膨脹土地區(qū)渠道襯砌結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究與應(yīng)用

董戰(zhàn)營(yíng)

【摘 要】渠道作為防滲節(jié)水工程中不可或缺的重要組成部分，能夠?qū)⑺斔偷角喇?dāng)中，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的水源引入和引出。但是，國(guó)內(nèi)膨脹土地區(qū)渠道襯砌結(jié)構(gòu)的項(xiàng)目并不多見，相應(yīng)的施工技術(shù)也并不十分成熟，仍然處于探索與完善當(dāng)中。本文著手于膨脹土地區(qū)渠道襯砌結(jié)構(gòu)的研究，結(jié)合膨脹土地區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行分析，總結(jié)膨脹土地區(qū)渠道襯砌結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究與應(yīng)用，為我國(guó)在渠道建造方面的能力提供理論性研究依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】膨脹土地區(qū) 渠道襯砌結(jié)構(gòu) 優(yōu)化研究 應(yīng)用

渠道作為防滲節(jié)水工程中不可或缺的重要組成部分，能夠?qū)⑺斔偷角喇?dāng)中，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的水源引入和引出。因?yàn)榕蛎浲恋貐^(qū)的土地性質(zhì)特點(diǎn)，無法采用常規(guī)的渠道建造方法，如果采用水泥土構(gòu)建渠道，不僅水泥費(fèi)用會(huì)很高，并且渠道斷面較小、施工可操作性很差、施工效率低下，質(zhì)量無法保證。對(duì)此，膨脹土地區(qū)渠道襯砌結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究與應(yīng)用顯得格外重要。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

埃塞阿巴薩姆爾水電站地處典型的非洲黑棉土地帶，進(jìn)場(chǎng)后通過實(shí)驗(yàn)確定，該土屬于強(qiáng)膨脹土。水電站屬于引水式電站，引水明渠長(zhǎng)4公里，渠道的原設(shè)計(jì)采用40cm水泥土護(hù)坡外加20cm干砌塊石襯砌。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，40cm水泥土的方案并不能保證完全解決強(qiáng)膨脹土的破壞問題。因?yàn)榘Ｈ退_姆爾的水泥價(jià)格是我國(guó)國(guó)內(nèi)價(jià)格3倍，所以使用水泥的建造成本也非常高，并且渠道斷面較小、施工可操作性很差、施工效率低下，質(zhì)量無法保證。對(duì)此，為了更好的開展該工程，進(jìn)行渠道襯砌結(jié)構(gòu)優(yōu)化與應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)提高施工質(zhì)量的目的。

2 施工原理及方案

2.1 膨脹土治理原理

膨脹土治理的關(guān)鍵是減少膨脹土與外界水分的交換，避免膨脹土含水量的顯著變化，采用復(fù)合土工膜（兩布一膜）能夠有效隔絕膨脹土與外界水分的交換，使膨脹土含水量保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的比例，避免膨脹土發(fā)生明顯的漲縮破壞[1]。同時(shí)通過邊坡干砌石護(hù)面，增加邊坡穩(wěn)定性。

2.2 施工方案

施工方案主要分三步：（1）對(duì)膨脹土的處理方法進(jìn)行綜合分析。膨脹土治理方法主要有三種，即膨脹土換填、改良和隔離。本渠道引水明渠全線均為黑棉土，附近沒有非膨脹粘土料場(chǎng)，不具備全線換填條件[2]。（2）針對(duì)復(fù)合土工材料隔離方案，最終選定可操作性強(qiáng)的襯砌方案；（3）借助渠道優(yōu)化方案的實(shí)施，逐漸完善施工方法和熟練施工工藝，形成應(yīng)用成果。

2.2.1 復(fù)合土工材料選擇

土渠道防滲設(shè)計(jì)建議采用“SN2/PVC-16-400-0.2”的短纖針刺非織造/聚氯乙烯，兩布一膜復(fù)合土工膜，幅寬不小于5米，表面加糙。土工合成材料的材料檢驗(yàn)應(yīng)按GB/T17642、GB/T17688、GB/T17639、GB/T17638等相應(yīng)規(guī)程規(guī)范的相關(guān)要求執(zhí)行。

2.2.2 復(fù)合土工膜（兩布一膜）加干砌石襯砌方案

渠道斷面底寬3.606m，左右側(cè)邊坡與底板襯砌材料采用復(fù)合土工膜加30cm厚干砌塊石。渠道左側(cè)（山坡側(cè)）渠頂沿線設(shè)置漿砌塊石擋坎，擋坎頂部高出右側(cè)漿砌石護(hù)面頂部20cm，擋坎內(nèi)每隔3m 布1 根管徑100mm 的PVC 排水管，排水管傾向渠道內(nèi)，端部包有土工布反濾；右側(cè)（河道側(cè)）渠頂以上順坡開挖或回填，回填高度為渠道設(shè)計(jì)護(hù)面頂部以上1m，堤頂布置堤路，堤路寬度3m，兩側(cè)坡比均為1：1.75。渠道右側(cè)內(nèi)側(cè)坡面均采用20cm 厚度的漿砌塊石防護(hù)。堤路采用火山渣路面。

2.2.3 土工布加干砌石襯砌方案

渠道斷面底寬 3.606m，左右側(cè)邊坡和底板襯砌方式為土工布加30cm厚干砌塊石。渠道左側(cè)（山坡側(cè)）渠頂沿線布置與復(fù)合土工膜方案相同，設(shè)置漿砌塊石擋坎，擋坎頂部高出右側(cè)漿砌石護(hù)面頂部20cm，擋坎內(nèi)每隔3m 布1 根管徑100mm 的PVC 排水管，排水管傾向渠道內(nèi)，端部包有土工布反濾；右側(cè)（河道側(cè)）渠頂以上布置同復(fù)合土工膜方案相同，順坡開挖或回填，回填高度為渠道設(shè)計(jì)護(hù)面頂部以上1m，堤頂布置堤路，堤路寬度3m，兩側(cè)坡比均為1：1.75。渠道右側(cè)內(nèi)側(cè)坡面均采用20cm 厚度的干砌塊石防護(hù)。

2.2.4 滲漏試驗(yàn)

在上述兩種方案施工完成后，進(jìn)行儲(chǔ)水試驗(yàn)。對(duì)渠段內(nèi)注水至設(shè)計(jì)水深，觀察并記錄水面降落情況，觀察時(shí)間不少于2d。注水觀察完成后，抽干渠道內(nèi)水，待渠道處于干燥、無水狀態(tài)下2d后，重新注水至設(shè)計(jì)水深，觀察并記錄水面降落情況，觀察時(shí)間不少于2d。儲(chǔ)水觀察試驗(yàn)過程中，應(yīng)確保除渠道本身，無其余滲漏通道。

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，復(fù)合土工膜（兩布一膜）和土工布2個(gè)試驗(yàn)段注水試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果如下所示：復(fù)合土工膜（兩布一膜）試驗(yàn)段兩次觀測(cè)水位下降高程分別為24mm和27mm，同期實(shí)測(cè)水面蒸發(fā)量約20mm，實(shí)際水位下降高度分別為4mm和7mm，平均值為5.5mm。土工布試驗(yàn)段兩次觀測(cè)水位下降高度分別為135mm和145mm，扣除蒸發(fā)因素20mm，實(shí)際水位下降高程分別為115mm和125mm，平均值為120mm。

由上述觀測(cè)數(shù)據(jù)可知，復(fù)合土工膜（兩布一膜）方案防滲效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于土工布方案，最終采用復(fù)合土工膜（兩布一膜）方案進(jìn)行施工。

3 施工結(jié)果

通過試驗(yàn)段施工，復(fù)合土工材料（兩布一膜）在膨脹土地區(qū)引水明渠襯砌中應(yīng)用較為成功，達(dá)到了預(yù)期效果，通過后續(xù)主體施工，進(jìn)一步驗(yàn)證了其工藝簡(jiǎn)單、施工快速、施工質(zhì)量易于保證、降低成本等優(yōu)勢(shì)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的應(yīng)用前景。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與實(shí)際應(yīng)用效果，通過對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀察試驗(yàn)與分析，整理與對(duì)比分析總結(jié)出一整套用于渠道復(fù)合土工膜（兩布一膜）加干砌石襯砌的經(jīng)濟(jì)的、可行性的施工工藝。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，應(yīng)用上述施工方法能有效解決渠道防滲、施工工期和降低施工成本等問題。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，國(guó)內(nèi)膨脹土地區(qū)渠道襯砌結(jié)構(gòu)的項(xiàng)目并不多見，相應(yīng)的施工技術(shù)也并不十分成熟，仍然處于探索與完善當(dāng)中。因?yàn)樵摴こ桃?guī)模較大，施工周期較長(zhǎng)，受氣候、天氣、地下水、土質(zhì)狀況等不良因素的影響，為施工帶來了許多的困難。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳晨.南水北調(diào)中線工程大型渠道施工技術(shù)研究[D].蘭州：蘭州交通大學(xué)，2015.

[2]王丹.輸水渠道襯砌結(jié)構(gòu)凍害防治及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2013.