加襯混凝土護(hù)面技術(shù)在砌石結(jié)構(gòu)渠道改造中的應(yīng)用

艾尼瓦·艾拉

（新疆伊犁州水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院 新疆 伊寧 835000）

1 前言

伊犁州大部分山溝灌區(qū)基本位于山前丘陵區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)土層較薄，砂礫石層深厚，石料資源較豐富。而漿砌石和干砌石混凝土勾縫等砌石結(jié)構(gòu)渠道具有就地取材、抗沖、耐磨、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于山溝灌區(qū)建設(shè)初期的灌溉渠道。這些渠道運(yùn)行20年～30年后，由于自然風(fēng)化、凍脹和凍融破壞、維修管理不到位等各種原因造成渠道老化損壞、沖刷、滲漏嚴(yán)重等現(xiàn)象，急需進(jìn)行修復(fù)和防滲改造。近些年，國家、自治區(qū)通過“農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)”、“以工代賑”、“小型農(nóng)田水利”等一批項(xiàng)目，對這些老舊灌區(qū)進(jìn)行節(jié)水改造。其中，漿砌石和干砌石勾縫等砌石結(jié)構(gòu)渠道選擇經(jīng)濟(jì)、合理的防滲改造形式，不僅可以降低工程造價(jià)、加快施工進(jìn)度，而且可以充分發(fā)揮原有工程設(shè)施的潛力，達(dá)到預(yù)期的節(jié)水節(jié)資的目的。

2 砌石結(jié)構(gòu)渠道防滲改造方案的選擇

2.1 研究區(qū)域概況

烏爾坦支渠位于伊犁州察布查爾縣南山溝灌區(qū)內(nèi)的闊洪齊鄉(xiāng)烏爾坦河境內(nèi)，烏爾坦渠從上游烏爾坦渠首引水，是一個(gè)干、支合一的引水渠道，控制灌溉面積為22000畝。由于烏爾坦溝河來水量年內(nèi)變化較大，按月分配不均勻加之下游灌區(qū)縱坡大、耕作土層薄，耕作層以下為滲透性較強(qiáng)的深厚砂礫石結(jié)構(gòu)等原因，春夏季引水時(shí)必須進(jìn)行搶洪灌溉，在滿足渠道運(yùn)行安全的前提下，最大限度利用春夏季洪水，解決下游灌區(qū)用水高峰期的用水矛盾。渠道設(shè)計(jì)流量為2.5m3/s，總長度為16.16km。該渠道于二十世紀(jì)80年代末由當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧民投工投勞完成，梯形斷面干砌石砼勾縫渠道，其中位于出山口后山前丘陵區(qū)域的8+050～16+160渠段已防滲改造完成，但是位于出山口前山區(qū)內(nèi)的0+000～8+050渠段因地形復(fù)雜、施工機(jī)械難以進(jìn)入等各種原因截止2010年前尚未進(jìn)行防滲改造。此段渠道沿烏爾坦溝南岸垂直等高線布置，因縱坡較大，沖刷嚴(yán)重，滲漏損失大，加之渠系建筑物不配套、維修管理不到位等原因造成水資源浪費(fèi)、水土流失嚴(yán)重。根據(jù)調(diào)查此段渠道渠底寬度為0.75m～1.95m,渠道深度為0.70m～1.20m,邊坡系數(shù)為1∶1，渠道縱坡為1/15～1/1000，沖毀處共計(jì)35處，沖毀長度為2350m,占渠道總長度的30%，其余渠段渠道結(jié)構(gòu)基本完好，渠道實(shí)際過流能力為1.5m3/s。

2.2 防滲改造方案

在灌區(qū)節(jié)水改造實(shí)施過程中，渠道防滲襯砌形式直接影響工程的壽命和防滲效果，加之烏爾坦支渠所在區(qū)域?qū)俸涞貐^(qū)，因此渠道防滲襯砌結(jié)構(gòu)的凍脹破壞是一個(gè)較突出的問題。漿砌石或干砌石勾縫的砌石渠道老化損壞后，應(yīng)根據(jù)損壞程度，本著經(jīng)濟(jì)合理的原則，采取相應(yīng)的改造措施。根據(jù)本渠道存在的問題和損壞程度以及臨近區(qū)域類似渠道防滲改造經(jīng)驗(yàn)，提出以下三種改造方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較：

方案一：采用梯形斷面，在現(xiàn)有干砌石斷面上加襯C20混凝土，底板現(xiàn)澆15cm混凝土，邊坡現(xiàn)澆10cm襯砌；

方案二：采用梯形斷面，拆除原干砌石（厚度25cm），25cm厚C20細(xì)石混凝土砌卵石襯砌＋30cm砂礫石墊層；

方案三：采用梯形斷面，拆除原干砌石（厚度25cm），底板現(xiàn)澆10cm混凝土，邊坡現(xiàn)澆8cm襯砌＋30cm砂礫石墊層。

表1 方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

通過對上述三個(gè)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果來看，把沖毀并喪失輸水能力的干砌石勾縫斷面按原材料、原斷面尺寸進(jìn)行修復(fù)后在其上面加襯C20現(xiàn)澆混凝土方案除了滿足防滲、抗沖、抗凍要求外，還具有施工工藝簡單、施工進(jìn)度快、單位投資少、可充分利用原有渠道結(jié)構(gòu)完好的砌石結(jié)構(gòu)等優(yōu)越性，因此本次渠道防滲改造方案采用原有干砌石勾縫渠道斷面上加襯C20現(xiàn)澆混凝土的改造方案。

3 加襯混凝土護(hù)面技術(shù)的應(yīng)用效果分析

烏爾坦支渠防滲改造工程于2012年3月中旬開工，當(dāng)年11月中旬竣工，經(jīng)過兩年的凍融循環(huán)后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，護(hù)面結(jié)構(gòu)完好，加襯混凝土無裂縫、起鼓現(xiàn)象。通過已建工程運(yùn)行情況看，加襯混凝土護(hù)面具有如下特點(diǎn)：

（1）施工工藝簡單、施工進(jìn)度快、原渠道砌石料利用率高、相對于普通砌石斷面渠道造價(jià)低。以烏爾坦支渠改造工程為例，先對喪失輸水能力的沖毀段進(jìn)行修復(fù)后，充分利用其余結(jié)構(gòu)完好的砌石斷面進(jìn)行加襯混凝土，縮短了工期，再加上加襯混凝土后過水?dāng)嗝婵s小、糙率系數(shù)變小、流速加大，每百米長度造價(jià)相對普通現(xiàn)澆混凝土和漿砌石渠道分別低0.65萬元和0.85萬元。

（2）防滲、抗沖、抗凍脹效果優(yōu)于普通現(xiàn)澆混凝土和砌石斷面渠道。以烏爾坦支渠改造工程為例，由于將原干砌石斷面作為防凍結(jié)構(gòu)層，除滿足防凍脹要求外還可以作為防滲層和抗沖結(jié)構(gòu)，形成雙防滲、雙抗沖結(jié)構(gòu)。根據(jù)改造前后對渠道進(jìn)行動(dòng)水法實(shí)測計(jì)算，加襯混凝土護(hù)面前，每公里渠道輸水損失率為3.1%，而加襯混凝土護(hù)面后，每公里渠道輸水損失率為0.65%。該渠道運(yùn)行至今未發(fā)現(xiàn)凍脹，沖毀現(xiàn)象。

（3）相對于砌石斷面渠道輸水時(shí)間短，輸水能力強(qiáng)。以烏爾坦支渠改造工程為例，由于加襯混凝土后，糙率系數(shù)由0.025變?yōu)?.017，渠道流速加快，輸水時(shí)間縮短。根據(jù)渠道下游灌區(qū)調(diào)查成果，在流量、縱坡、水深不變的情況下加襯混凝土后流速較改造前增加約35%，輸水能力較改造前增加約30%，從而灌水輪灌周期較改造前縮短約2天。

加襯混凝土護(hù)面技術(shù)雖然具有上述優(yōu)越性，但還是存在著一些不足之處。其一是由于加襯混凝土底部砌石斷面所采用的卵石料大小各異，砌筑不均勻，卵石露頭長度有長有短，一般情況下卵石露頭長度約為3.0cm～5.0cm不等，因此加襯混凝土設(shè)計(jì)工程量無法精確計(jì)算，可能出現(xiàn)混凝土量多算或少算等情況。其二是由于加襯混凝土底部原砌石斷面砌筑不均勻、不規(guī)整，再加上施工水平差異等原因，在縱坡較大的渠道中可能造成成型后的渠道斷面起伏不平的波浪形狀，從而使渠道內(nèi)水流流態(tài)紊亂、水流不穩(wěn)定。因此上述存在問題在以后的同類工程防滲改造工程設(shè)計(jì)和施工階段中應(yīng)引起足夠的重視。

4 加襯混凝土護(hù)面技術(shù)的設(shè)計(jì)、施工要求

4.1 設(shè)計(jì)要求

（1）護(hù)面材料：混凝土強(qiáng)度一般不低于C20，寒冷地區(qū)和推移質(zhì)含量較高地區(qū)可根據(jù)具體情況可適當(dāng)提高混凝土強(qiáng)度；水泥宜采用標(biāo)號(hào)R425普通硅酸鹽水泥；砂、石料應(yīng)質(zhì)地堅(jiān)硬、潔凈、不含雜質(zhì)、采用I級(jí)配，石料最大粒徑一般不大于2.0cm。

（2）防滲厚度：加襯混凝土厚度宜取8.0cm～10.0cm，可根據(jù)具體渠道設(shè)計(jì)流速、推移質(zhì)含量、原有砌石結(jié)構(gòu)情況可進(jìn)行適當(dāng)加厚處理。

（3）伸縮縫：渠道每隔3.0m～5.0rn應(yīng)設(shè)橫向伸縮縫一道，縫寬2cm，伸縮縫可全部采用100號(hào)瀝青水泥砂漿填充或采用迎水面以下3.0cm～5.0cm的瀝青砂漿，其以下部分采用苯板填縫。

（4）隔墻：為了使加襯混凝土護(hù)面斷面更加平整和施工方便，應(yīng)在渠道縱坡變化段內(nèi)每隔25m～100m設(shè)置現(xiàn)澆混凝土隔墻。

4.2 施工要求

（1）首先應(yīng)對損壞的原有砌石結(jié)構(gòu)斷面按原有結(jié)構(gòu)材料、尺寸進(jìn)行修復(fù)。

（2）為了保證混凝土與原砌體良好結(jié)合，混凝土澆筑前應(yīng)對襯砌表面清洗鑿毛，摳去松動(dòng)灰縫，用清水沖洗后刷素水泥漿一道。

（3）混凝土澆筑時(shí)應(yīng)先澆筑渠底，后澆筑邊坡，當(dāng)一段混凝土澆筑完成時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行原漿收面?；炷翝仓?2h，應(yīng)對混凝土進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

（4）伸縮縫填料前要認(rèn)真清縫，掏凈縫中雜物，吹凈縫內(nèi)塵末，灌縫要填滿，壓實(shí)抹平，務(wù)必使填料與縫壁緊密粘結(jié)以防漏水。

5 結(jié)語

采用加襯混凝土護(hù)面改造各類砌石結(jié)構(gòu)渠道，不但經(jīng)濟(jì)合理，防滲、抗沖、抗凍效果好，而且原材料利用率高、施工進(jìn)度快，因此在砌石結(jié)構(gòu)渠道改造中具有一定的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值?！?/p>

［1］馮廣志，周福國，季仁保.渠道防滲襯砌技術(shù)發(fā)展中的若干問題與建議[J].中國農(nóng)村水利水電，2004，（5）.

［2］王立洪.新疆水工建筑物損壞原因及防止措施研究[J].中國農(nóng)村水利水電，2002，（6）.

［3］GB50599-2010，灌區(qū)改造技術(shù)規(guī)范[S].2010.

［4］SL18-91，渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范[S].1991.