新疆灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造的新技術(shù)和新材料應(yīng)用分析

孟雨塵

（新疆維吾爾自治區(qū)水利管理總站，新疆 烏魯木齊 830000）

農(nóng)田水利是發(fā)展當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要設(shè)施，同時(shí)也是提高農(nóng)民生活水平和生活質(zhì)量的關(guān)鍵所在，是改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的保障。由于我國(guó)的小型農(nóng)田水利工程數(shù)量較多，并且建設(shè)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)存在著配套不全，養(yǎng)護(hù)不足，抗御水旱災(zāi)害能力弱等相關(guān)的問(wèn)題，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的保障水平持續(xù)下降，嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)能力[1]。而為了恢復(fù)灌區(qū)的功能，開(kāi)始對(duì)于灌區(qū)進(jìn)行續(xù)建配套和節(jié)水改造，隨著改造的深入，水利工作者開(kāi)始結(jié)合灌區(qū)設(shè)計(jì)、施工以及管理等方面的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用新技術(shù)和新材料，并且進(jìn)行了多項(xiàng)試驗(yàn)，將研究成果應(yīng)用到了灌區(qū)的改造處理中，促進(jìn)了灌區(qū)的發(fā)展。

1 新疆灌區(qū)背景

黃羊泉水庫(kù)位于白楊河與克拉蘇河之間的高地上，為注入式水庫(kù)，距白楊河水庫(kù)15 km。黃羊泉水庫(kù)是在1989年開(kāi)工建設(shè)，1992年竣工并投入使用。黃羊泉水庫(kù)的主壩壩頂高程350.0 m，最大壩高25.5 m；設(shè)計(jì)總庫(kù)容5800 萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容5534.9 萬(wàn)m3；輸水洞進(jìn)口高程332.0 m，過(guò)水能力為10.0 m3/s，出庫(kù)水經(jīng)轉(zhuǎn)水泵站和DN800 鋼管輸向白堿灘水庫(kù)及第二、三凈化水廠。因?yàn)樵撍畮?kù)的建設(shè)時(shí)間相對(duì)較早，經(jīng)過(guò)多年以來(lái)的不斷運(yùn)用，在當(dāng)前已經(jīng)出現(xiàn)了許多的問(wèn)題，如水利設(shè)施配套不全、工程老化，并且受到水源和水價(jià)等因素的影響，導(dǎo)致收益面積嚴(yán)重下降。隨著配套和節(jié)水改造項(xiàng)目的實(shí)施，使黃羊泉水庫(kù)得到了更多的發(fā)展。

2 新技術(shù)的應(yīng)用

2.1 渠道設(shè)計(jì)斷面

基于黃羊泉水庫(kù)的水流條件、結(jié)構(gòu)美觀性、抗凍脹效果施工簡(jiǎn)易程度等多方面的因素，對(duì)于不同級(jí)別的渠道分別采取梯形加矩形、圓弧、圓弧底形、U 形、梯形、圓弧坡角形等多種結(jié)構(gòu)，形成大型渠道梯形、大小型渠道曲線型的斷面組合。采用梯形斷面，并且支渠方面在改建過(guò)程中，因?yàn)榭紤]到了當(dāng)?shù)卦诙镜挠盟畣?wèn)題，所以主要采用上部矩形、下部梯形的形式，以此來(lái)解決問(wèn)題[2]。

2.2 渠道抗凍設(shè)計(jì)

因?yàn)樾陆貐^(qū)屬于高嚴(yán)寒地區(qū)，所以凍脹問(wèn)題十分普遍。在設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合黃羊泉水庫(kù)的實(shí)際情況采用抗凍混凝土、苯板保溫層、砂礫石防凍層等多種措施，以此來(lái)提高灌區(qū)的抗凍性能。在灌區(qū)下游通過(guò)防、排相結(jié)合的方式手段進(jìn)行抗凍處理，采用現(xiàn)澆混凝土襯砌，并在混凝土板底下鋪設(shè)砂礫石防凍層，因?yàn)榭紤]到凍脹導(dǎo)致的變形問(wèn)題，加寬混凝土板的縱縫[3]。

2.3 入渠泥沙的處理技術(shù)

因?yàn)樗畮?kù)存在多泥沙，這導(dǎo)致在實(shí)際灌溉過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致河流中的泥沙大量流入輸水干渠，從而對(duì)干渠質(zhì)量造成嚴(yán)重的磨損，需要投入過(guò)多資金進(jìn)行維護(hù)。因此，為了可以解決這一問(wèn)題，需加強(qiáng)對(duì)于引水樞紐的運(yùn)行管理，并在改建灌區(qū)的過(guò)程中采用入渠泥沙處理技術(shù)。利用地形優(yōu)勢(shì)，采用螺旋式流排沙技術(shù)和漏斗式全沙排沙技術(shù)等，能夠有效地避免大量泥沙進(jìn)入到干渠[4]。

2.4 渠道襯砌方式

在對(duì)灌區(qū)實(shí)施節(jié)水改造的過(guò)程中，渠道襯砌方式的選擇是實(shí)現(xiàn)節(jié)水改造的重點(diǎn)。而當(dāng)前的襯砌方式中，漿砌石、預(yù)制混凝土板、現(xiàn)澆混凝土板以及干砌石灌漿等方式是應(yīng)用較為普遍的幾種。在新疆灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造的過(guò)程中，因?yàn)楦鲄⒔ú块T所負(fù)責(zé)的區(qū)域不同，所以基于區(qū)域差異，采用相適應(yīng)的襯砌方式。黃羊泉水庫(kù)在進(jìn)行改建時(shí)，上部采用現(xiàn)澆混凝土板襯砌，在底部采用座漿漿砌石，有效地保障了渠道的質(zhì)量，延長(zhǎng)使用年限[5]。

2.5 砂礫石墊層

因?yàn)榭紤]到冬季混凝土防凍脹的需要，在渠底和渠坡?lián)Q填戈壁料。在鋪設(shè)砂礫石墊層料之前，需要檢測(cè)砂礫料的級(jí)配料，必須要滿足相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)。而鋪料則對(duì)于均勻性方面具有較高的要求，鋪料之后采用人工整平，并進(jìn)行灑水以及夯實(shí)等施工。表1 所示為砂礫石墊層的承載力。

表1 砂礫石墊層的承載力容許值

3 新材料的應(yīng)用

黃羊泉水庫(kù)在續(xù)建配套設(shè)施時(shí)和節(jié)水改造時(shí)，采用了非常多的新型材料，并且遵循統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實(shí)施、整合已建、統(tǒng)籌在建、規(guī)范新建的原則，目的是為了避免日后重復(fù)建設(shè)和資源浪費(fèi)。

3.1 聚丙烯纖維

該材料屬于高分子材料，聚丙烯纖維所采用的化學(xué)改性、物力改性以及特殊的纖維表面處理技術(shù)可以有效地提高與混凝土之間的握裹力，能夠有效地避免或是降低混凝土開(kāi)裂的情況，對(duì)于改善混凝土的變形性能具有良好的效果，同時(shí)還可以降低各種縮性收縮、水化熱溫度以及離析等因素導(dǎo)致的非結(jié)構(gòu)裂縫，提高混凝土的整體性能，促進(jìn)混凝土技術(shù)的發(fā)展。

因?yàn)榫郾├w維應(yīng)用在抗裂抗?jié)B方面具有非常良好的效果，因此，在灌區(qū)中設(shè)置防滲板厚度為60 mm 和80 mm 兩個(gè)選擇，而混凝土摻纖維1.0 kg/m3，施工工藝參考普通混凝土的攪拌[6]。但是，在進(jìn)入攪拌機(jī)之前，需要注意其投料順序，依次為碎石、纖維、水、水泥、砂子。根據(jù)這一順序投料，可以得到更加均勻的拌合物，每盤(pán)攪拌量根據(jù)一小包纖維的配合比來(lái)對(duì)與其他的材料質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算，禁止隨意拆除纖維包裝，造成當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成污染。表2 所示為PE 閉孔泡沫塑料板的性能。

表2 PE 閉孔泡沫塑料板的各項(xiàng)參數(shù)

3.2 鋪設(shè)塑膜，提高防滲率

因?yàn)楣喔确绞綖榍邓喔?，而這一灌溉方式的最大問(wèn)題是會(huì)損失大量的渠道水，不僅會(huì)導(dǎo)致渠系水利用系數(shù)下降，還會(huì)直接導(dǎo)致灌溉面積縮小。而在灌區(qū)的支渠、斗渠以及農(nóng)渠等部分采用塑膜防滲技術(shù)，可以得到明顯的防滲效果。

在選擇塑料薄膜時(shí)，其選擇重點(diǎn)主要在于塑料自身的顏色、厚度以及品種。我國(guó)的塑料薄膜可以分為聚乙烯和聚氯乙烯兩種材料。其中，聚乙烯薄膜質(zhì)地更加柔軟，不易老化，并且其重量相較于聚氯乙烯輕40%，同時(shí)還具有耐低溫、抗凍性能好的優(yōu)勢(shì)。其缺點(diǎn)主要在于抵抗植物穿透的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)弱于聚氯乙烯。而聚氯乙烯薄膜的優(yōu)點(diǎn)在于具有較強(qiáng)的抗穿透能力，缺點(diǎn)則是穩(wěn)定性差，容易老化。因此，兩種材料的塑料薄膜具有不同的優(yōu)勢(shì)和不足，而通過(guò)對(duì)比兩種材料的比重、使用溫度范圍、抗凍性能、單位重量以及抗拉強(qiáng)度等方面進(jìn)行比較，黃羊泉水庫(kù)灌區(qū)適合采用聚氯乙烯黑色塑膜。

首先，備料：根據(jù)灌區(qū)要求，對(duì)塑料塑膜進(jìn)行裁剪，避免其受到污染[7]。其次，鋪設(shè)。鋪設(shè)步驟采用從上向下，鋪設(shè)過(guò)程中需要松緊適度，貼緊基面；采用搭接的方式將相鄰的防滲膜進(jìn)行連接，平地搭接的寬度預(yù)留20 cm。在岸坡和薄膜的連接部分禁止存在空隙，必須要實(shí)現(xiàn)緊密結(jié)合。再次，覆蓋。防滲膜的施工強(qiáng)度需要基于砼的施工強(qiáng)度來(lái)確定，隨時(shí)輻射隨時(shí)覆蓋，避免陽(yáng)光直射。在開(kāi)始進(jìn)行防滲膜接頭施工之前，需要通過(guò)工藝試驗(yàn)之后進(jìn)行防滲膜接頭施工。利用熱熔焊接技術(shù)，將雜物清除干凈，保證膜面的清潔，而塑料薄膜和膜接頭處在平整鋪設(shè)之后可以開(kāi)始進(jìn)行焊接。焊好之后需要采取一定的防護(hù)措施，避免日光直曬。

3.3 苯板與聚氨酯伸縮縫

黃羊泉水庫(kù)的續(xù)建配套在對(duì)伸縮縫進(jìn)行處理的過(guò)程中，采用兩氈三油作為填縫材料，因?yàn)椴牧暇哂辛己玫捻g性，并且粘結(jié)力強(qiáng)、施工方案、低溫不斷裂以及使用時(shí)間長(zhǎng)等眾多優(yōu)勢(shì)。其中，伸縮縫的底部選擇的20 mm 厚度的苯板，而上部填縫材料則選擇的是聚氨酯以及聚氨酯砂漿等。另外，在對(duì)于苯板進(jìn)行固定時(shí)，可以使用卡子?；炷翝仓^(guò)程中，不能對(duì)于苯板造成破壞，也不能導(dǎo)致苯板發(fā)生上移情況。而其表面部分則主要是選擇聚氨酯砂漿、聚氨酯等材料，在填縫之前，將縫面徹底清除干凈，而嵌縫深度一般需要達(dá)到30 mm。在填縫的過(guò)程中，需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行加熱配置，并且嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)即配即用，避免出現(xiàn)砂漿冷卻的情況。如果出現(xiàn)冷卻，不利于聚氨酯與混凝土的結(jié)合[8]。

3.4 PE 閉孔泡沫塑料板

混凝土防滲板的接縫材料主要采用PE 閉孔泡沫塑料板。因?yàn)镻E 閉孔泡沫塑料板這一材料恢復(fù)率高、密度小，表面吸水率較低、耐老化、防滲透性能好，并且還具有獨(dú)立的氣泡結(jié)構(gòu)、高溫不流淌，低溫不脆裂、施工方便以及能夠根據(jù)端面形狀粘接和裁剪等眾多優(yōu)勢(shì)。PE 閉孔泡沫塑料板的間距以及厚度需要通過(guò)當(dāng)?shù)氐臏夭詈拖嚓P(guān)的規(guī)范進(jìn)行計(jì)算得出，一般是最佳狀態(tài)為厚度10 mm、間距4 cm，在表面直接采用原漿收面。在跳倉(cāng)澆筑的過(guò)程中，需要固定好邊模，避免混凝土在進(jìn)行入倉(cāng)振搗時(shí)，導(dǎo)致PE 閉孔泡沫塑料板向上移動(dòng)。而邊模的固定中，采用鐵釘固定木模、采用卡子固定鋼模。結(jié)束跳倉(cāng)之后，經(jīng)過(guò)三天時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)倉(cāng)澆筑，禁止踩踏澆筑板邊緣，避免剝離已經(jīng)澆筑好的PE 閉孔泡沫塑料板。除此之外，在開(kāi)展連倉(cāng)澆筑的過(guò)程中，要注意在完成第一塊混凝土板的澆筑工作之后，禁止立即拆除模板，需要在完成第二塊混凝土土板的入倉(cāng)振搗之后，才可以拆除連倉(cāng)模板。之后需要使用混凝土填平連倉(cāng)模板的放置區(qū)域，進(jìn)行振搗、磨光、壓面等，實(shí)現(xiàn)連續(xù)澆筑的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，新疆當(dāng)?shù)氐暮恿鞫嗄嗌?，而黃羊泉水庫(kù)在經(jīng)過(guò)續(xù)建配套和節(jié)水改造項(xiàng)目之前，充分考慮到了防凍脹、防抗沖等問(wèn)題，同時(shí)還需要將灌區(qū)的量水設(shè)施加以完善，實(shí)現(xiàn)科學(xué)節(jié)水、合理配水的目的。

通過(guò)在灌區(qū)中應(yīng)用新技術(shù)、新工藝和新材料，能夠有效地提高灌區(qū)的灌溉效率和渠系水的利用系數(shù)，促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)。