黑龍江省渠道防滲防凍脹技術(shù)應(yīng)用模式

李國忠，李玉斌，吳富平

(1.哈爾濱市阿城區(qū)水務(wù)局紅星水庫管理處，阿城150300;2.黑龍江農(nóng)墾海川招標(biāo)咨詢有限公司，哈爾濱150090;

3.黑龍江省水利科學(xué)研究院，哈爾濱150080)

0 引言

黑龍江省地處我國季節(jié)性凍土區(qū)，氣候寒冷，渠道防滲工程普遍存在著嚴(yán)重凍害問題，工程效益難以正常發(fā)揮。為減少滲漏損失，提高渠道輸水能力，自1998年以后，國家和省政府加大了對灌區(qū)實(shí)施續(xù)建配套及節(jié)水改造項(xiàng)目投入，開始了大規(guī)模渠道防滲襯砌工程建設(shè)。從多年渠道防滲襯砌工程運(yùn)行情況看，已建成的渠道工程因凍害均有不同程度的破壞，甚至有的破壞較為嚴(yán)重，但也有的渠道防滲工程，雖然經(jīng)過近10 a的運(yùn)行，防滲效果仍然很好。由此可見，無論哪種防滲襯砌形式都具有節(jié)水效果，但使用年限、發(fā)揮的效益卻是不同的。那么對渠道防滲來說，到底采用什么樣的結(jié)構(gòu)形式才能既經(jīng)濟(jì)又抗凍，既保證防滲效果，又延長工程使用壽命?這是設(shè)計(jì)和建設(shè)單位面臨的現(xiàn)實(shí)問題。經(jīng)過對全省渠道防滲工程進(jìn)行大量調(diào)研考察，認(rèn)為以下幾種渠道防滲防凍脹結(jié)構(gòu)模式可以作為不同渠基、水文地質(zhì)條件下渠道防滲工程的首選模式。

1 梯形斷面結(jié)構(gòu)模式

梯形斷面渠道在黑龍江省的應(yīng)用具有普遍性。①梯形斷面施工技術(shù)簡單好掌握，能夠被設(shè)計(jì)、施工單位、項(xiàng)目單位所接受;②適合灌區(qū)改造渠道的現(xiàn)狀?，F(xiàn)狀渠道斷面就是梯形的，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行渠道工程建設(shè)，既簡單又經(jīng)濟(jì)。因?yàn)檩斔土髁枯^大，所以干、支渠道常采用梯形斷面。在梯形渠道工程中，主要采用復(fù)合土工膜防滲、現(xiàn)澆或預(yù)制混凝土板防護(hù)、鋼柔結(jié)合的防滲防凍脹結(jié)構(gòu)模式。黑龍江省香磨山灌區(qū)、寶泉嶺梧桐河灌區(qū)、龍鳳山灌區(qū)、音河灌區(qū)等所有灌區(qū)基本上都采用了這種斷面結(jié)構(gòu)，包括遼寧內(nèi)蒙等地的大多數(shù)灌區(qū)也都使用了這種梯形渠道防滲防凍脹結(jié)構(gòu)。

1.1 全鋪全防結(jié)構(gòu)模式

這是最常用的渠道防滲襯砌結(jié)構(gòu)，即渠坡渠底全部采用混凝土板防護(hù)、復(fù)合土工膜防滲的結(jié)構(gòu)，一般情況下各灌區(qū)都普遍應(yīng)用?；炷涟蹇筛鶕?jù)渠道工程地質(zhì)、填挖方條件選擇采用預(yù)制板或現(xiàn)澆板。通常填方渠道可以在復(fù)合土工膜上直接現(xiàn)澆混凝土板，復(fù)合膜下是砂墊層;挖方渠道常采用預(yù)制混凝土板，板下面是砂墊層，然后才是復(fù)合土工膜。如果地下水位很高，渠道中必須設(shè)置排水設(shè)施。此模式適用于底寬5 m內(nèi)的渠道工程。因?yàn)槭侨伻澜Y(jié)構(gòu)，底寬又在5 m以內(nèi)，所以不設(shè)置固腳。

圖1 現(xiàn)澆混凝土板結(jié)構(gòu)模式

圖2 預(yù)制混凝土板結(jié)構(gòu)模式

1.2 復(fù)合斷面防滲防凍脹結(jié)構(gòu)模式

此斷面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是坡面防護(hù)，渠底不護(hù)。因?yàn)榍變雒浟渴亲畲蟮模辉O(shè)置剛性防護(hù)，就不存在凍脹破壞問題。但由于只做坡面防護(hù)，為防止混凝土板下滑，此種結(jié)構(gòu)一定要設(shè)置固腳，固腳可以支撐邊坡不下滑，使坡面穩(wěn)定。這是一種最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的渠道防滲防凍脹結(jié)構(gòu)，可根據(jù)不同渠基地質(zhì)情況，采取不同結(jié)構(gòu)形式。分以下3種形式:

1.2.1 坡面防護(hù)、渠底防滲結(jié)構(gòu)

這種情況是渠坡采用預(yù)制混凝土板加無紡布防護(hù)、渠底用復(fù)合土工膜上回填砂礫石防滲結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)渠底防滲而渠坡只作防護(hù)，可使渠道側(cè)面坡水或地下水通過渠坡滲入渠道內(nèi)，降低渠基含水量，減少對坡面混凝土板的壓力，避免渠基產(chǎn)生凍脹、滑坡現(xiàn)象。此結(jié)構(gòu)模式適用于渠道側(cè)面有坡水現(xiàn)象及地下水位高的挖方渠道。如黑龍江省音河灌區(qū)地下水位高的渠段采用的就是這種防滲襯砌結(jié)構(gòu)，運(yùn)行多年未見凍脹破壞，見圖3。

圖3 坡面防護(hù)渠底防滲結(jié)構(gòu)

1.2.2 坡面防護(hù)防滲、渠底防滲結(jié)構(gòu)模式

此種情況是渠坡采用現(xiàn)澆混凝土板加復(fù)合土工膜、渠底黏土壓實(shí)防滲的襯砌結(jié)構(gòu)。本模式適用于黏性土渠基的填方渠道。因?yàn)轲ば酝燎诐B漏很小，渠底不采取防滲措施;由于填方渠道凍脹量小，可以采用現(xiàn)澆混凝土板防護(hù)。此結(jié)構(gòu)模式只作坡面防護(hù)，為了增加坡面板的穩(wěn)定，故要設(shè)置固腳。這種渠坡防滲防護(hù)、渠底黏土防滲的結(jié)構(gòu)模式，施工簡單、又減少工程造價，很受應(yīng)用單位歡迎。如黑龍江省齊齊哈爾市江東灌區(qū)六干渠采用的就是這種結(jié)構(gòu)模式，見圖4。

圖4 坡面防護(hù)防滲渠底防滲結(jié)構(gòu)

1.2.3 半鋪全防結(jié)構(gòu)模式

即渠坡用混凝土板防護(hù)、渠坡渠底全部采用土工膜防滲、渠底回填原狀土的防滲防凍脹結(jié)構(gòu)模式，見圖5。這種全斷面鋪設(shè)復(fù)合土工膜需要注意的是:膜料從渠底鋪過來一定要繞過固腳再鋪到坡面上，這樣防滲效果會更好。這種模式坡面混凝土板可根據(jù)渠道形式選擇預(yù)制或是現(xiàn)澆。因?yàn)榍讻]有剛性防護(hù)，所以沒有凍脹破壞，但一定要設(shè)置固腳。此模式因?yàn)楣こ淘靸r低及防滲防凍脹效果好而受到普遍歡迎。黑龍江省寶清縣龍頭橋灌區(qū)、依蘭倭肯河聯(lián)合干渠、查哈陽灌區(qū)總干、引湯灌區(qū)等都采用了這種渠道防滲防凍脹結(jié)構(gòu)模式，其中引湯灌區(qū)引湯總干采用的這種渠道防滲結(jié)構(gòu)模式已經(jīng)運(yùn)行了近10 a，沒有發(fā)生凍脹破壞現(xiàn)象，延長了工程使用壽命，充分發(fā)揮了節(jié)水灌溉效益。

圖5 半鋪全防結(jié)構(gòu)形式

2 U形斷面結(jié)構(gòu)模式

由于U型斷面接近最佳水利斷面，所以它的水流條件好，適應(yīng)凍脹變形能力強(qiáng)，施工速度塊，也是寒冷地區(qū)渠道防滲防凍脹應(yīng)用結(jié)構(gòu)形式之一，特別適用于凍脹性土和濕陷性土壤的中小型渠道。預(yù)制混凝土U型槽構(gòu)件可機(jī)械化生產(chǎn)，斷面結(jié)構(gòu)是預(yù)制混凝土全U或半U(xiǎn)型槽下加設(shè)防滲膜。一般U型槽口徑寬不超1 m，槽壁厚4～6 cm。如木蘭縣香磨山灌區(qū)節(jié)水灌溉示范區(qū)在支渠上就使用機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)的上口寬60 cm、R=27.5 cm、槽深47 cm的U形槽構(gòu)件，與在同樣條件下比一般現(xiàn)澆混凝土U形渠道節(jié)省水泥30%、砂(石子) 50%，節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用40%，同時還可節(jié)省渠槽造型等用工，綜合造價可節(jié)省30%～40%，提高功效5～7倍［1］。

除黑龍江省木蘭香磨山、雞東等灌區(qū)應(yīng)用外，內(nèi)蒙、甘肅、新疆等省也大量應(yīng)用。見圖6。但對渠床的施工質(zhì)量和預(yù)制U型槽的生產(chǎn)工藝要求很高，否則易發(fā)生錯位或上移甚至槽身折斷現(xiàn)象。

圖6 U型斷面結(jié)構(gòu)

3 渠道防滲防凍脹技術(shù)模式應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和體會

3.1 正確選擇渠道防滲防凍脹技術(shù)模式

由大量的渠道防滲工程實(shí)踐證明，渠道在實(shí)施防滲襯砌工程中，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況、因地制宜選擇防滲防凍脹結(jié)構(gòu)模式很重要。一定要考慮渠段工程地質(zhì)、水文等外部情況來具體制定［2］。當(dāng)渠段外側(cè)有坡水現(xiàn)象發(fā)生(或渠段為挖方渠道，地下水位又較高時)，此時要考慮渠內(nèi)無水或水位較低時，渠道邊坡受坡水側(cè)向水壓力頂托，致使渠道邊坡不穩(wěn)定，容易造成滑坡。同時也為減少渠基含水量、避免凍脹發(fā)生，邊坡不能采用復(fù)合土工膜防滲，只采用預(yù)制混凝土板護(hù)砌，板下鋪設(shè)無紡布一層反濾，而渠底仍采用復(fù)合土工膜防滲。即圖1－3坡面防護(hù)渠底防滲結(jié)構(gòu)模式。

3.2 合理選用混凝土防護(hù)板形式

目前，渠道防滲襯砌結(jié)構(gòu)一般都是采用混凝土板防護(hù)、復(fù)合土工膜防滲鋼柔結(jié)合的結(jié)構(gòu)措施，混凝土防護(hù)板可以是現(xiàn)澆或預(yù)制。對于填方渠道、地質(zhì)條件又較好的情況下，不宜產(chǎn)生凍脹破壞，可以選擇直接現(xiàn)澆混凝土板。而當(dāng)渠道處于高地下水位又是挖方渠段、或凍脹性土渠基的填方渠道時，一定要選用預(yù)制混凝土板作為防護(hù)板。預(yù)制板的應(yīng)用不但可以提高施工速度，而且可以保證混凝土的質(zhì)量。同時，混凝土預(yù)制板可以適應(yīng)渠基產(chǎn)生的凍脹變形，當(dāng)凍融消失時，預(yù)制板也基本復(fù)原，不會象現(xiàn)澆的大塊混凝土板那樣產(chǎn)生凍脹裂紋甚至斷裂。如果預(yù)制板破損了，因?yàn)閴K小也便于維修?；炷令A(yù)制板的完好無損，也就保證了防滲襯砌結(jié)構(gòu)的整體完好性，達(dá)到渠道防滲放凍脹的效果，延長渠道工程使用壽命。

3.3 推進(jìn)渠道防滲工程施工標(biāo)準(zhǔn)化

我國在2004年發(fā)布了《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》SL18－2004，這對渠道防滲工程的標(biāo)準(zhǔn)化提供了依據(jù)［3］。渠道防滲襯砌工程要想達(dá)到理想效果，正確選擇結(jié)構(gòu)模式是一方面，而施工質(zhì)量更是重要的因素。在工程建設(shè)過程中嚴(yán)格按照施工圖紙和相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范進(jìn)行施工，必須嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。

1)渠道防滲采用復(fù)合土工膜做防滲材料，混凝土護(hù)砌板做保護(hù)層。對于用水干渠，防滲襯砌前斷面大、渠底寬，渠底復(fù)合土工膜上可采用50 cm厚砂礫石作為保護(hù)層，可加大渠底糙率，減小流速，使設(shè)計(jì)流速滿足渠道不沖、不淤流速要求，可節(jié)省工程投資。

2)為防止凍脹造成復(fù)合土工膜及混凝土板毀壞，渠堤回填土以砂性為好，施工時要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求分層壓實(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)干容重;砂墊層選用中粗砂，施工時要灑水整平、夯實(shí);嚴(yán)格控制混凝土外加劑摻量及水灰比，含氣量控制在3.5%～4.1%之內(nèi)。

3)因?yàn)榍乐黧w材料就是混凝土，混凝土施工必然要有伸縮縫，而渠道的伸縮縫又是水分滲漏的一個主要途徑。從伸縮縫中滲入渠基的水分不僅會造成水量損失，還容易引起渠道塌陷、破壞，甚至發(fā)生由于渠基土凍脹而引起的渠道襯砌破壞。為此，一定要重視伸縮縫材料的質(zhì)量，甚至提高止水材料的造價也是值得的。預(yù)制板可在渠道行水期間采用工廠化生產(chǎn)提前預(yù)制，這樣既縮短了工程工期，確保了工程質(zhì)量，緩解了施工與灌溉行水之間的矛盾。為了保證現(xiàn)澆混凝土防滲渠道的耐久性，除了正確合理的設(shè)計(jì)以外，必須嚴(yán)格提高施工技術(shù)水平，加強(qiáng)對混凝土的品質(zhì)、配合比質(zhì)量的波動以及混凝土的拌和、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)等施工工藝的監(jiān)督和管理，以保證施工質(zhì)量，做到優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、安全?？山梃b先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，推廣集混凝土振搗、模具、成型于一體的行進(jìn)形組合襯砌機(jī)，逐步提高渠道防滲工程向半機(jī)械化和機(jī)械化方向發(fā)展［4］。

［1］ 吳富平，那文杰，韓雷.渠道防滲論文集［J］.2003.106－108

［2］ SL18－2004渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中華人民共和國水利部，2004.

［3］ 孫坤君.我國渠道防滲工程中應(yīng)注意的問題.國家節(jié)水灌溉網(wǎng).2006.3.16.

［4］ 周維博，李立新，何武權(quán)，呂洪光.我國渠道防滲技術(shù)研究與進(jìn)展［J］.水利水電科技進(jìn)展.2004，24(5):60－63.