相同, 但平均冻深多在70cm左右, 渠道大多为半挖半填式, 地下水埋藏较深, 地基土水分主要是靠地面渗水的补给, 在渠道浇筑混凝土面层以后, 可以切断这部分入渗水量, 在混凝土板下面铺设一层厚25cm～45cm的戈壁石垫层后, 基本上可以控制地基土冻胀对渠道的影响;叶尔羌河灌区已修建了拦河及半拦河形式的引水渠首有叶尔羌河上的喀群渠首、勿甫渠首、民生渠首、艾力克塔木渠首、提孜那甫河上的江卡渠首、红卫渠首、黑孜阿瓦提渠首、汗克尔渠首、乌鲁克河上的乌夏巴什渠首共9座, 待建的有叶尔羌河上的中游渠首、依干其渠首2座, 渠首工程的修建, 对灌区引清水起到了很好的作用, 无推移质进入引水渠道, 仅有部分悬移质进入灌区, 对混凝土板护面不会造成磨损破坏。

叶尔羌河流域内已建成的混凝土面板防渗渠很多, 像灌区内喀群一级水电站引水渠, 泽普总干渠, 莎车县阿拉买提干渠、吾坦其力克干渠等。叶尔羌河流域管理局1997年6月13日及1997年7月23日对喀群一级水电站引水渠进行了测验, 喀群一级水电站引水渠为现浇混凝土板水工膜防渗, 上下断面间距为9km, 测量渠段内无进出水量。测量采用流速仪法, 测量结果见表1。

经测定, 泽普总干渠渠道水利用系数为99.07%, 年节水量为2290万m3[2]。因此, 现浇混凝土板防渗渠道具有很好的防渗效果, 在叶尔羌河流域具有广泛的应用前景。

2 混凝土板防渗渠道的设计

2.1 渠道断面形式

叶尔羌河灌区地势由西南向东北倾斜, 地表广布全新统 (Q4) 的冲洪积的卵砾石和砂壤土, 粉细沙层的沉积, 土壤有砂壤土、粘壤土和砂土, 灌溉渠道普遍采用梯形断面。在上个世纪八、九十年代根据不同渠道的土质、水深和过水能力等进行了边坡稳定分析, 选择了最优水力断面。对喀什地区莎车县米夏干渠等流量在8m3/s～15m3/s的灌溉渠道边坡采用1∶1.5～1∶1.75。后来对干渠进行混凝土护面的时候, 我们在保持原有断面不变的前提下, 对渠底和边坡交界处渠中冲塌部分进行了修改, 渠底宽在原来的基础上又加大了0.5m, 边坡由原来的1∶1.75改为1∶1.5, 过流能力明显强于土渠。渠道垂高定为2m, 混凝土护面坡长由原来的4m减少到3.5m。由此可见, 混凝土护面既经济又加大了渠堤面宽, 通过比较, 混凝土护面后渠道淤积很少, 过流能力可高出土渠50%左右[1]。

2.2 护面混凝土标号的确定

叶尔羌河流域灌区深居内陆的塔里木盆地, 由于受周围高山的环抱, 阻碍了海洋性潮湿气候的进入, 是典型的大陆性干旱气候。多年平均气温11.4℃, 极端最高气温41.5℃, 最低气温-23.5℃, 常年无霜期214.7天。对混凝土的抗冻性依据中华人民共和国水利水电行业标准《渠道防渗工程技术规范》 (SL-18-91) 的要求, 混凝土强度标号为C20, 抗冻标号为F150, 抗渗强度为W6;现浇混凝土板采用Ⅱ级配, 水泥采用普通硅酸盐水泥, 对于地下水较高并且含盐量较高地段采用抗硫酸盐水泥。为了提高混凝土的抗冲性、抗渗性和耐久性, 一般控制砂率是在30%～35%左右, 水灰比不大于0.55。

2.3 衬砌厚度的确定

在土壤的冻融作用、渗透压力、浮托力和不均匀沉陷下, 衬砌混凝土可能受到弯矩的作用, 通过内力计算, 在叶河灌区我们拟定混凝土衬砌厚度见表。

2.4 衬砌体抗冻胀设计

在季节性冻土地区, 细粒土壤中的水分在冬季负温条件下结成冰晶, 使土壤体积膨胀, 地面隆起, 这种现象称为土壤的冻胀。在渠道衬砌的条件下, 因衬砌层约速了土体的冻胀变形而产生了巨大的推力, 称为冻胀力。由于冻胀力的作用, 常常衬砌护面会破坏。因渠道断面各部位接受太阳辐射不均匀, 各处温度有所不同, 土壤的冻深和冻胀量也不同, 一般渠底和阴坡的冻胀量大于阳坡。渠床渗漏和地下水上升毛管水的补给影响, 使渠床下部土壤的含水量高于上部, 增加了下部土壤的冻胀量。因而, 渠道的冻胀破坏以渠底和渠坡下部较为严重。

显而易见, 防治渠道冻胀破坏措施分为减轻土壤冻胀力和增强衬砌结构抵抗和适应变形的能力。在叶尔羌河灌区, 一般采用戈壁垫层置换原渠床的冻胀性土, 戈壁垫层不仅本身无冻胀, 而且能排除渗水和阻止下卧层水分向表层冻结区迁移。

戈壁垫层置换厚度根据《渠道防渗技术规范》SL18—91中第9.3.5条, 采用换填比法进行计算:

a.设计冻深计算:

根据《渠系工程抗冻胀设计规范》SL23—91中第2.1.3条,

式中:工程地点的标准冻深H0 (根据第2.1.1条多年平均冻深作为标准冻深) 。

Kp:按GB50288—99第2.0.5条规定, 依据本渠道建筑物级别。频率模比系数按2.1.4条据图2.1.4查得P=10%曲线。

Kd:考虑日照及遮荫程度的修正系数, 按2.1.5条选定。

Kz:地下水影响系数, 按2.1.6条确定。

垫层厚度依据以下公式计算:

换填厚度=设计冻深×换填比-防渗层厚度。

在叶尔羌河灌区, 地下水一般埋藏较深, 一般采取25cm～45cm戈壁垫层置换渠底土壤, 避免冬季输水等措施来减轻土壤的冻胀力。

2.5 伸缩缝齿墙的设置

衬砌混凝土受温度变化的影响, 加上混凝土本身的收缩, 基础土壤浸水后膨胀、不均匀沉陷、冬天结冰、夏天暴晒等可能出现裂缝, 为了解决这些问题, 必须布置纵、横向伸缩缝。依据所建工程情况, 横缝间距一般设为3m, 纵缝设置在坡脚处, 对底宽较大的渠道在坡脚和底板均要设置纵缝, 间距一般为3m～5m, 现浇混凝土板分缝止水采用闭孔板嵌缝, 聚氨酯填实, 缝宽1cm。

为了保证混凝土护坡的稳定, 便于新增设施与原土基结合, 在衬砌顶部设置20×25cm的齿墙伸入土体, 在坡脚处设置30×40cm的齿墙, 兼作基础墩脚的作用。

3 现浇混凝土护面的施工

混凝土浇筑前, 首先要清除原渠道中的杂物和淤泥, 对局部因水流冲刷造成的塌陷、洼坑, 要分层填土、夯实、整平。否则, 极易出现裂缝。完成上述工作以后, 按设计要求的断面尺寸测量放线。开挖齿槽和排水沟, 在排水沟里填筑砂石滤料, 在边坡上铺平砂砾石垫层, 在合适的位置埋设裹好的滤水管, 安装好分缝材料就可以进行混凝土的浇筑、机械振捣、人工抹面。如果发现渠坡表面较干燥要先淋水润湿。浇筑顺序为先渠底后渠坡, 先边坡下部后边坡上部依次浇筑。

在项目的实施过程中, 还要对护面进行防冻养护的管理。为了保证混凝土表面光滑, 增加防渗性能, 采用原浆抹面。混凝土护面浇筑七天内, 洒水养护的同时, 护面上应覆盖砂、麦秸或稻草等, 以确保养护质量。冬天, 在浇筑护面混凝土时, 用草袋遮盖住浇筑完的混凝土, 防止冰冻破坏。除了技术上的因素外, 还要加强建设方、设计方、监理方和施工方的联系和协调, 确定实施方案后, 必须严格按照相关的规范、规程进行操作, 各施其责, 相互配合, 防止出现纰漏, 力争优良工程。

4 结语

叶尔羌河灌区的常规性节水改造工程虽积累了一些经验, 但节水工程也是在不断的探索之中。因此, 对冻融变形、混凝土渠道地下水位高的衬砌坡面冻胀变形等问题有待进一步研究解决。

摘要：新疆叶河灌区是一个纯灌溉农业区, 多年以来由于渠道防渗率低, 灌溉方式单一, 田间管理水平低, 造成灌区本来就缺乏的水资源更为紧张, 农作物因得不到适时、适量的灌溉, 农业单产、总产受到制约。而要解决灌区农业缺水问题, 必须进行节水, 走节水型农业的道路。随着塔里木河流域近期综合治理项目的进一步实施, 叶河灌区的用水必须严格实行合理的调度, 积极推行节水灌溉, 努力提高渠系水的利用系数。这就需要在渠道断面上采取多种措施防渗, 混凝土面板防渗是叶河灌区普遍采取的一种。

关键词：混凝土面板,防渗渠,叶河灌区,运用