謝寨灌區(qū)節(jié)水工程防滲渠道襯砌施工技術(shù)的應(yīng)用

吳曉光

（菏澤市河湖流域工程管理服務(wù)中心，山東 菏澤 274000）

1 灌區(qū)概況

1.1 灌區(qū)自然地理概況

謝寨引黃灌區(qū)地處山東省菏澤市腹地偏南方，東魚河沿岸，地形狹長，南北橫向長度為6 km左右，東西縱向長達(dá)120 km，包括7個縣（區(qū)）。由于其地處淮河流域的南四湖湖西平原，因此灌區(qū)地勢低平，無顯著突起，地勢西南高、東北低。灌區(qū)土壤以潮土為主，幾乎沒有不利于農(nóng)作物生長的鹽堿地，農(nóng)業(yè)發(fā)展價值極高。灌區(qū)位于溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季變化明顯，具有適宜的溫度和充足的光照。

1.2 灌區(qū)社會經(jīng)濟(jì)概況

謝寨引黃灌區(qū)隸屬于菏澤市水利局，覆蓋7個縣（區(qū)）的38個鄉(xiāng)、529個行政村，總?cè)丝?4.08萬人，其中農(nóng)業(yè)人口50.18萬人，占總?cè)丝诘?8.3%，農(nóng)業(yè)勞動力35.23萬人，占農(nóng)村人口的48.3%，年農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值11.91億元，農(nóng)民人均年凈收入2 373元。

雖然謝寨灌區(qū)自然條件良好，但受水資源利用不充分的限制，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平一般，仍具有較大的提升空間。灌區(qū)主要農(nóng)作物有冬小麥、棉花、大豆、花生等，目前作物種植指數(shù)為1.70，糧食作物667 m2產(chǎn)量328 kg，棉花667 m2產(chǎn)量64 kg。

1.3 灌區(qū)發(fā)展現(xiàn)狀

謝寨灌區(qū)始建于1956年（原名黃寨灌區(qū)），自建成以來，在當(dāng)?shù)貒窠?jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了極其重要的作用。但經(jīng)過多年運行，灌區(qū)涌現(xiàn)出許多問題：第一，灌區(qū)渠道土質(zhì)疏松導(dǎo)致的崩塌漏水使水資源在運輸過程中損耗增加，不利于水資源效益的發(fā)揮；第二，由于運營期較長，大部分建筑處于待維護(hù)或停運狀態(tài)，不能正常使用；第三，灌溉方式落后，目前上游渠道兩側(cè)仍存在漫灌現(xiàn)象，但下游農(nóng)戶卻無法用水，水資源利用矛盾十分突出；第四，由于沒有現(xiàn)代化的水測量設(shè)施，大多數(shù)農(nóng)民繼續(xù)按照面積收費，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水價格較低，農(nóng)民缺乏節(jié)水意識；第五，管理設(shè)施不完善，管理模式滯后，管理體制粗放，灌區(qū)發(fā)展急需改革。

隨著謝寨灌區(qū)人口數(shù)量的不斷增加，該區(qū)人口對糧食的需求量也進(jìn)一步增大，在某種程度上加快了謝寨灌區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展速度，但同時也引發(fā)了農(nóng)業(yè)灌溉水資源的供需矛盾問題。謝寨灌區(qū)灌溉主要依靠土渠，然而渠道襯砌率非常低，灌溉用水利用系數(shù)僅為0.45，嚴(yán)重影響了灌區(qū)灌溉效益的正常發(fā)揮。因此，要采取節(jié)水措施，進(jìn)一步加強(qiáng)灌區(qū)渠道防滲襯砌施工的控制和管理，從而有效提高渠道防滲能力，減少水資源浪費。對承擔(dān)著整個灌區(qū)輸水任務(wù)的謝寨輸水干線進(jìn)行優(yōu)化改造，對提升整個灌區(qū)的灌溉效益有巨大幫助。東明干渠和第一干渠在東明兩岸乃至東魚河北支路的農(nóng)業(yè)灌溉中也發(fā)揮著重要作用，解決了渠道土質(zhì)差造成的漏水問題和沿線群眾飲水問題，充分利用了有限的水資源，提高了農(nóng)田灌溉效率，增加了農(nóng)民收入，促進(jìn)了農(nóng)村振興。

2 渠道工程布置

2.1 設(shè)計原則

由于渠道工程建設(shè)要求不能影響周圍建筑物的正常使用，且不能占用較多的土地資源，因此應(yīng)采用適當(dāng)調(diào)整渠道中心線的方法，最大限度地將現(xiàn)有渠道截直。

根據(jù)河道沿線控制建筑物及兩岸建筑物的引水情況，結(jié)合灌區(qū)總體規(guī)劃，按原設(shè)計坡度確定渠道襯砌坡度。

2.2 渠道指標(biāo)確定

渠道襯砌斷面采用梯形斷面，渠道水頭導(dǎo)流水位根據(jù)主渠道水位確定，以典型支渠計算的灌溉水利用系數(shù)作為擴(kuò)展指標(biāo)，按各渠控制面積計算渠流量。

根據(jù)渠床土壤巖性，考慮是否減少開挖土方量，襯砌渠道段的坡度系數(shù)為主渠道1∶2，支渠1.0∶1.5，襯砌頂部以上路堤邊坡1∶2。預(yù)制混凝土板襯砌渠道的粗糙度在0.016～0.018。結(jié)合灌區(qū)襯砌渠道的設(shè)計糙率，通過綜合分析，確定襯砌后主渠道和支渠道河床糙率為0.018。

參考謝寨灌區(qū)已建成襯砌渠道的運行情況，襯砌標(biāo)高按下列公式計算：主渠道襯砌高程=渠道設(shè)計水位+0.4 m，支渠襯砌高程=支渠設(shè)計水位+0.3 m。路堤頂部高程根據(jù)以下公式確定：路堤頂部高程=增加的水位+1/4H+0.2 m（H為增加水深）。

路堤頂部高程要將沿干渠和當(dāng)前路堤頂部的棄土計算在內(nèi)。在不增加新占地和滿足土方開挖平衡的情況下，可適當(dāng)提高路堤頂部高程。渠道設(shè)計斷面采用明渠均勻流計算公式及進(jìn)行計算。

2.3 渠首水位推算

渠道的設(shè)計要考慮上下游水位和渠底高程的銜接，渠道上下級水位的銜接見表1。

表1 渠道上下游水位銜接表

3 防滲襯砌施工技術(shù)準(zhǔn)備工作

3.1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備是農(nóng)業(yè)灌溉渠道防滲襯砌施工技術(shù)中的一個重要環(huán)節(jié)，也是保證地基平衡的一個重要環(huán)節(jié)，做好施工準(zhǔn)備可在很大程度上避免滲漏。同時，根據(jù)通道布置方式和施工圖中的設(shè)計尺寸，應(yīng)在基礎(chǔ)平衡的范圍內(nèi)進(jìn)行規(guī)定。放線時，需要根據(jù)放線標(biāo)志進(jìn)一步進(jìn)行開挖作業(yè)。在基礎(chǔ)平衡操作中，還需要減少地基的水分，以防止由于低溫導(dǎo)致水凍結(jié)或凍裂擴(kuò)展。

3.2 施工板制作

根據(jù)圖紙進(jìn)行板長設(shè)計，并進(jìn)行測量和配置，相應(yīng)的信號必須有重要的信號連接，安裝時必須有效保證安裝面上的板平衡，避免變形，以免安裝后漏液、漏泥等。模板制作安裝過程中，模板應(yīng)縱向安裝在防滲槽之間。安裝測量每塊寬板時，安裝過程誤差應(yīng)控制在4 cm以內(nèi)。如果施工板主要是漏混凝土，還應(yīng)控制和管理板上的安裝誤差［1］。

4 灌區(qū)渠道防滲漏技術(shù)改造措施

4.1 梯弧形渠的技術(shù)改造

渠道邊坡技術(shù)改造一般采用六角形預(yù)制砌體技術(shù)。該技術(shù)是在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行填塞施工，然后用防滲膜完成鋪設(shè)，并在其上放置水泥墊層。為了避免出現(xiàn)渠道滲水問題，有必要切割預(yù)制板蓋，以便隨著渠道含水量的不斷減少，減少結(jié)冰的可能性，從而避免水資源的浪費。在階梯拱形渠道的修建過程中，混凝土沙墊層的施工不僅可以保護(hù)塑料薄膜，而且是防滲系統(tǒng)的重要組成部分?？勺冾A(yù)制板的六角形設(shè)計也起著非常重要的作用，不僅可以有效避免渠道在擴(kuò)建期間的不規(guī)則變形，還可以提高渠道整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.2 預(yù)制“U”形渠的技術(shù)改造

一般來說，在斗渠和農(nóng)業(yè)渠道的設(shè)計中，大多數(shù)部門都沒有進(jìn)行防損失設(shè)計。另外，排水渠道內(nèi)污染物多，雜草叢生，導(dǎo)致渠道輸水能力受到嚴(yán)重影響，損失問題十分嚴(yán)重。因此，在重建施工中，必須首先對項目進(jìn)行防虧損改造。為了提高輸水能力，有必要提高河床流速。一般情況下，設(shè)計斗式渠道或農(nóng)業(yè)渠道時，可根據(jù)項目的實際情況設(shè)計“U”形渠。預(yù)制“U”形渠應(yīng)用于水利灌溉工程中，不僅結(jié)構(gòu)形式設(shè)計簡單，且施工時間相對較短，能夠以較少量的混凝土在短期施工內(nèi)完成工程的襯砌工作，同時可規(guī)避對土地的大面積占用和對地面交通的影響。另外，由于該工程位于北方，冬季相對寒冷，因此也要適當(dāng)采取防凍措施。

4.3 壩基及壩肩防滲處理

為確保大壩安全，需開挖一段平行于壩軸線的梯形斷面，截留護(hù)城河，溝槽分層填筑密實土。截水溝深2.0～5.0 m，坡度1∶1，下寬3.0 m。壩體填筑前，必須清除壩基內(nèi)的腐殖質(zhì)、淤泥、雜草、樹根和其他雜物，基礎(chǔ)清理深度不得小于0.5 m。大壩兩側(cè)陡峭的部分必須切割。注意岸坡陸坡高度的變化，避免土壩因坡度和共同面形狀不當(dāng)導(dǎo)致不規(guī)則沉降而產(chǎn)生裂縫，并將與大壩相連的岸坡按1∶3的坡度進(jìn)行削坡。為了延長接觸滲濾路徑，在排氣隧洞的每個接縫處設(shè)置1個滲濾段環(huán)。為防止沿管壁集中滲透，防滲夾環(huán)寬0.8 m，厚1.0 m。

5 渠道防滲改建的技術(shù)要求

5.1 渠基改建技術(shù)應(yīng)用

為了提高整個渠道的穩(wěn)定性，在設(shè)計和處理階段應(yīng)予以高度重視。首先，確保渠道內(nèi)無淤泥、雜草和其他物品。其次，在夯實過程中，必須嚴(yán)格按照規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，并實時仔細(xì)檢查。再次，為了確定新的渠道基礎(chǔ)，有必要分析整個渠道的密度值，并不斷改進(jìn)相應(yīng)的技術(shù)和質(zhì)量分析指標(biāo)，以提高渠道穩(wěn)定性［2］。最后，必須嚴(yán)格分析渠道的破壞程度，并與渠道的實際漏損狀況相結(jié)合。

5.2 進(jìn)行伸縮縫技術(shù)改造

伸縮縫的設(shè)置與施工是整個防滲工程中的關(guān)鍵。灌區(qū)渠道地基多為黃土狀粉質(zhì)壤土，具有濕陷性，凍脹現(xiàn)象嚴(yán)重，需要采取砼預(yù)制板襯砌防滲。此外，由于該工程地處北方，溫差較大，溫度變化對混凝土裂縫造成非常大的影響，因此有必要進(jìn)行基礎(chǔ)防滲處理，實現(xiàn)渠道之間的科學(xué)設(shè)計。一般來說，預(yù)留6 cm的保證范圍，渠道的整體穩(wěn)定性將得到有效改善。為了避免熱脹冷縮的影響，減少凍脹破壞，在工程建設(shè)中應(yīng)用伸縮縫的處理方法時施工工藝尤為重要。在實際施工中，一般用低標(biāo)號水泥砂漿填平伸縮縫，以節(jié)省費用。

5.3 復(fù)合土工膜的技術(shù)改造

進(jìn)行節(jié)水區(qū)域的技術(shù)改造，應(yīng)明確相關(guān)技術(shù)要求，并從每個階段開始進(jìn)行膜的施工和分析［3］。一是在實施單元焊接時，需要提前處理，并在完成拋石工作后處理其穩(wěn)定性，并掌握實際的交付處理類型。二是選擇科學(xué)合理的工具，提前確定施工進(jìn)程。

5.4 混凝土澆筑技術(shù)改造

澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)根據(jù)各階段的不同情況，有效確定相關(guān)預(yù)防措施，以便在了解相關(guān)性能的基礎(chǔ)上選擇科學(xué)的施工技術(shù)方法。一般來說，32.5級以上硅酸鹽水泥的穩(wěn)定性相對較強(qiáng)。此外，在滲漏過程中，為了滿足技術(shù)要求，最好使用攪拌機(jī)攪拌混凝土。在隨后的操作過程中，還必須實施有效的維護(hù)，并且必須定期進(jìn)行全面評估。在評估過程中應(yīng)收集整理材料和數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上采取合理的維護(hù)措施。另外，冬灌期結(jié)束后，必須及時對渠道內(nèi)的水進(jìn)行處理，運用合理科學(xué)的檢測模式對渠道進(jìn)行維護(hù)。一旦出現(xiàn)問題，必須及時進(jìn)行有效的補(bǔ)水和修復(fù)。

6 渠道防滲襯砌施工技術(shù)的有效應(yīng)用方法

6.1 施工現(xiàn)場調(diào)查

在混凝土防滲施工前，施工人員需要對施工現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查，負(fù)責(zé)清理施工現(xiàn)場的雜物，防止相關(guān)雜物影響施工。施工現(xiàn)場的地基處理需嚴(yán)格按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。例如，若施工過程中土層含水量較大，應(yīng)采用有效措施保證成樁及樁體施工質(zhì)量，從而避免施工過程中污泥逸出［4］。在施工現(xiàn)場，必須對建筑基層進(jìn)行壓實處理，所用土料不得采用有機(jī)質(zhì)含量高的種植土、建筑垃圾等，挖去表層松動土層，將基坑坑底的原土碾壓處理密實。一是在施工過程中，原有混凝土的水泥必須清理干凈，并用清水淋洗，這兩種類型的混凝土必須融合在一起，這樣結(jié)構(gòu)才能相互連接。第二，在混凝土施工過程中，柱子必須附在混凝土周圍。

6.2 控制混凝土配比

需根據(jù)防滲涂料施工的要求進(jìn)行混凝土配制，并將配制好的混凝土運用到試驗中，檢查合格后，再根據(jù)混凝土融合率標(biāo)準(zhǔn)體系選擇原材料和混凝土使用比例［5］。為滿足建設(shè)要求，避免事故發(fā)生，在輸送過程中應(yīng)盡可能對混凝土進(jìn)行保溫監(jiān)督和管理，以免混凝土因溫度的波動而影響其質(zhì)量和效率。另外，在施工過程中需要確?；炷敛粫┏觯?］。

6.3 管控建筑材料質(zhì)量

選擇合適的水泥材料在建筑材料的質(zhì)量管控中至關(guān)重要。在農(nóng)業(yè)灌溉渠道建設(shè)過程中，必須保證渠道材料的質(zhì)量。市面上，水泥材料有多種類型，且不同類型材料具有不同的性能。一是在防滲襯砌工程中選擇強(qiáng)度較大的水泥材料［7］。二是推進(jìn)骨料質(zhì)量管理控制。當(dāng)不采用鋼筋水泥修建防滲渠道時，可相應(yīng)選擇一些大顆粒的骨料結(jié)構(gòu)；相反，則可以選擇一些顆粒相對較小的骨料進(jìn)行施工。

7 結(jié)語

渠道是農(nóng)業(yè)灌溉中不可缺少的一部分，在農(nóng)業(yè)灌溉工程中起著非常重要的作用。謝寨引黃灌區(qū)投資渠道單一，缺少維護(hù)資金，投資缺口大。針對以上問題，在渠道建設(shè)過程中，有效地應(yīng)用了與防滲，防凍相結(jié)合的技術(shù)措施，并在原有基礎(chǔ)和建筑基礎(chǔ)上進(jìn)行了階梯分段設(shè)計，并實施“U”工程的小型排水渠和渠道。為了提高干渠的防濾性能，在原有敷設(shè)電路的基礎(chǔ)上，采用弧形梯形材料，大大提高了通道抗泄漏的能力。完成渠道修復(fù)工作后防止泄漏，不僅解決了冷環(huán)境下的渠道變形問題，而且可以有效節(jié)約水資源，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。