汾河灌區(qū)渠道防滲襯砌結(jié)構(gòu)的比選

王引田

(山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024)

1 前言

汾河灌區(qū)地處太原盆地的“底部”，呈條帶狀分布于汾河?xùn)|西兩岸階地，屬排泄水文地質(zhì)單元區(qū)。灌區(qū)地形平緩，總的地形趨勢由東北向西南傾斜，地面自然坡降南北為1/1250～1/4000，東西為1/1500～1/1200。土地較為平整，但微地形起伏變化較大。

汾河灌區(qū)地形及地質(zhì)條件表現(xiàn)在:由于汾河水水位的控制，沿岸地下水水平交替滯緩，垂直交替強(qiáng)烈。灌水后地下水位可上升2m或與地面水聯(lián)成一體。作物播種以后，隨著作物的生長對水分的消耗，地下水位下降，直到作物收割，地下水位又回到2～3m。年復(fù)一年，周而復(fù)始。

灌區(qū)的灌溉以冬、春灌溉為主，輔以適當(dāng)?shù)南墓?。冬灌一般開始于11月上旬，12月上中旬結(jié)束。春灌一般開始于3月上旬，4月上中旬結(jié)束。夏灌一般僅在小范圍內(nèi)進(jìn)行，開始于5月中旬，6月上中旬結(jié)束。零星分布井片區(qū)的灌溉根據(jù)作物的需水時間進(jìn)行。

汾河灌區(qū)灌水時間的特殊性表現(xiàn)在:大規(guī)模的灌溉基本在晚秋、冬季和早春進(jìn)行。這意味著汾河灌區(qū)的灌溉是在土壤凍結(jié)或沒有完全解凍的條件下實施。帶來的問題是:大部分灌溉面積在灌溉完畢后，地下水位升高，土壤凍脹加大，地面會出現(xiàn)結(jié)冰，積水和越冬冰蓋。

以上地形地質(zhì)條件及灌水方式?jīng)Q定了汾河灌區(qū)防滲襯砌結(jié)構(gòu)成功與否的重要因素為渠道滲漏及抗凍脹性。

2 防滲結(jié)構(gòu)形式比選

防滲渠道的設(shè)計應(yīng)符合防滲和渠基穩(wěn)定的要求，并對防滲、防凍脹、防沖刷、防淤積等進(jìn)行綜合分析。由于汾河灌區(qū)位于季節(jié)性凍土地區(qū)，地基土的凍脹對渠道襯砌結(jié)構(gòu)危害較大。為了防止渠道滲漏及凍脹破壞，結(jié)合汾河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程實施以來的經(jīng)驗教訓(xùn)，對干、支渠道的襯砌型式進(jìn)行比選。

1999～2011年汾河灌區(qū)在2000年總體規(guī)劃的框架下，先后實施了5條干渠、7條支渠共計94km的渠道防滲，襯砌結(jié)構(gòu)均采用了復(fù)合式防滲襯砌結(jié)構(gòu)，共5種，分別為漿砌石重力墻+混凝土板防滲型式、漿砌石重力墻+復(fù)合土工膜防滲型式、漿砌石護(hù)坡+復(fù)合土工膜防滲型式、復(fù)合土工膜+現(xiàn)澆混凝土板防滲型式、復(fù)合土工膜+預(yù)制混凝土板防滲型式。本著因地制宜、就地取材的原則，本次防滲結(jié)構(gòu)仍以混凝土和砌石結(jié)構(gòu)為主，并充分考慮以下要求:(1)防滲效果好，最大滲漏量能滿足工程要求;(2)經(jīng)久耐用，使用壽命較長;(3)輸水能力和防淤抗沖能力高;(4)施工簡易，質(zhì)量容易保證;(5)管理維修方便，價格合理。

比選方案中除上述已實施過的5種防滲形式，同時增加漿砌石護(hù)坡+混凝土板防滲型式和現(xiàn)澆混凝土板+聚苯乙烯泡沫板的防滲結(jié)構(gòu)2種型式，下面對上述7種防滲型式進(jìn)行分析比選。

2.1 方案1，漿砌石重力墻+混凝土防滲型式

該方案渠道邊墻及底板均采用漿砌石結(jié)構(gòu)，底板厚0.4m，邊墻為重力式，臨水面采用0.1m厚現(xiàn)澆混凝土板防滲。如圖1所示。

圖1 方案1渠道防滲結(jié)構(gòu)

2.2 方案2，漿砌石重力墻+復(fù)合土工膜防滲型式

該方案渠道邊墻采用墻式漿砌石結(jié)構(gòu);底板采用漿砌石結(jié)構(gòu)，厚0.4m。邊墻及底板下均鋪設(shè)一層復(fù)合土工膜。如圖2所示。

圖2 方案2渠道防滲結(jié)構(gòu)

2.3 方案3，漿砌石護(hù)坡+混凝土板防滲型式

汾河灌區(qū)現(xiàn)有干、支渠大部分為梯形斷面土渠，因此防滲方案應(yīng)盡可能按照原有斷面形式確定。本方案在梯形土渠基礎(chǔ)上采用底板及邊墻漿砌石襯砌結(jié)構(gòu)，底板厚0.4m，邊坡采用0.3～0.5m厚漿砌石襯砌，過水?dāng)嗝娌捎?.1m厚現(xiàn)澆混凝土板防滲。如圖3所示。

圖3 方案3渠道防滲結(jié)構(gòu)

2.4 方案4，漿砌石護(hù)坡+復(fù)合土工膜防滲型式

該方案底板及邊墻均采用漿砌石結(jié)構(gòu)，底板厚0.4m，邊墻厚0.3～0.5m，漿砌石下鋪設(shè)一層復(fù)合土工膜。如圖4所示。

圖4 方案4渠道防滲結(jié)構(gòu)

2.5 方案5，復(fù)合土工膜+現(xiàn)澆混凝土板防滲型式

該方案底板及邊墻均采用0.15m厚現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土下鋪設(shè)一層復(fù)合土工膜。如圖5所示。

圖5 方案5渠道防滲結(jié)構(gòu)

2.6 方案6，復(fù)合土工膜+預(yù)制混凝土板防滲型式

該方案底板采用0.15m厚現(xiàn)澆混凝土板結(jié)構(gòu);邊墻采用0.08m厚預(yù)制混凝土板結(jié)構(gòu);底板及邊墻混凝土板下鋪設(shè)一層復(fù)合土工膜。如圖6所示。

圖6 方案6渠道防滲結(jié)構(gòu)

2.7 方案7，聚苯乙烯泡沫塑料板+預(yù)制混凝土板防滲型式

該方案底板采用0.15m厚現(xiàn)澆混凝土板結(jié)構(gòu);邊墻采用0.08m厚預(yù)制混凝土板結(jié)構(gòu);底板及邊墻混凝土板下鋪設(shè)7cm厚聚苯乙烯泡沫塑料板保溫。如圖7所示。

圖7 方案7渠道防滲結(jié)構(gòu)

2.8 防滲結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)

各方案防滲結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)比較見下表1，其中投資以渠深2.1m、渠寬8.0m為計算斷面。(表內(nèi)投資不包括挖填土方及拆除量)。

表1 渠道防滲襯砌結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)比較

通過上表對比分析，漿砌石結(jié)構(gòu)主要滿足抗凍脹要求，現(xiàn)澆混凝土板及復(fù)合土工膜主要滿足渠道防滲的要求。前4種方案均可滿足我省冬季抗凍脹和防滲要求。當(dāng)?shù)叵滤裆顫M足鋪設(shè)土工膜要求時(鋪設(shè)時不要有地下水出漏，且基底承載力達(dá)到一定要求)相對方案2、4比方案1、3節(jié)省投資，但土工膜鋪設(shè)施工中需加強(qiáng)管理，以免不恰當(dāng)?shù)牟僮髟苹蛩毫逊罎B膜;現(xiàn)澆混凝土板需滑模施工，在防滲高度較高時，施工難度大，澆筑困難，但過流條件較好，耐久性想對較好，不宜破壞。雖前4種方案投資相對較大，但對于流量較大、需要冬季灌溉運(yùn)行、有凍脹的渠道，結(jié)合10多年汾河灌區(qū)的運(yùn)行經(jīng)驗，仍建議采用上述4種方案。方案5、6投資省，工程量小，工期快，但只適用于沒有凍脹或凍脹較小、冬季不運(yùn)行的渠道，目前汾河灌區(qū)使用相對較少;方案7采取聚苯乙烯泡沫塑料板作為保溫材料，但從運(yùn)行效果上看，沒有起到良好的抗凍脹保護(hù)，渠道變形導(dǎo)致保溫板、預(yù)制板整體塌滑，且不易修復(fù)，因此不推薦采用。

3 結(jié)論

以上各種防滲形式是針對大型灌區(qū)的干、支渠渠道防滲結(jié)構(gòu)采取的措施，斗農(nóng)渠渠道防滲抗凍脹措施更適合采用“U”型防滲結(jié)構(gòu)形式。

我國是水資源相對短缺的國家，且地域分配極不均衡，缺水現(xiàn)象在北方尤其嚴(yán)重，直接影響到了農(nóng)業(yè)灌溉與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。為此水利部在2000年以后，特別是近幾年，在開發(fā)可利用水源的同時大力提倡農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉，花費(fèi)大量投資對大中型灌區(qū)進(jìn)行渠道節(jié)水防滲改造。我們對汾河灌區(qū)近十多年的渠道防滲改造進(jìn)行總結(jié)，對于我國北方尤其是受凍脹嚴(yán)重影響的灌區(qū)防滲改造有一定的借鑒意義。

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