汾河灌區(qū)節(jié)水改造工程渠道防滲技術(shù)研究

王 中

（山西省汾河灌溉管理局，山西 太原 030002）

1 概況

汾河灌區(qū)位于山西省太原盆地，是山西省的大型灌區(qū)之一，灌溉面積15萬hm2。灌區(qū)現(xiàn)有四級固定渠道（局部地區(qū)為五級固定渠道），即干、支、斗、農(nóng)渠，各級灌溉渠道3006條，總長3605km，已有渠系建筑物10535座，但由于多年運行和年久失修，現(xiàn)有建筑物工程完好率較低。

2 灌溉渠系工程現(xiàn)狀

汾河灌區(qū)現(xiàn)有5條干渠，即一壩灌區(qū)東、西干渠，二壩灌區(qū)東、西干渠，三壩灌區(qū)西干渠，長196.44km。根據(jù)地形條件，干渠沿汾河兩岸布設(shè)。共有支渠20條，全長225.32km，其中一壩灌區(qū)5條，二壩灌區(qū)10條，三壩灌區(qū)5條。斗渠331條，全長871.45km。支渠渠道工程完好率93%，斗渠渠道工程完好率89%。支、斗兩級渠道除已襯砌27.8km（襯砌基本損壞）外，其余均為土質(zhì)梯形渠道。

灌溉渠系防滲率和工程配套水平低。干支渠防滲襯砌只有123.8km，其余的干支渠和斗農(nóng)渠均無防滲，在已防滲的干支渠中，有58km防滲損壞，不能發(fā)揮其防滲作用。支渠以下的斗農(nóng)渠渠系工程建筑物配套率僅為48%，斗、農(nóng)渠基本無防滲。

3 渠道防滲工程設(shè)計

3.1 防滲渠段的選擇

汾河灌區(qū)自1999年開展續(xù)建配套與節(jié)水改造工程以來，以汾河灌區(qū)整體效益出發(fā)，優(yōu)先安排影響灌區(qū)整體效益發(fā)揮的干、支渠“卡脖子”工程，優(yōu)先安排灌區(qū)整體效益發(fā)揮的重點骨干渠道和建筑物。

3.2 渠道防滲襯砌型式選擇

由于汾河灌區(qū)位于季節(jié)性凍土地區(qū)，基土的凍脹對渠道襯砌危害較大，為了防止渠道滲漏及凍脹破壞，結(jié)合原渠道實際情況，采用不同的襯砌形式。

干渠：原為矩形斷面的渠道，形狀不變，兩側(cè)采用重力式擋墻，底板及擋墻采用漿砌石砌筑，底板面層及擋墻面層采用混凝土防滲，防滲高度為設(shè)計水位加超高；原為梯形斷面的渠段，斷面形式不變，邊坡采用漿砌石或混凝土預(yù)制板，底板采用漿砌石+防滲土工膜、現(xiàn)澆混凝土、干插石+混凝土貼面等多種形式。

支渠：支渠斷面全部為梯形斷面，斷面形式不變，邊坡采用M7.5漿砌石厚0.3～0.5m，底板采用干插石灌漿厚0.3m加面層現(xiàn)澆C15混凝土0.1m厚，或現(xiàn)澆C15混凝土0.15m厚，其下鋪設(shè)復(fù)合土工膜。

防滲渠道橫向15m設(shè)1道伸縮縫，縫內(nèi)填充聚乙烯閉孔泡沫板，迎水面5cm用瀝青砂漿填實?？v向沿坡角設(shè)2道伸縮縫，處理方向同橫縫。在矩形斷面和梯形斷面交接處，設(shè)10m長的漸變段相銜接，漸變段均采用漿砌石結(jié)構(gòu)。

3.3 渠道設(shè)計流量

渠道防滲在現(xiàn)有土渠基礎(chǔ)上襯砌，設(shè)計流量依照現(xiàn)有渠道設(shè)計流量，維持不變。

3.4 渠道水力計算

渠道輸水能力根據(jù)明渠均勻流公式計算：

式中：Q——設(shè)計流量，m3/s；

A——過水?dāng)嗝婷娣e，m2；

C——謝才系數(shù)；

R——水力半徑，m；

i——設(shè)計渠底縱坡。

渠道設(shè)計水深根據(jù)以上公式反推。

渠道的平均流速按曼寧公式計算，渠道襯砌超高值按照《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》取0.3～0.8m。渠道襯砌高度在閘前考慮閘前壅水高度影響。

3.5 渠道凍脹分析計算

設(shè)計凍深采用《渠系工程抗凍脹設(shè)計規(guī)范》中的有關(guān)公式進行計算。計算得，工程設(shè)計凍深為0.79m，本次設(shè)計取0.8m。

凍脹量根據(jù)《渠系工程抗凍脹設(shè)計規(guī)范》中凍脹量計算，凍深取0.8m時，根據(jù)細粒土質(zhì)砂、含細粒土砂凍深與凍脹量的關(guān)系曲線圖，凍脹量為0.5cm。由此可判定，地基土的凍脹類別均為Ⅰ類。

規(guī)范中規(guī)定，梯形斷面渠道混凝土的允許凍脹量為0.5～2.0cm，設(shè)計凍脹量小于此值，可不采取防凍脹措施。

3.6 渠道防滲節(jié)水效果分析

汾河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項目總體可研，工程渠道防滲總長175.587km，平均過水流量按3～22.5m3/s考慮，年輸水時間50d。其防滲前后滲漏損失按《灌溉與排水工程涉及規(guī)范》推薦的經(jīng)驗公式計算。計算得，渠道防滲前損失水量為3958萬m3，防滲后損失水量645萬m3，節(jié)水量3313萬m3。

4 渠道防滲工程施工

4.1 土方開挖

基礎(chǔ)開挖采用0.5m3或1.0m3反鏟挖掘機將挖出的土方堆至渠堤外側(cè)，待完成漿砌石渠堤的砌筑并經(jīng)驗收合格后，再分層回填、夯實至設(shè)計要求。

渠堤開挖時預(yù)留30cm保護層，該保護層用人工開挖，應(yīng)避免出現(xiàn)超挖現(xiàn)象?；媲謇頃r，要將稀軟淤土、樹根、雜草、亂石等全部清除，如遇有洞穴要用粗砂或砂礫石分層回填、夯實。夯實后的混凝土擋土墻基底的密實度必須達到設(shè)計要求。

4.2 漿砌石砌筑

第一，砌筑前在砌體外將石料上的泥垢沖洗干凈，砌筑時保持砌石表面濕潤。第二，應(yīng)采用坐漿法分層砌筑，鋪漿厚度3～5cm，鋪漿砌石同時進行，砌縫需用砂漿填充飽滿；不得無漿直接貼靠，砌縫內(nèi)砂漿應(yīng)采用扁鐵插搗密實；嚴(yán)禁先堆石塊再用砂漿灌縫。第三，上下層砌石應(yīng)錯縫砌筑；砌體外露面應(yīng)平整美觀，外露面上的砌縫應(yīng)預(yù)留約4cm深的空隙，以備勾縫處理；水平縫寬不大于2.5cm，豎縫寬不大于4cm。第四，砌筑因故停頓，砂漿超過初凝時間，應(yīng)待砂漿強度達到2.5MPa后方可繼續(xù)施工。在繼續(xù)砌筑前，將原砌體表面的浮渣清除，砌筑時應(yīng)避免振動下層砌體。第五，勾縫前必須清縫，用水沖凈并保持縫槽內(nèi)濕潤，砂漿應(yīng)分次向縫內(nèi)填塞密實；勾縫砂漿標(biāo)號應(yīng)高于砌體砂漿，并按實有砌縫勾平縫，嚴(yán)禁勾假縫、凸縫；砌筑完畢后保持砌體表面濕潤，并做好養(yǎng)護工作。第六，砂漿配合比、工作性能等按設(shè)計標(biāo)號通過試驗確定，施工中應(yīng)在砌筑現(xiàn)場隨機制取試件。

4.3 復(fù)合土工膜鋪設(shè)

鋪膜前，應(yīng)將膜下基面鏟平，土工膜質(zhì)量應(yīng)經(jīng)檢驗合格。土工膜拼接采用膠接法粘合或熱元件法焊接，膠接法搭接寬度5～7cm，熱元件焊接疊合寬度1～1.5cm。土工膜應(yīng)自下而上平展鋪設(shè)，鋪完后及時鋪保護層。填筑保護層的速度要與鋪膜速度相配合。砂保護層施工工作面不宜上重型機械和車輛，不可使用有可能損壞土工膜的工具，砂中不能含有石頭、樹根、草根等易扎破土工膜的雜物。土工膜的施工、焊縫質(zhì)量檢測、工程驗收與技術(shù)管理參照《聚乙烯土工膜防滲工程技術(shù)規(guī)范》進行。

4.4 混凝土澆筑

水泥品種選用抗酸性的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號不低于32.5號。砂子采用質(zhì)地堅硬、顆粒潔凈、級配良好的天然砂，砂的細度模數(shù)為2.3～3.0，含泥量不大于3%，且不得含有黏土團粒。粗骨料采用質(zhì)地堅硬且級配良好的碎石，含泥量要小于1%，粗骨料最大粒徑取60mm，要求超徑小于5%。為抵御酸性環(huán)境水對鋼筋混凝土的侵蝕，混凝土水灰比不得大于0.55，水泥用量不得低于300kg/m3。

混凝土澆筑時，襯砌混凝土或渠系建筑物所用混凝土采用0.4m3攪拌機拌和，膠輪車運輸，溜槽入倉，振搗器振搗?；炷僚浜媳韧ㄟ^試驗確定。混凝土施工應(yīng)符合《水工混凝土施工規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定?；炷翝仓攸c的坍落度宜在30～60cm之間。同一批號的混凝土隨機取樣做抗?jié)B、抗凍等試驗。混凝土澆筑要求隔塊澆筑，且其強度達到2.5MPa后方可拆模。

混凝土澆筑完成并終凝后及時對混凝土表面覆蓋草袋或塑料薄膜，灑水養(yǎng)護，經(jīng)常保持濕潤，養(yǎng)護時間不得少于14d。平均氣溫低于5℃時，不得澆水。