石堡川灌區(qū)U型渠道毀壞成因分析與防治

雷亞萍 楊佩俠 范維新

[摘要] 本文闡述了五個方面的內(nèi)容:一是石堡川灌區(qū)情況。二是灌區(qū)U型渠道改造前的狀況。三是U型渠道毀壞的主要成因。四是防治U型渠道毀壞的對策。五是改造后取得的效果。

[關(guān)鍵詞] U型渠道 毀壞 成因分析 防治

一、石堡川灌區(qū)情況

石堡川水庫座落在洛河系——石堡川河上,壩址位于洛川縣石頭鄉(xiāng)盤曲河村東500米處,灌區(qū)涉及澄城白水兩縣的15個鄉(xiāng)鎮(zhèn),灌區(qū)總耕地面積76萬畝,工程控制面積52萬畝,設(shè)施灌溉面積40萬畝。灌區(qū)由于特殊的地理位置,海拔高程氣候等特征,盛產(chǎn)蘋果,且品位特點突出,目前栽植面積已達到設(shè)施面積的40%以上。石堡川水庫的修建,對長期受水困擾的渭北旱塬注入了新活力,對改善灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本條件,改變低產(chǎn)狀況,增強灌區(qū)農(nóng)業(yè)后勁建設(shè)國家商品糧和優(yōu)質(zhì)蘋果基地,發(fā)揮了不可替代的作用。然而由于諸多因素的影響,灌溉期跑、冒、漏現(xiàn)象十分嚴重,水量損失造成的缺水現(xiàn)象制約了灌區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展。為改變目前的困境,灌區(qū)領(lǐng)導從多渠道籌集資金,使用先進節(jié)水灌溉技術(shù),加大渠道防滲工程建設(shè)以緩解農(nóng)田灌溉缺水矛盾。近年來選用的U型渠道是目前公認的具有防滲效果好,輸水能力強,抗凍脹,節(jié)省渠道占地等優(yōu)點的一種節(jié)水灌溉設(shè)施。

二、灌區(qū)U型渠道改造前的狀況

石堡川灌區(qū)八條支渠項目實施前,U型襯砌率為75%,其中完好率為40%,其余已不同程度毀壞,主要表現(xiàn)為:襯砌板膨脹裂縫,隆起架空,板塊錯位,甚至滑塌入渠,導致渠段淤積嚴重,失去防滲減糙的作用,增大渠道輸水損失,降低了渠道水利用系數(shù)。經(jīng)過對渠道產(chǎn)生的裂縫調(diào)查發(fā)現(xiàn):產(chǎn)生不規(guī)則裂縫較多,出現(xiàn)的規(guī)則裂縫相對較少,襯砌裂縫在斷面的曲線段發(fā)生較多,在其直線段卻出現(xiàn)較少,裂縫出現(xiàn)在渠道陰坡面的情況較多,在陽坡面發(fā)生裂縫相對較少。在渠道外傾角較小的斷面發(fā)生較多。

在項目實施前,通過對以往U型砼渠道破壞成因進行認真地分析,以總結(jié)經(jīng)驗教訓,為新的渠道防滲尤其是U型渠道襯砌斷面的設(shè)計提供經(jīng)驗。

三、U型渠道毀壞的主要成因

經(jīng)過對U型渠道毀壞情況進行分析,產(chǎn)生毀壞的主要因素有以下幾個方面。

1.由于施工質(zhì)量控制不嚴,砼襯砌厚度不均勻,圓弧段與直線段過渡處襯砌厚度偏薄。經(jīng)過四、五、六、八支渠破壞段抽查,大多厚度在3～4cm,遠小于原設(shè)計的7～8cm。屬于襯砌強度不夠產(chǎn)生砼裂縫。

2.填方渠道回填密實度不達標,經(jīng)抽查填方段干容重在1.45～1.50范圍的占到75.6%。渠道運行一段時間后,受滲漏影響,導致回填土產(chǎn)生濕陷,產(chǎn)生不均勻沉陷,局部地方出現(xiàn)坑、洞、導致襯砌板產(chǎn)生橫向裂縫。

3.石堡川灌區(qū)屬次強度凍土區(qū),多年最低氣溫-23℃,標準凍深84cm,深層基土含水量較高,加之渭北旱塬設(shè)計沒有采取防止減弱局部抵抗的設(shè)計理念,凍脹破壞是灌區(qū)U型渠道破壞的主要原因。

4.渠道伸縮縫填料嵌填粗糙,造成渠道滲漏量大,冬季基土長期處于高含水率狀態(tài),使停水后的凍害進一步加劇。

5.襯砌體本身質(zhì)量,抗裂強度較低。這主要是因為施工以民工為主,砼料拌和不均勻,人工振搗不到位,質(zhì)量難以控制,強度離差大,致使蜂窩麻面多。

6.原U型渠道外傾角為8.5°,偏小。遇雨后,砌體背后基土飽和,φ、￠值降低,產(chǎn)生較大的推力,導致直線段內(nèi)傾倒塌。

7.渠道襯砌由于設(shè)計不合理,破壞范圍大、程度嚴重,致使工程維修資金投入加大,維護修補技術(shù)不能徹底解決問題,長年累積,破壞范圍進一步擴大。老化失修嚴重,只能通過更新改造解決。

四、防治U型渠道毀壞的對策

通過對U型渠道的毀壞成因分析。筆者認為要徹底防治渠道襯砌在使用期內(nèi)的毀壞,應(yīng)從設(shè)計、施工、日常管護等方面嚴把關(guān),才能有效的減輕U型砼渠道的毀壞程度。根據(jù)幾年來的U型渠道工程施工經(jīng)驗總結(jié),應(yīng)從以下幾方面入手做好U型渠道的防治。

1.設(shè)計方面

砼U型渠道是反拱結(jié)構(gòu),抗凍能力強,不易破壞,但U型渠道渠底圓弧夾角應(yīng)經(jīng)過力學分析后合理確定,或根據(jù)規(guī)范在15°為宜,即兩側(cè)外傾角為15°,渠深與圓弧直徑1:1。對于石堡川灌區(qū)這樣的次強凍脹區(qū),鋪防滲膜,適當提高襯砌砼強度,適當增加襯砌厚度,防止凍脹破壞是解決灌區(qū)U型渠道毀壞的重點。

2.施工方面

(1)嚴把土基回填質(zhì)量關(guān),一方面是為U型提供可靠的基礎(chǔ)土模保證,另一方面也可減少凍脹破壞。這就要求在施工機械、施工方案,質(zhì)量控制多方面加強。

(2)按要求開挖土模,成立專門的,技術(shù)熟練,責任強的專業(yè)班組,專門負責土模開挖,質(zhì)檢應(yīng)把土模厚度做為控制檢測項目,做到每平米不少于3個測點,確保砼襯砌厚度。

(3)嚴格控制襯砌砼施工質(zhì)量,從原材料質(zhì)量、砼拌合、運輸、入倉振搗、養(yǎng)護、渠堤整修等方面把關(guān)。確保U型渠砼達到設(shè)計強度。使襯砌率抗裂縫破壞保證率不低于設(shè)計要求的96%。

(4)充分認識基土凍脹危害性,合理安排襯砌施工季節(jié),施工時間,控制施工時基土含水量在一定范圍,縮減基土凍脹危害程度。

(5)加強渠道日常管理維護工作,推廣渠道維修新技術(shù)新材料的應(yīng)用,發(fā)現(xiàn)問題及時處理確保渠道正常運行。

五、改造后取得的效果

經(jīng)過幾年的更新改造,灌區(qū)U型渠道內(nèi)在質(zhì)量滿足驗收標準,渠道襯砌改造項目被評為優(yōu)良工程,膜料防滲防凍取得良好效果,運行三年來,整體完好,渠道水利用系數(shù)達到0.83～093,收到了很好的經(jīng)濟效益和社會效益,這充分說明,只要對U型渠道的破壞機理有了清楚的認識,采用科學的設(shè)計方案,合理的施工方法,以凍脹為主的渠道破壞是完全能夠解決的。加上合理的運行管理,保證渠道正常運行,確保渠道襯砌的使用壽命是完全能夠做到的。