汾河一壩渠道防滲墻結構分析

李劍利

（山西省汾河一壩管理局，山西 太原 030002）

汾河一壩渠道防滲墻結構分析

李劍利

（山西省汾河一壩管理局，山西 太原 030002）

汾河一壩灌區(qū)是我國最古老的灌區(qū)，灌區(qū)內渠道防滲結構從20世紀50年代灌區(qū)建設開始，經(jīng)過半個世紀的實踐，漿砌石和混凝土結構的防滲墻是灌區(qū)防滲的主體，結合灌區(qū)實際，從運行中突顯的幾個問題進行對比分析，闡述了幾種防滲結構的優(yōu)缺點和適用性，為今后灌區(qū)防滲工程提供了參考。

汾河一壩；防滲墻；凍脹；施工

1 概況

汾河一壩灌區(qū)是汾河灌區(qū)4個相對獨立的灌排渠系的最首灌區(qū)，灌區(qū)北起山西省太原上蘭村，南到清徐長頭、晉源區(qū)高家堡村。流域內屬大陸季風帶四季分明，年內最高氣溫出現(xiàn)在7月份，最低在1月份，最大凍土深度約95cm。平均降水量453mm，汛期占72%，以7、8月最多，灌區(qū)主要任務是農業(yè)灌溉，以及太鋼、電廠、公園等的工業(yè)和公益供水。灌區(qū)地質主要有第四系全新統(tǒng)洪沖積物，地基土沉積時代成因類型自上而下依次為：每1層素填土（Q42ml），主要由粉土、石塊組成，混有砂土、碎石，含云母、植物根系等，稍密狀態(tài)，具中等縮性，局部具有輕微的濕陷性。第2層為粉土（Q4lal+pl），主要由云母、氧化物等組成，局部夾有較濕中密狀態(tài)的薄砂土。第3層和第4層均為卵石，母巖成分以砂巖為主，充填物為砂土、粉質黏土，夾有粉土、砂土等。

2 渠道防滲的主要問題

汾河一壩渠道的地下水位垂直交替強烈。其水位高低直接受汾河灌區(qū)灌溉輸水影響，汾河灌區(qū)的灌溉以春、冬灌為主，灌水后地下水位上升到2m或是與地表水聯(lián)成一體，4月底灌區(qū)灌溉完成后，輸水渠道的地下水位隨著時間的推移逐步下降，直到9月以后作物收割，地下水位又回升到2m左右。

汾河灌區(qū)早春澆一般從4月初開始，秋冬澆一般在11月莊稼全部收回時進行。渠道輸水的時間段，渠道的土壤正處在凍與未凍和正在解凍的狀態(tài)，尤其是11月土體表面過水，土體含水處于飽和狀態(tài)，渠道內坡還有余水滲出，這時由于氣溫下降土體凍結，土體內的水份從液態(tài)轉化為固態(tài)，體積變大，會導致含水土體膨脹，破壞渠道原有的形態(tài)，來年解凍時膨脹的土體回不到原來的形態(tài)，這種凍脹現(xiàn)象就是對灌區(qū)防滲體最大的破壞。

灌區(qū)的地質條件和過水條件決定了灌區(qū)渠道防滲結構能否成功，其中，最主要的問題就是解決渠道滲漏和凍脹。

3 防滲墻結構

渠道的防滲結構中抗?jié)B和穩(wěn)定是最基本的要求，在設計時要綜合考慮防滲、防凍脹、防沖刷、防淤積等問題。由于一壩灌區(qū)渠道受季節(jié)性凍脹影響，所以在設計和施工過程中要重點防止?jié)B漏和凍脹破壞，結合汾河灌區(qū)多年來的防滲工程經(jīng)驗，一壩灌區(qū)渠道防滲工程主要采取漿砌石重力墻和混凝土護坡等結構。

3.1 混凝土貼面

2015年一壩渠道節(jié)水改造工程中，一壩東干渠部分渠段早些年已經(jīng)采用漿砌石的結構進行了防滲，經(jīng)過多年運行，防滲體表面由于水流沖刷、凍脹等因素破壞情況比較嚴重，主要體現(xiàn)在渠道防滲面原來的砌石縫脫落和延縫的表面破壞，還有伸縮縫附近和延伸縮縫的破壞。本次工程采用C20混凝土進行10cm的貼面，西干渠渠道采用防滲襯砌結構：重力式擋墻+混凝土貼面的防滲結構，渠道底寬8m，擋墻及底板采用M7.5水泥砂漿砌筑。兩側擋墻高2.1m，頂寬0.4m，內邊坡1∶0.4，基礎深0.8m，總高2.9m。底板厚0.4m，底板面層及擋墻面層采用C20混凝土防滲，厚10cm，混凝土防滲墻高1.4m。

3.2 混凝土結構

汾河一壩因為地處太原市，其渠道防滲從上世紀七八十年代就開始了，對于城區(qū)的渠道大多采用混凝土結構。渠道邊墻采用混凝土結構，底板采用漿砌石灌砌混凝土結構，底板厚0.4m，底板過水面采用0.1m厚的現(xiàn)澆混凝土防滲；邊墻為仰斜式重力墻頂寬0.4m，基礎深0.8m。

3.3 襯砌結構

漿砌石護坡+土工布防滲結構，是傳統(tǒng)的防滲結構。灌區(qū)渠道原始都是土渠，斷面結構大部分為梯形，在早期的非城區(qū)一般采用保持原始斷面進行防滲，一般其結構是邊坡采用1∶1.5，護坡采用35cm-60cm厚的M7.5漿砌石，漿砌石下鋪復合土工膜防滲。底面面層采用C20混凝土厚10cm，下部為50cm厚漿砌石。2015年東干渠沒有經(jīng)過防滲的渠段，采用防滲襯砌結構：渠道邊墻采用混凝土結構，底板采用漿砌石灌砌混凝土結構，底板厚0.4m，底板過水面采用0.1m厚的現(xiàn)澆混凝土防滲；邊墻為仰斜式重力墻，頂寬0.35m，基礎埋深0.8m。

4 不同結構的防滲墻利弊分析

混凝土防滲墻結構、漿砌石襯砌結構和混凝土貼面結構都是一壩灌區(qū)經(jīng)過多年的實踐運行效果較好的渠道防滲結構。每種結構各有利弊，其節(jié)水效果、施工難易、結構構造、工程造價、適用條件都有所不同。

4.1 節(jié)水防滲分析

渠道防滲的目的就是通過渠道防滲，減少流經(jīng)渠道的水量損失，增加灌溉水利用效率，實現(xiàn)高效節(jié)水。防滲就是在渠道內過水表面填充不透水材料，防止水量下滲；再則就是減少水流面積，可以加快水流速度，減少單位水量的過水面積或是過水時間。

混凝土防滲、混凝土貼面防滲和漿砌石護坡加土工布防滲這3種結構，從透水程度上說透水量都是很少的，是沒有經(jīng)過防滲自然渠道滲漏損失的10%左右。防滲后渠道的水流速度取決于整體坡降和渠表遭率，渠道坡降取決于灌區(qū)地形地貌，渠道表面的遭率在一定情況下，前兩種結構要略優(yōu)于漿砌石護坡的表面。

4.2 工程施工分析

汾河一壩因為地處汾河灌區(qū)上游和太原市城區(qū)，灌道防滲歷史久遠。在防滲工程中較常采用的結構有漿砌石、混凝土和貼面。漿砌石工程是用砂漿膠結塊石的砌體，其施工過程機械化程度低，只有運輸和砂漿攪拌能用機械，每一塊塊石都需要人員砌筑，施工進度慢，施工質量保證度低?；炷凉こ逃媚z凝材料水泥和填充料砂子將骨料石子凝結成整體，一般都用商砼，施工機械化程度較高，施工速度快，質量均衡保證度高。施工過程需要支模和拆模，拆模必須要等混凝土初凝后方可進行，灌區(qū)渠道長需要模板多。貼面是將原來已經(jīng)防滲、破壞比較嚴重的渠道防滲體表面處理后，重新澆筑貼面混凝土以保證防滲效果。施工時新舊結合面處理要徹底，清理、鑿毛、沖洗每一道工序都不能馬虎，澆筑時也存在支模和拆模的問題。

4.3 工程造價分析

因為水利工程單一性的特點，不同位置的渠段其造價也是不一樣的。為便于對比，以渠深2.1m、渠寬8m為計算對象，假設在同一渠段不考慮土方和拆除等因素，分析三種方案造價分別為：漿砌石襯砌+復合土工模的防滲結構為2854元/m，現(xiàn)澆混凝土+復合土工模的防滲結構為2006元/m，混凝土貼面用于工程修復，工程量小所以其造價僅為現(xiàn)澆混凝土造價的一半。

4.4 結構適用性分析

汾河一壩的渠道防滲工程中漿砌石襯砌和混凝土澆筑屬于新建結構，混凝土貼面用于原來襯砌發(fā)生破壞后的維修和改造。

漿砌石防滲結構是灌區(qū)多年來運行良好的傳統(tǒng)防滲結構，這種結構節(jié)水效果、抗凍脹和耐久性均好，施工簡便；缺點是施工工期長、工程量大、投資大，對于地下水較高的區(qū)域施工難度大，在灌區(qū)內主要用于城區(qū)外渠段。

混凝土現(xiàn)澆的防滲模式較前一種模式投資小、防滲效果好、輸水速度快，缺點是抗凍性和適應變形能力差，損壞后不宜修復。一壩灌區(qū)城區(qū)段因為受施工地域限制和外界環(huán)境影響，采用此種結構進行防滲。

混凝土貼面最主要的問題是會縮小渠道斷面，減少渠道設計過水流量。汾河一壩渠道設計流量定于上世紀50年代灌區(qū)建設時，主要考慮灌區(qū)內的農業(yè)灌溉問題。近年來受太原市城鎮(zhèn)化建設，農田面積大為縮減，農業(yè)用水劇減，所以只要渠道設計流量能滿足輸水要求，一般采用此種辦法。

5 結語

2015年和2016年是汾河灌區(qū)渠道防滲工程量最大的兩年，經(jīng)過這兩年的防滲，一壩灌區(qū)的支渠及以上渠系將實現(xiàn)防滲全履蓋。防滲工作是一項利國利民、造福后代的好事，防滲工程中要根據(jù)灌區(qū)防滲渠段的實際情況進行比選，比選時要參考工程所在的位置、建成后要發(fā)揮的作用以及工程所在位置的水文地質情況等。

TV543

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1004-7042（2017）05-0043-02

李劍利（1985-），女，2011年畢業(yè)于河北工程大學水利工程專業(yè)，助理工程師。

2017-03-16；

2017-04-29