彭宗祥 曾志飚
(保靖縣水利局 湘西自治州 416500)
保靖縣位于云貴高原武陵山脈中段,湘西自治州中部。全縣轄16個鄉(xiāng)鎮(zhèn),總人口29.243萬人,是一個以土家族、苗族為主的少數民族縣。全縣總面積1746.08km2,有耕地1.52萬hm2(22.73萬畝),其中稻田0.91萬hm2(13.63萬畝),旱地0.61萬hm2(9.093萬畝)。境內峰巒疊嶂,溝壑縱橫,喀斯特地形區(qū)和碳酸鹽地區(qū)分布廣泛,森林植被及土地涵養(yǎng)水份能力差,多年平均降雨量1347.5mm,多年平均蒸發(fā)量778mm,水資源年際變化大,時空分布不均,是一個水源性缺水、水質性缺水和工程性缺水并存的縣。
為解決農業(yè)干旱問題,全縣興建了一大批水利基礎設施工程。到目前為止全縣已建大小水利工程1554處,其中中型水庫1座,小(Ⅰ)型水庫7座,?。á瘢┬退畮?9座,塘壩1468處(其中溪河壩940處),小水輪泵及機電提灌39處,蓄引提總水量已達4.3億m3,有效灌溉面積達0.57萬hm2(8.48萬畝),其中旱澇保收面積0.42萬hm2(6.25萬畝)。保靖縣絕大部分小型水利工程為20世紀50~60年代修建,水利工程老化年久失修,蓄水不足,輸水不暢,效益減退的現象嚴重,病險水庫日益增多。因此治理病險水庫加快灌區(qū)配套建設速度,提高渠道輸水標準,確保灌溉效益成為保靖縣水利建設的首要任務。
由于保靖縣大部分灌溉渠道地處石灰?guī)r,砂頁巖,白云巖地區(qū)土壤也主要由巖石風化而成,且土質結構疏松,保水性能差。加上一些填方渠道,半挖半填渠道,由于自然、地理環(huán)境之原因,造成施工質量差,使用壽命短,致使渠道滲漏損失較大。據調查,全縣防滲渠道有效系數僅0.4~05左右,特別是小型水利工程的渠道利用系數更低。
為了減少渠道損失,提高灌溉水的利用率,擴大灌溉效益,從20世紀70年代起,保靖縣在發(fā)動群眾大搞灌區(qū)配套的同時,因地制宜做了一些渠道防滲的工作。限于當時的歷史條件,由于水泥等材料缺乏,只能用石灰三合土砌塊石或,條石勾縫的方式進行防滲,但實踐證明,三合土防滲(黃泥、石灰、山砂)最多可使用兩年,后來發(fā)展用水泥磚砌塊灌孔防滲,盡管防滲效果好一些,但使用壽命不過3~5年,且造價也不低。從80年代中期開始,大面積推廣應用漿砌石基礎上混凝土防滲技術,實踐證明該技術很適應山區(qū),雖造價相對高一些,但經久耐用,使用壽命長,防滲效果很好,目前已在全縣全面推廣。
(1)山區(qū)渠道的基本特點。
山區(qū)地形、地質條件復雜,因而在山區(qū)修建水利工程要比平原、丘陵區(qū)困難得多。特別象保靖縣這樣的大山區(qū),修建的水利樞紐工程基本上是在河流及溪溝的源頭,而灌區(qū)卻在遠離源頭數十公里外的中下游,這樣造成山區(qū)渠道多為盤山長渠,且沿途要在崇山峻嶺中穿行,要經過陡竣的懸崖和橫斷的溪流,這時必須增設隧洞、渡槽、倒虹吸管等附屬建筑物。因此山區(qū)渠道開挖量大,開鑿難度大,且無機械開挖的居多,超挖的情況多,附建物多,所以在造價上也相應比平原、丘陵區(qū)要高得多。
山區(qū)盤山渠道為減少開挖大部分采用半挖半填 (半砌),易出現集中漏水,所以必須有防滲漏措施。另外盤山長渠過處往往地形地質復雜,在運行中會產生滑坡塌陷等情況。由于渠線長,無功渠道長,畝平均投資大,國家每年的投資有限,地方財政投入、群眾自籌很難實現,灌區(qū)配套要有相當的資金作保證,建設高標準灌區(qū)渠道及附建物來達到經久耐用,一次性投資相對增加,從使用壽命看經濟帳是算得通的。
(2)防滲結構形式。
保靖縣渠道防滲多以矩形斷面為主,局部土渠地段也有梯形的,這兩種斷面形式主要是在原已成型渠道上進行的防滲。在最近幾年配套新開的渠道中也有采用微梯形斷面形狀的,側墻坡度在1∶0.2~1∶1.05之間,這種形式對山區(qū)來說是適用的,既未增加多的開挖量,也利于砌體及防滲體的穩(wěn)定,如卡棚水庫干渠、3#支渠和塘口灣水庫干渠都采用了這種形式。
(3)防滲材料的使用與選擇。
經過多年的實踐和比較,在保靖縣的渠道防滲工程中目前使用的防滲材料主要有混凝土、水泥砂漿、漿砌毛條石、漿砌塊石,同時也試驗了用XD-103防水柔氈防滲及土工膜防滲。
●混凝土防滲?;炷练罎B是保靖縣目前普遍采用的一種技術,這是經過多年的實踐經驗所選定的,它特別適用于山區(qū)渠道的特點,應用效果好。該技術分為現澆和預制兩種。
現澆的優(yōu)點是防滲效果好,防滲后一般可減少滲漏損失85%以上,經久耐而,使用壽命長。
現澆混凝土板防滲分為幾種形式,一種是巖渠或土渠開挖成型后直接澆淤混凝土板,這種形式在部分灌區(qū)配套中得到應用。這種形式最大的缺點混凝土平板裂縫問題出現滲漏不好處理。第二種是漿砌塊石澆筑混凝土板,這種形式在改造原渠道進行防滲時應用較多,且防滲效果極佳,經久耐用,但投資相對加大。第三種是漿砌河卵石后壩澆混凝土板,這種形式存在有些縣市的渠道,與第二種形式一樣,只是巖石材料上因地取材而己。第四種形式是干砌塊石后現灌混凝土板,這種形式在湘西州7縣市均廣泛采用,造價低,但使用壽命相對短些。
●水泥砂漿防滲。水泥砂漿防滲在保靖縣20世紀70年代末及80年代初應用較多。大部分是采用在漿砌塊石基礎上1∶2水泥抹面。這種防滲形式施工操作比較簡單,投資少,但缺點是水泥沙漿收縮率高,易產生干縮裂縫,防滲效果差,耐久性差,使用壽命相對要低,所以目前較少采用。
●漿砌塊石勾縫防滲。漿砌塊石勾縫防滲對于山區(qū)利用當地材料是適宜的,但用這種材料防滲時砌體不易密實,勾縫的耐久性差,易產生滲漏。已采用這種防滲形式的渠道,運行后仍滲漏嚴重,水的利用率達不到理想的效果,但在較少投資的情況也在繼續(xù)采用。
●漿砌規(guī)格石防滲。由于歷史條件限制,保靖縣有些水利工程,遠離公路,交通不便,缺乏砂石,運送砂石及水泥困難,為了提高渠道防滲性能,當地群眾利用山石材料,手工開鑿條石進行防滲,防滲性能相對漿砌石要好,但這種防滲材料費工,不便于大規(guī)模推廣,現在已基本不采用了。
(4)施工工藝的改進。
在山區(qū)渠道防滲中使用的混凝土骨料大部分由機械碎石而得,不像平丘區(qū)有細沙和卵石。為了提高工效在用碎石機碎料時應進行級配分篩,這樣所得骨料為粗細混合骨料,這種取料辦法在缺少河砂細骨料的地方灌區(qū)配套中得到應用,用混合料澆筑成的混凝土滿足設計要求。
由于保靖縣灌區(qū)大部分混凝土防滲渠為矩形斷面,側墻澆筑時必須立模澆筑。使用的模板材料主要有木模和鋼模兩種,較大斷面渠道施工鋼模當然要比木模要好,而多數小型水庫灌區(qū)渠道施工使用的是木模。
由于大部分工程地處邊遠山區(qū),受歷史條件限制,通電困難,且渠道墻體施工厚度較薄,不利于機械振搗,所以渠道側墻混凝土澆筑振搗基本上是用人工插釬方法,并在模板外用錘子輕輕震搗的原始施工方法,隨著施工機械不斷改進,不再進行人工振搗。
(5)伸縮縫的設置問題。
對于混凝土防滲的渠道是否應沿程設置伸縮縫,目前仍在反復實踐中。一般對于過水流量在1m3/s以上的較大渠道基本上都設置了伸縮縫。如卡棚水庫總干渠設計流量為3.5m3/s,每隔(10~15)m設置一道伸縮縫,伸縮縫填料為瀝青杉木條,施工時與混凝土同澆在一起,實踐證明該方式使用壽命相對成問題,伸縮縫造成的滲漏危及渠道建筑物造成垮塌的現象越來越多??ㄅ锼畮旃鄥^(qū)13.43km主干渠末,凡是瀝青杉板伸縮縫腐爛后形成滲漏通道危害因素增多。因為瀝青杉板為腐爛后形成滲漏通道,在建設資金可能的情況下建議用鋁板止水效果會更好,瀝青砂漿填充,雖然造價高了一些,但效果特別好,在卡棚水庫干渠舊渠改造中伸縮縫的設置已部分采用鋁板效果很好。
對于已成型多年的巖砌渠和在原基巖上開鑿的渠道,用混凝土防滲時一般未設伸縮縫,經運行未出現開裂現象,實踐證明象這樣的渠道可不設伸縮縫。
(6)防滲效果。
通過防滲后的渠道效果是非常明顯的,有資料顯示,首先是滲漏損失減少,水的利用率得到提高,一般要比防滲前減少損失50%~80%,特別是采用混凝土防滲的渠道效果更加明顯。另外防滲渠道的糙率降低,輸水能力得到提高。水的流速加快,提高了灌溉效果。據對塘口灣水庫總干渠調查,該渠全長1131km,未防滲前從渠道放水至渠末需11.16h才能到達,而且?guī)缀鯖]剩多少水,基本上沿途漏掉了,防滲后放水時間縮短到3.72h,渠道水的利用系數由原來的0.25上升到0.92。卡棚水庫主干渠全長13.43km,原放水時間需12h,防滲后只需(2~3)h,時間縮短4倍左右。
防滲渠道的另一效果是降低沿渠地下水位,改善沿渠旁群眾的生活及生產條件。像卡棚、塘口灣、龍?zhí)兜人畮烨溃罎B前經常發(fā)生外坡滑坡、垮塌,渠堤旁的一些村莊由于受滲漏水影響,村內房屋潮濕,冒水,甚至渠堤滑坡擠壓房屋。防滲后,地面干爽了,群眾新建了房屋,另外群眾的身心健康也得到保證。
實踐證明渠道防滲是提高山區(qū)水利工程灌溉效益的有效途徑,投資少,見效快。通過多年的探索,保靖縣在應用渠道防滲技術方面逐步找到了適合山區(qū)渠道的混凝土防滲方式,在實踐的基礎上大面積予以推廣。