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陜西省寶雞峽灌區(qū)渠道防滲技術(shù)的探討
陜西省寶雞峽灌區(qū)渠道防滲技術(shù)的探討 摘要:寶雞峽灌區(qū)在渠道防滲工程中通過選用合理的斷面形式,采用新型防滲材料,并研制開發(fā)襯砌設備等取得了非常顯著的成效,灌區(qū)面貌煥然一新,節(jié)水效果十分顯著。
關(guān)鍵詞:新材料 新技術(shù) 新設備 節(jié)水 防滲
寶雞峽灌區(qū)位于陜西關(guān)中西部,水源以渭河徑流為主,引水流量95m3/s,灌溉寶雞、楊凌、咸陽、西安四市(區(qū))14個縣(區(qū))的291.6萬農(nóng)田。灌區(qū)現(xiàn)有總干、干渠6條,長421.6km;支渠77條,長680.08km,斗渠1956條,長1191.669km。渠道與建筑物配套基本齊全。
灌區(qū)開灌以來,累計引用渭河水量274億m3,灌地2.2億畝次,灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件得到了極大改善,對陜西省國民經(jīng)濟發(fā)展與社會進步起到了舉足輕重的作用。但是,由于灌區(qū)是一個新老結(jié)合的大型灌區(qū),工程布局線長面廣,地質(zhì)和水文地質(zhì)條件十分復雜,加之受原技術(shù)水平和施工時經(jīng)濟條件所限,工程設計標準不高,工程不配套,部分干渠和大部分支渠未進行防滲處理。采用砼襯砌防滲的渠道經(jīng)幾十年運行,原襯砌的砼板大部分遭到破壞,漏水嚴重。近年來,隨著灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項目、陜西省關(guān)中九大灌區(qū)世行項目、農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)項目等工程相繼實施,灌區(qū)在渠道防滲工作中利用新材料、新技術(shù)并研制開發(fā)新設備等取得了非常顯著的成效,灌區(qū)面貌煥然一新,節(jié)水效果十分顯著。現(xiàn)就一些技術(shù)問題和大家做一探討。
一、防滲斷面形式的選擇
寶雞峽灌區(qū)干、支、斗渠數(shù)量較多,流量大小各異,且渠道襯砌都是在已成工程的基礎上進行的。因此,選擇合理的斷面形式,既可減少工程回填量,縮斷工期,降低成本,又可改善水流條件,減少淤積,同時減輕凍脹破壞,延長工程壽命。近年來,灌區(qū)渠道防滲斷面結(jié)構(gòu)形式主要依據(jù)渠道流量大小并結(jié)合工程實際情況即工程附近回填土料來源、施工工期、回填土施工質(zhì)量等條件以及多年來渠道改造工程實踐經(jīng)驗來確定的,一般分以下四種情況:
1.設計流量大于9.0m3/s,選擇弧形坡腳梯形斷面或梯形斷面;
2.設計流量在3-9.0m3/s時,選擇弧形坡腳梯形斷面或弧底梯形斷面;
3.設計流量在1-3m3/s時,選擇弧底梯形斷面或U型斷面;
4.設計流量小于1.0m3/s時,選擇U型斷面。
弧形坡腳梯形斷面或弧底梯形斷面在干、支渠道中應用較多,由于其近似于最佳水力斷面,流速分布均勻,易于拉沙,減少淤積;同時也能改善防滲渠道凍脹變形分布的不均勻性,且渠底有一定的反拱作用,故可減輕砼板的凍脹破壞,減少裂縫和移位。
U型斷面較梯形斷面每公里輸水損失可減少3.7%,防滲效果最好,它近似于最佳水力斷面,水流條件好,流速大,輸水輸沙能力強;另外,其抗凍脹性能較高,凍脹程度僅為梯形的1/3-1/4,又便于管理,投資少、占地少,機械化施工程度較高。在灌區(qū)較小的支渠工程及斗、分渠工程應用比較廣泛。
二、防滲材料的選擇
寶雞峽灌區(qū)原設計采用單一的砼或砌石等防滲材料,其雖然有一定的防滲性能,又能適應高流速。但通過多年的運行實踐表明,其很難達到預期的防滲效果和耐久性。后來,又采用了砼板下鋪設聚氯乙烯膜料,雖然起到了一定的防滲作用,但由于這種防滲形式必須在塑料膜上面鋪設2-3cm厚的灰土或低標號水泥砂漿過渡層做為介質(zhì)保護薄膜不被破壞。而在實際施工中,渠道內(nèi)坡比一般在1:1-1:1.25之間,2-3cm厚的過渡層不易操作,且渠道行水時,在砌縫較多的渠道上,過渡層往往會被水流沖走或掏空,導致上部砼板整體破壞或表面凹凸不平。因此,其施工難度較大,施工質(zhì)量難以保證,工效較低。近年來,隨著防滲膜料的發(fā)展,寶雞峽灌區(qū)不斷總結(jié)經(jīng)驗,采用了復合土工膜防滲。即一布一膜土工布。由于其抗拉強度較高,抗穿透能力和抗老化性能好,可不設過渡層,另外,土工布表面摩擦力大,防滑效果好,便于安砌或澆筑砼板。與塑料膜防滲相比,具有施工簡單,質(zhì)量可靠,提高工效等優(yōu)點。目前,灌區(qū)除部分斗、分渠之外,干、支渠防滲工程大都采用這種板膜復合結(jié)構(gòu)形式,即采用一布一膜土工布柔性材料做防滲層,其上再用C15砼剛性材料做為保護層,厚度一般7-10cm,此層主要起保護膜料不被外力破壞和防止其老化以延長工程壽命的作用。兩種材料互相揚長避短,顯示了明顯的經(jīng)濟技術(shù)性能。目前,在灌區(qū)中得到了廣泛應用。其主要優(yōu)點如下:
1.防滲效果好。其滲漏量是單純的砼防滲材料的1/6,是砌石材料的1/13,是不防滲土渠的1/21。
2.延長了渠道的工程壽命。明鋪式膜料防滲,因老化嚴重而壽命較短。但鋪在保護層以下,經(jīng)試驗研究其壽命在30年以上。同時,膜料防滲層可以保溫,從而減輕凍脹破壞,使砼保護層裂縫減少,延長了工程壽命。
3.與單純的砼防滲材料相比,投資大體相當。采用砼做膜料防滲層的保護層時,其厚度可以由砼防滲時的10-14cm減薄至7-10cm。購買土工布的投資雖較減薄砼節(jié)約的投資稍高,但其減輕了凍脹破壞,尚可減少維修費和管理費。
4.符合灌區(qū)實際情況。寶雞峽灌區(qū)防滲渠道多為舊渠道改建工程,普遍存在施工與行水時間的矛盾。采用了板膜復合結(jié)構(gòu),渠底現(xiàn)澆,坡板可在灌溉行水期提前預制,在非灌溉期施工,既避免了施工與行水的矛盾,又可縮斷工期,降低投資。
三、伸縮縫止水材料的選擇
灌區(qū)以往在這方面投資較少。大多采用瀝青砂漿、油氈、聚氯乙烯油膏等做為伸縮縫止水材料。但這些材料有的性能差,有的造價高,有的施工技術(shù)復雜,不能很好地解決工程實際中存在的問題,難以保證工程質(zhì)量,導致伸縫處滲漏水現(xiàn)象較為嚴重。近年來,寶雞峽灌區(qū)對接縫處理工作和止水材料的選用方面非常重視。一致認為提高防滲效果增加止水材料的投資是值得的。目前,工程上大都采用水利部西北水科所在聚氯乙烯油膏基礎上研制的性能與其相同,但造價相對較低的新型伸縮縫止水材料—焦油塑料膠泥。其施工方便,造價低,止水效果良好,在灌區(qū)已得到了廣泛應用。
四、施工技術(shù)
1.防滲渠道基槽的填筑與開挖
寶雞峽灌區(qū)近年來渠道襯砌均是在舊渠道上進行,由于原渠道多為土渠梯形斷面,經(jīng)長期輸水運用,在水面以下均已變成不規(guī)則的弧形斷面。對此我們的處理方法如下:
①如渠基含水量很大,甚至為飽和狀態(tài)時,為了填筑施工,就提前停水,使基土風干,或采用抽排、翻曬等方法,降低含水量。
②對于過流較大的重要干、支渠工程或有防凍要求的工程,采用換填土等方法。
③對于流量小于2.0m3/s的支渠及斗、分渠,首先進行清淤和清基土,再進行填筑。填筑時先將全渠槽填至設計高程(分層夯實,每層鋪土厚度,機械施工時,不大于30cm,人工施工時,不大于20cm),再用U形開渠機進行開挖,最后再輔以人工檢查和反復的修整工作,直到滿足防滲層斷面設計要求。
④大于2.0m3/s的干、支渠工程,由于全渠槽填筑土方量較大,故往往采用局部填筑補齊的方法進行填筑,填筑面的寬度一般應較設計加寬50cm以上,以滿足一個蛙式電夯機的正常工作面。開挖時,僅開挖填筑時加寬的50cm的部分土體,然后按整修渠槽的方法修整渠道基槽,直至達到設計要求為止。
2.土工膜的加工和鋪設
該工序包括剪裁、接縫、鋪設等項工作。
經(jīng)理論計算,考慮到實際應用的安全系數(shù),寶雞峽灌區(qū)采用的復合土工膜規(guī)格為一布一膜,其中上面一層為100-150g/m2的土工布(根據(jù)渠道流量、斷面、水深等具體確定),其表面摩擦力大,防滑效果好,便于安砌或澆筑砼板。下面一層為不小于0.25mm厚的聚氯乙烯膜,是主要的防滲材料。
①剪裁:成卷的土工膜料應根據(jù)鋪膜基槽斷面尺寸的大小及每段長度剪裁。縱向鋪設時,首先按基槽的斷面尺寸計算所需膜料的幅數(shù)。橫向鋪設時,以鋪設基槽斷面的長度為一幅。剪裁的長度應以其大塊膜料便于搬運和鋪設為宜。小型渠道一般為50m-60m,大中型渠道可選用20m-40m。
②接縫:膜料連接處理的方法有搭接法,焊接法和粘接法等。寶雞峽灌區(qū)近年來多改簡單的搭接及粘接劑粘接為機器焊接。焊接時的搭接寬度一般不小于10cm,采用雙焊縫焊接。
③鋪設:基槽檢驗合格后,在基槽表面灑水濕潤,以保證膜料能緊密地貼在基床上。縱向鋪設時,將按設計尺寸加工的大幅膜料疊成“琴箱”式,先橫向放在下游槽內(nèi),再將一端與先鋪好的膜料或原建筑物在現(xiàn)場焊接,再向上游拉展鋪開。橫向鋪設時,由渠道一岸經(jīng)渠底向另一岸鋪設�？傊�,鋪膜的速度應和砼鋪砌或澆筑的速度相配合,當天鋪膜,當天澆筑好砼板,以免膜料裸露時間過長。
3.砼板的安砌、澆筑
為確保砼防滲渠道的防滲效果及耐久性,除了正確合理的設計外,還必須提高施工技術(shù)水平,確保施工質(zhì)量,做到優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟、安全。
寶雞峽灌區(qū)近年來非常重視該項工作,迄今為止,已研制出了一批施工機械設備,確保了工程質(zhì)量和進度,渠道防滲工程施工已向半機械化和機械化發(fā)展。
①部分支渠及斗、分渠襯砌工程
管理局研制的U型渠道襯砌機已被廣泛應用,其結(jié)構(gòu)簡單,易于操作,施工進度快,砼質(zhì)量高,渠道表面光滑,輸水能力強,抗凍性能好。產(chǎn)品有D80-D200十種規(guī)格。1992年管理局在總結(jié)經(jīng)驗的基礎上又研制出了CU4型渠道砼襯砌機,它是U型襯砌機的更新?lián)Q代產(chǎn)品,它克服了原襯砌機的不足(一是牽引和襯砌機分離設置,兩臺設備、兩臺動力、施工中操做控制不便,且設備投資偏大;二是沒有切縫和壓邊機構(gòu),人工另行處理,費工費時,且整體性差等)。目前,研制生產(chǎn)的CU4-30、CU4-40、CU4-50和CU4-60等規(guī)格產(chǎn)品在灌區(qū)及外部灌區(qū)許多小型渠道襯砌工程得到了廣泛應用。它能將修正土模、澆筑成型、振搗密實、切縫和渠道壓邊等工序連續(xù)一次完成,提高了渠道襯砌的速度、降低了工程造價。
另外,在部分斗、分渠工程中,還采用了管理局研制的高強度砼構(gòu)件生產(chǎn)機械——襯砌預制板振動臺,該技術(shù)采用了聚氯乙烯雙層 陜西省寶雞峽灌區(qū)渠道防滲技術(shù)的探討內(nèi)膜工藝,實現(xiàn)了全U型、半U型平板等各種構(gòu)件的工廠化生產(chǎn),保證了渠道防滲預制構(gòu)件質(zhì)量、強度,提高了生產(chǎn)效率,降低了工人的勞動強度及生產(chǎn)成本,更突出的是降低了預制板的糙率,加快了工程的建設速度。
②支渠工程
寶雞峽灌區(qū)支渠工程過流能力大都在2-5m3/s之間,設計中采用了弧底梯形斷面。在許多高填方渠段,為適應沉降變形破壞,弧底均采用C15砼現(xiàn)澆,坡板為預制板。厚度一般7-8cm。預制板可在渠道行水期間采用工廠化生產(chǎn)提前預制,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,又解決了現(xiàn)澆砼由于不均勻沉陷等原因造成的難以避免的裂縫。在預制板安砌時,采用滑道就位,要求施工人員必須穿膠底鞋或軟底鞋,嚴禁穿帶釘鞋,不準在膜上卸放砼板及用帶尖的鋼釬作為撬動工具,以保護土工膜不被損壞。在基礎穩(wěn)定的渠段上,采用了砼整體現(xiàn)澆。目前應用最廣泛的襯砌機械是我局研制生產(chǎn)的SDQHZ(大弧底形)襯砌機,該機填補了大斷面渠道襯砌一遍成型機械的空白。它是在總結(jié)目前各類人工、機械砼襯砌機的基礎上集砼振搗、摸具、成型于一體的行進形組合襯砌機。它解決了襯砌工程中長期困擾人們的因砼入倉振搗不及時而形成的砼脫水、振搗不均勻、密實度差、砼成形不規(guī)格、易變形、伸縮縫需二次施工等缺陷,具有砼入倉流徑短、振搗充分均勻、砼板成形規(guī)格、砼板原漿收面、伸縮縫同步密實嵌入、省工、省料、易于操作等突出功能。適應于內(nèi)坡比1:1-1:1.25之間的各種渠道的砼襯砌,防滲施工運用以來,由于襯砌質(zhì)量高、速度快,易于操作等優(yōu)點,得到了各級領導和專家的充分肯定。
③干渠工程
寶雞峽灌區(qū)干渠過流能力均在20m3/s以上,設計采用了弧腳梯形及梯形兩種斷面,其襯砌大部分為機械化施工。襯砌機械為我局研制生產(chǎn)的SDQTZ(梯形)襯砌機,對于弧腳梯形,僅對襯砌機面板橫管架稍做變動,同樣可以適用。
總之,寶雞峽灌區(qū)在渠道防滲襯砌工程中,積極采用新材料、新技術(shù)、新工藝、研制開發(fā)新設備等方面取得了一定的經(jīng)驗和成效,近年來累計襯砌干、支渠道148km,中低產(chǎn)田建設43處,襯砌斗分渠200多條,共316km。工程的實施,大大提高了灌區(qū)渠系數(shù)利用系數(shù)及灌溉水的利用率及水分生產(chǎn)率,輸水能力逐年增加,年節(jié)約水量約700多萬m3,節(jié)水效果十分顯著。共改善灌溉面積194萬畝,擴灌面積3萬多畝,給灌區(qū)帶來了巨大的社會效益,對提高灌區(qū)抗御自然災害的能力、促進灌區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收,實現(xiàn)灌區(qū)水資源的合理配置,保障農(nóng)村經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展起到了一定的作用。另外,這些新材料、新技術(shù)、新設備的研制和應用,對提高防滲工程質(zhì)量、加快施工進度,降低工程造價和提高工程效益起到了良好的作用,使寶雞峽灌區(qū)防滲工程技術(shù)向機械化方面邁出了可喜的一步。為今后的渠道防滲乃至灌區(qū)實現(xiàn)水利現(xiàn)代化奠定了堅實的基礎。
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