漿砌卵石在固化渠道設(shè)計中的應(yīng)用

周永軍

（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，832002，烏魯木齊）

卵石作為一種砌石防滲材料，具有抗沖、耐磨、經(jīng)濟等優(yōu)點，在我國被廣泛應(yīng)用，卵石襯砌渠道取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，為灌區(qū)發(fā)展發(fā)揮了巨大作用。新疆和田地區(qū)工程建設(shè)初期從河床中大量撿集和開挖卵石料。本文以“策勒縣戰(zhàn)斗渠節(jié)水改造設(shè)計”為例，對現(xiàn)狀干砌卵石渠道破損原因進行分析。利用卵石抗沖耐磨的特點，采用軟陡渠道縱坡以減少落差建筑物，根據(jù)當(dāng)?shù)刎斄x擇漿砌卵石襯砌渠道，既經(jīng)濟又安全。

一、工程概況

新疆和田地區(qū)策勒縣戰(zhàn)斗渠位于昆侖山北麓，塔克拉瑪干沙漠南緣，努爾河中下游西側(cè)沖洪積礫質(zhì)平原上。戰(zhàn)斗渠修建于1960年，渠道通過努爾河渠首引努爾河水，承擔(dān)著向下游灌區(qū)2.47萬hm2農(nóng)田的灌溉及生態(tài)輸水任務(wù)，渠道全長85.14km。戰(zhàn)斗渠設(shè)計流量30 m3/s，加大流量35 m3/s。

戰(zhàn)斗渠上段11.227 km縱坡較陡渠段斷面為梯形，渠底寬4～6 m，平均渠深1.8 m，渠道襯砌材料以干砌卵石為主。渠道運行時間長久，渠道破損滲漏嚴重。南疆是生態(tài)脆弱、缺水地區(qū)，為滿足灌區(qū)發(fā)展，策勒縣根據(jù)當(dāng)?shù)刎斄Σ捎靡怨ごc的方式對該渠道分段、分期進行改造。

二、工程地質(zhì)

勘察渠段沿線地貌為山前沖洪積礫質(zhì)傾斜平原，在探坑揭露深度5.0 m范圍內(nèi)地層為第四系全新統(tǒng)沖、洪積粗粒土堆積，巖性均為卵石混合土或級配不良礫；本區(qū)地震動峰值加速度0.10 g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，地震基本烈度為Ⅶ度；工程區(qū)位于昆侖山山前沖洪積扇的下緣，地下水主要為第四系松散堆積層孔隙潛水，地下水埋藏深度30～35 m。

對渠道襯砌干砌卵石利用率調(diào)查，未破損卵石仍可利用，利用率可達50%～60%。另外調(diào)查河床上游符合砌筑要求的卵石料（15～30 cm）很少。

三、渠道破損原因分析

戰(zhàn)斗渠上段渠道內(nèi)邊坡 1∶1.1～1∶1.3，渠道平均縱坡i為1/58.8，渠道襯砌材料為干砌卵石。渠道存在不同程度的破壞損毀，斷面不規(guī)整，局部存在塌陷、滑落現(xiàn)象，影響渠道的輸水能力，每年用于該渠道的維修費都在增加，加重了管理部門的負擔(dān)，渠道滲漏損失嚴重，造成水資源嚴重浪費。分析渠道破損原因如下：

①渠道邊坡較陡，在水流沖蝕下，干砌卵石松動，卵石縫隙中的細顆粒土被掏空，渠道邊坡出現(xiàn)坍塌及失穩(wěn)下滑現(xiàn)象。

②松動的干砌卵石在高速水流沖刷下，落入渠底，對渠底沖刷加劇，形成沖坑。

③渠道縱坡陡，流速大，渠道沒有防沖設(shè)施。

以上原因造成干砌卵石整體穩(wěn)固性差，在流速較大的渠道上易損壞。

四、渠道縱、橫斷面設(shè)計

1.縱斷面設(shè)計

現(xiàn)狀渠道縱坡i為1/53.3～1/64.94，縱坡較陡。為充分利用當(dāng)?shù)亓显?，設(shè)計初選漿砌卵石襯砌斷面，并對渠道縱坡進行經(jīng)濟比選。根據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》（SL 18—2004）， 漿砌卵石渠道允許流速為3～5 m/s，選定渠道允許不沖流速上限值分別為3.5m/s、4.0 m/s及4.5 m/s產(chǎn)生3個渠道縱坡方案經(jīng)濟比選。比選結(jié)果見表1。

由表1可知，當(dāng)方案一的縱坡調(diào)緩至1/83～1/111時，需在渠道設(shè)3 m跌差建筑物22座，渠道流速為3.17～3.50 m/s；方案二的縱坡調(diào)緩至1/67～1/71時，需在渠道設(shè)3 m跌差建筑物9 座，渠道流速為 3.70～3.90 m/s；方案三采用現(xiàn)狀渠道縱坡1/53.3～1/64.94時，渠道流速 3.78～4.18 m/s。以上3個方案的渠道流速均在規(guī)范允許不沖流速上限值5 m/s和下限值3 m/s之間。

表1 渠道縱坡比選表

方案一、方案二需增設(shè)落差建筑物調(diào)緩渠道縱坡從而降低渠道流速，增加渠道的安全性，但建筑工程投資增加較多，方案一的建筑工程投資幾乎是方案三的2倍，工程投資對縱坡陡與緩較敏感。因此在規(guī)范允許不沖流速范圍內(nèi)，選擇方案三投資最省，利用現(xiàn)狀渠道縱坡不但減少落差建筑物，而且施工簡單，縮短施工工期。

另外，渠道允許不沖流速值和渠道的砌筑質(zhì)量有關(guān)，砌筑質(zhì)量好的渠道其允許不沖流速較大，反之較小。若按照下限3 m/s控制，對渠道的運行安全性進行了儲備，但工程投資增加更多。因此在嚴格控制施工質(zhì)量的前提條件下，渠道現(xiàn)狀渠底縱坡流速控制在允許不沖流速范圍內(nèi)可以實現(xiàn)。

2.橫斷面設(shè)計

縱坡陡流速大的渠道選擇寬淺渠道斷面可降低渠道流速，本次選擇常規(guī)的寬淺梯形斷面和弧形坡腳梯形斷面兩種進行比選，后者水力條件較好，且工程量與梯形渠道相差無幾，工程投資相近；弧形坡腳梯形斷面增加了渠道的施工難度，因此本渠道采用寬淺梯形斷面。經(jīng)水力計算確定渠底寬為6 m，渠深為2.10 m，渠道邊坡 1∶1.50。

五、渠道固化、防滲設(shè)計

漿砌卵石具有抗沖耐磨等優(yōu)點，采用當(dāng)?shù)芈咽峡梢源蟠蠼档凸こ淘靸r。本工程渠道采用漿砌卵石襯砌材料，漿砌卵石渠道屬剛性渠道，整體穩(wěn)固性都較干砌卵石好。渠道防滲設(shè)計選擇兩個方案：方案一，漿砌卵石襯砌（見圖 1）；方案二，漿砌卵石+一布一膜 (見圖 2)。經(jīng)比選，方案一建筑工程投資128.83萬元/km，方案二建筑工程投資189.78萬元/km，在資金允許的情況下，應(yīng)首選防滲標準較高的方案二，但是受工程資金限制,選用方案一較經(jīng)濟實用。

該渠道縱坡陡流速大，為了安全考慮應(yīng)選擇較厚的漿砌卵石，這樣不但增加了渠道邊坡及渠底的整體穩(wěn)定性，固化了渠道，較干砌卵石渠道其防滲性也有所提高。為了充分利用有限的卵石料，應(yīng)對渠道邊坡厚度進行優(yōu)化。

本渠道渠底采用30 cm厚干砌卵石灌漿襯砌；水位線以下渠道邊坡采用30 cm厚漿砌卵石，水位線以上至渠頂渠道邊坡過水頻率較低可適當(dāng)降低厚度，采用20 cm厚漿砌卵石。

設(shè)計上從施工工藝上增加漿砌卵石的穩(wěn)固性和防滲性。漿砌卵石施工分3種方法：坐漿干靠擠漿法、干砌灌漿法、干砌灌細?；炷练?。根據(jù)當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗，干砌灌漿法施工聯(lián)結(jié)砂漿密實性較其他兩種方法好，能增加渠道的整體穩(wěn)定性和防滲性；干砌灌漿在渠底易于施工，渠道邊坡施工難度較大；灌細?；炷猎谑┕ぶ胁灰坠鄬?，施工難度大。因此本工程設(shè)計渠底采用干砌灌漿法，渠道邊坡采用坐漿干靠擠漿法施工。

六、防沖設(shè)計

設(shè)計除了襯砌材料采用漿砌卵石防沖外，渠道每隔50 m設(shè)防沖隔墻一道，防沖隔墻寬40 cm，深60 cm，隔墻邊坡的部分與渠道邊坡一致，為1∶1.50。垂直坡面下深60 cm。防沖隔墻混凝土表面埋卵石，凸出混凝土表面2～3 cm抗磨加糙。采用此種方法防沖既簡單又經(jīng)濟。

[1]李文義，王江麗.漿砌石壩體加固灌漿方法在后河水庫加固中的應(yīng)用[J].中國水利，2009（2）.

[2]韓樹軍.渠道襯砌混凝土裂縫的產(chǎn)生及防治[J]. 中國水利，2009（4）.