老挝色萨拉龙灌溉工程渠道衬砌施工技术

2023-03-02

1 工程简介

老挝色萨拉龙灌溉工程位于老挝沙湾拿吉省ThaPang Thoong地区, 是老挝国家经济“七五”规划 (2011-2015年) 中的重点民生工程。该工程由心墙堆石坝、水库、无闸开敞式溢洪道、取水建筑物、渠道及渠系建筑物等组成, 其主要功能为农田灌溉, 兼有渔业养殖、输水、防洪等功能, 建成后可解决色萨拉龙河下游约2 000 hm2农田灌溉、18个村庄的生活用水及5家小型工厂生产用水的需求。该工程的灌溉渠系布置为干、支、斗三级渠道, 其中干渠总长12.85 km, 桩号范围:M0-900~M11+980。支渠共三条, 分别为SC1、SC2和SC3, 总长度约12 km。斗渠41条, 总长度约28 km, 其中砖砌明渠18 km, 低压管道10 km。干渠过水断面为倒梯形, 渠底宽2 m, 渠深1.9 m, 内坡比1∶1, 顺水流方向比降1/1 000~1/2 000。

渠道沿线的土层主要为冲积、坡残积物。冲积层岩性主要为灰黄色粉砂、粉土, 厚度0.3~1.0 m;坡残积岩性主要为红褐色砂质黏土及黏土, 厚度2~4 m。渠道基础的土层主要为粉质黏土, 夹杂少量砂质黏土。试验检测发现, 部分渠基黏土中含有蒙脱石等矿物颗粒, 局部土质有一定的膨胀性、分散性。

2 渠道总体施工方案

针对渠道施工的难点和重点, 灌溉渠道系统的总体施工方案为:渠道及渠系建筑物 (渡槽、倒虹吸及涵洞等) 穿插施工, 在低洼处进行土方回填, 再进行渠道设计断面开挖, 后对渠道断面铺设土工膜并进行混凝土衬砌, 最后进行渠堤整理及边坡支护作业。施工时, 将渠道人为划分为若干段, 组织多个工作面同时施工, 形成流水作业, 这对节约人力资源、提升施工效率、降低综合成本和确保按期完工有重要的意义。

3 渠道混凝土衬砌施工方法

该工程渠道的典型过水断面型式为倒梯形, 内边坡及渠底全部采用现浇素混凝土 (混凝土强度C20) 衬砌对渠道进行防渗。鉴于渠基局部土质具有一定的膨胀性和分散性, 为加强防渗效果, 渠道全断面都铺设复合土工膜。渠道的混凝土底板厚度为10 cm、内边坡的混凝土衬砌厚度为8 cm。为减少热胀冷缩及不均匀沉降的危害, 对混凝土衬砌面板每5 m设置一道施工缝, 缝宽3 cm。

针对该工程渠基局部土质具有分散性和膨胀性的特殊情况, 经研究在施工中采取对应措施予以预防和缓解:一是对渠堤顶部进行加宽, 水平方向铺设土工膜, 并在堤顶土工膜上覆盖约25 cm厚的当地非分散性土, 以防止降雨渗入混凝土衬砌板底部后形成扬压力, 对混凝土衬砌造成破坏;二是对于低于2 m的填方外边坡采取播种草皮的方式进行防护, 对于高于2 m的填方外边坡采用土工格室进行防护。

渠道衬砌工程 (以填方段为例) 主要包括以下内容:渠基清理→渠堤填筑→渠道断面开挖→土工膜铺设→滑膜制安→混凝土面板浇筑及养护→伸缩缝处理→渠堤修整及外边坡防护。

3.1 渠基清理

首先对即将进行渠堤填筑的渠基部位进行清理, 为确保渠基清理效果, 需要在设计填筑边线的基础上向外扩约50 cm, 渠基清理的深度约30 cm。清理范围内所有的腐殖土、树木、杂草以及含其他杂物的土料、垃圾都需要清理干净。清基以人工与机械相结合, 人工主要清理树木、杂草, 机械将清除的腐殖土、垃圾等运至指定地点堆放。清基完成后使用20 t振动碾, 对原基进行碾压 (约5遍) , 确保清基面平整, 碾压土压实度D≥90%。

3.2 渠堤填筑

在渠堤土方填筑施工前, 应先对渠堤回填土料 (非膨胀性和分散性土料) 进行试验, 根据试验结果确定施工技术参数、施工工艺及相关设备选型。一是通过标准击实试验, 确定渠堤回填土料的最优含水率为17.2%, 最大干密度为1.94 g/cm3, 确定合格干密度下的含水率区间为13%~25%。二是通过现场土料碾压试验, 确定土料经碾压达到设计压实干密度的相关施工技术参数如下:摊铺土料的厚度为35 cm, 土料最大粒径不大于5 cm;使用20 t振动碾, 采取进退错距法进行碾压, 碾压时的行车速度不超过2 km/h, 碾压次数为6遍 (静2动4) 。

土方回填铺料时从最低处开始水平上升, 自卸车卸料到作业面后, 及时用74 k W推土机摊铺、平整。通过摊铺前的测量放线, 将每一层土料的摊铺厚度控制在35cm。为保证外边坡部位的压实度, 在进行摊铺作业时, 需要在该高程对应的设计填筑边线的基础上向外扩约40 cm。为减少高温条件下土质水分蒸发, 确保碾压效果, 在摊铺作业完成后, 振动碾立即跟上进行碾压。碾压方式为振动碾沿渠道中心线方向行驶, 采用进退错距法由渠道中心线向外坡方向进行套碾, 碾迹重合的宽度控制在20~30 cm。每层土方碾压完毕后, 按照150 m2取一个点检测碾压点干密度的标准进行检验, 合格后方可进行下一步工序, 不合格的马上进行补碾或挖除。在新的土层填筑之前, 应先对已碾压好的下土层层面进行润湿处理, 再进行刨毛处理, 以便上下土层通过碾压良好结合。

3.3 渠道断面开挖

按照设计图纸要求, 对填筑到设计高程的渠堤进行测量放削坡线。渠道过水断面的开挖, 以机械开挖为主要手段, 必要时人工开挖予以辅助。断面开挖施工时, 需要在坡面上钉木桩、挂线, 专人指挥挖机, 尽量人工开挖工作量, 避免出现超挖或欠挖的情况。

3.4 复合土工膜铺设

复合土工膜施工的工序为:渠道断面修整并验收合格→土工膜铺设→裁剪→对正、搭齐→清理焊接面→焊接→检验→修补→验收。

本工程的干渠典型断面周长较小, 约为7.5 m。在土工膜采购环节, 可根据渠道断面周长及渠堤部位的尺寸, 向土工膜生产厂家定制大尺寸的复合土工膜。这样做的好处是, 在土工膜铺设过程中, 可使用直接搭接的方式, 大量减少土工膜裁剪工作量, 显著降低土工膜接缝数量, 有效提高渠道防渗能力。

使用土工膜之前, 应按照土工膜采购批次, 依次检查厂家出具的《土工织物生产许可证》《出厂合格证》及第三方出具的土工膜《检测报告》, 在上述材料齐全、有效的前提下, 对该批次土工膜进行随机抽查。如发现土工膜表面有孔眼、明显色泽差异、局部厚度明显低于技术要求的缺陷, 应作现场封存处理。

在复合土工膜正式铺设前, 再次检查复合土工膜的外观质量, 并清理渠道断面上的尖锐杂物, 减少土工膜在铺设时受损的可能性。渠道防渗土工膜的铺设方向为逆水流方向, 即自渠道的下游方向往上游方向进行铺设。相邻两块土工膜之间的连接采用搭接法, 将上游块的土工膜压在下游块的土工膜上部, 对边缘部位亦要压紧固定。在铺设渠道弯曲处的土工膜之前, 要对此部位的土工膜搭接长度进行计算, 根据计算结果预留足够的搭接长度, 以便进行裁剪。

渠道铺设土工膜时, 采取人工滚放的方式, 从左部渠堤滚放至渠底, 再从渠堤滚放至右部渠堤, 在渠坡和渠底结合部位的土工膜应预留一定长度, 并使用钢板条压平贴紧。土工膜的铺设要能适应小幅变形的要求, 但不能因过松而形成明显的褶皱。此外, 铺设过程中及时排除膜下空气, 停止排水、电焊、开挖和凿洞等可能危害土工膜安全的各种施工行为。

土工膜的焊接采用双焊缝焊接的方式进行, 双焊缝宽度为2 mm×10 mm。土工膜焊接正式施工之前, 应组织该工序作业人员接受土工膜生产厂家专业人员的指导, 开展土工膜试验性焊接 (含焊缝检测试验) , 确定焊机选型、焊接温度, 焊机行走速度等施工技术参数, 并培训熟练、合格的焊接作业人员。试验性焊接成功之后, 方可转入生产性焊接。土工膜焊接完并经质量验收合格 (充气法检测) 后, 应避免长时间的日光照射, 混凝土面板的浇筑应及时跟进, 对未能及时进行衬砌的土工膜, 应用毛毡覆盖。

3.5 滑模制安

为节约施工综合成本、加快渠道衬砌施工进度、保证渠道混凝土浇筑质量, 根据渠道设计要求, 结合施工现场条件, 经多次试验, 成功加工了12套渠道边坡滑模施工工具。

滑模施工工具由表面模板、侧模、配重装载平台、提升系统这4个部分构成, 每一部分都是钢质材料, 在施工中可以重复使用, 极大提升了材料周转率。

表面模板的加工, 采用U型扣件将4块钢模 (规格为1.25 m×1.0 m) 板依次拼接在一起, 形成一块5.0 m×1.0m的表面模板。考虑到表面模板的跨度5 m过大, 其刚度不够, 很可能在浇筑的过程中由于受力出现弯曲变形的情况, 从而影响混凝土的浇筑质量。为增加表面模板的刚度, 在表面模板的背面加焊三道0.1 m的槽钢, 每道槽钢之间的间距为0.25 m。为满足模板拼装接缝密实、平滑的要求, 表面模板制作时, 使用电焊对钢模板之间的缝隙进行焊接, 之后用磨光机打磨焊缝, 确保表面模板光滑、平整。考虑到渠坡衬砌混凝土的厚度、渠底底板的厚度有差异, 为方便在侧模部位进行调整, 故使用角钢作为侧模。

配重装载平台位于表面模板的背后, 在滑模安装后混凝土入仓前增加配重, 以克服衬砌混凝土振捣时产生的浮力。配重可选择沙袋, 根据施工需要自行调整。此外, 配重装载平台还可作为混凝土浇筑作业人员作业平台, 方便进行混凝土入仓、振捣及收光等工作。

提升系统由搭设在渠道顶部的脚手架、挂在脚手架两侧的手拉葫芦 (规格为2 t) 、连接手拉葫芦及表面模板的钢丝绳这3个部分组成。混凝土浇筑时根据需要拉动手拉葫芦, 带动表面模板沿侧模向上滑动即可。

根据设计尺寸安装滑动模板是一项重要的工作。首先, 要安装好侧模, 侧模的下端可固定在已经浇筑好的渠底衬砌板上, 但在固定时不能戳破下层的土工布。其次, 将表面模板盖在侧模之上, 在渠道顶部搭设好脚手架, 并在脚手架两端各挂一个手拉葫芦, 用钢丝绳连接表面滑模和手拉葫芦。

3.6 混凝土面板的浇筑及养护

混凝土面板的浇筑应按照设计收缩缝进行分块浇筑, 渠底和渠坡部位采用跳仓的方式错开浇筑。先浇筑渠底部位, 再浇筑渠坡部位, 最后浇筑压顶部位。已浇筑好的渠底衬砌板可以为后期渠坡浇筑时的滑模安装提供支撑。

3.6.1 混凝土入仓铺料

在拌合楼按照混凝土配合比方案进行配比, 鉴于老挝日常气温较高, 故将出仓混凝土的塌落度控制在30~40 mm。混凝土的运输采用农用翻斗车运输至浇筑仓面。卸料时, 应在渠道坡顶设溜槽, 尽量减轻卸料过程中骨料分离的状况。

3.6.2 混凝土振捣

渠底混凝土浇筑, 应在混凝土按照渠底设计高度全部铺满仓面, 并基本整平表面后, 使用平面振捣器进行振捣。平板振动器的对渠底混凝土的振捣以砼面均匀出现浆液为佳, 成排依次振捣前进。

渠坡混凝土浇筑, 采用人工协助混凝土入仓, 每层浇筑厚度应控制在30 cm左右, 使用1.1 k W插入式振捣器进行振捣。振捣合格的标准为混凝土表面冒出的气泡大量减少且开始泛浆, 不再显著下沉。

3.6.3 混凝土收面及拆模

滑动模板在混凝土开始凝固时即可通过手拉葫芦, 缓慢向渠堤提升。人工及时对外露混凝土面进行收光, 粗抹两遍, 以表面平整、出浆、无石子外露、无蜂窝麻面为宜;在混凝土初凝后, 即可对坡面进行拆模处理。拆模时, 要把模板的一侧缓慢的撬动;同时, 使用硬物敲击模板, 等模板一侧完全松动后, 对另外一侧进行拆模处理, 这样既不会干扰已浇筑成型的面板, 也能确保模板的完整。

3.6.4 混凝土养护

老挝处于热带地区, 日照强烈, 平均气温较高, 渠道的混凝土面板较薄且外露面积大, 渠道混凝土面板的养护工作在这种特殊情况下显得尤为重要。混凝土浇筑完成约12 h, 便可拆模进行养护。采用在面板上覆盖湿草帘的方式对混凝土衬砌进行养护, 并根据需要增加洒水次数, 始终保持草帘及混凝土表面保持湿润状态, 避免因水分流失造成面板表面裂缝。考虑到老挝气候炎热、干燥, 为保证混凝土浇筑质量, 混凝土面板的养护时间以40 d为宜。

3.7 伸缩缝处理

在现浇衬砌混凝土滑模安装时, 按照设计图纸在渠底、渠坡位置预留沥青杉板。混凝土达到一定强度后, 拆除沥青杉板形成伸缩缝。

伸缩缝处理之前, 应进行表面清洁处理, 除去粉尘和油污, 使缝面干燥、清洁。先人工填塞聚乙烯闭孔泡沫板, 填塞完成后用滚碾压进伸缩缝内, 并预留约2 cm的缝深。在涂胶之前, 先用毛刷涂刷底涂剂, 以消除缝面上残留的少数灰末并晾干 (约30 min) , 之后使用专用容器, 将按照配方的双组分聚硫密封胶压入缝内。

4 结语

本项目的渠道坡面使用滑动模板进行混凝土衬砌施工, 并使用土工膜加强防渗效果, 此举措不仅加快了施工进度, 还降低了综合建造成本。该项施工技术在项目实践中取得了成功, 值得在类似工程中推广和应用。

摘要：混凝土渠道衬砌是一项成熟的渠道防渗技术, 该技术在老挝色萨拉龙灌溉工程的运用中, 取得了良好的防渗效果, 有效地提高了渠道输水能力。从“渠基清理, 渠堤填筑, 渠道断面开挖, 复合土工膜铺设, 滑模制安, 混凝土面板的浇筑及养护, 伸缩缝处理”几个方面论述了混凝土渠道衬砌的施工方案及相应施工方法。

关键词：农田灌溉,渠道,土工膜,混凝土衬砌,老挝色萨拉龙灌溉工程