浅论灌区渠道整治新技术的研究与应用.doc

浅论灌区渠道整治新技术的研究与应用 马喜东 （河南省人民胜利渠管理局河南新乡453000） 【摘要】本文针对混凝土渠道防渗伸缩缝施工麻烦、造价高、易损坏的缺点，提出了一种分块隔窗浇筑的无伸缩缝施工技术；针对高边坡渠道内坡混凝土防渗板预留的普通排水孔易产生渗漏、造成工程隐患的缺陷，研制成功一种单向排水的渠道防渗减压阀。该二项技术成功应用到湖南省双牌灌区、大江边灌区等大中型灌区节水改造中，证明其对于节省工程造价、增强渠道防渗能力效果显著。 关键词隔窗浇筑；渠道防渗减压阀 Ontheresearchandapplicationofnewtechnologiesirrigationcanalrenovation MaXi-dong （HenanProvincialPeoplesVictoryCanalAuthorityXinxiangHenan453000） 【Abstract】Inthispaper，theconstructionofconcretechannelsimpermeablejointstrouble，highcost，easilydamagedshortings，weproposeablockjointlessconstructiontechnologyGechuangpouring；reservedforthehighslopeofthechannelslopeordinaryconcreteseepageboardpronetoleakingdrainageholes，hiddendefectscausedbytheprojectsuessfullydevelopedaone-wayvalvedrainagecanalseepage.ThebinomialsavingtransformationtechnologysuessfullyappliedtolargeirrigationareainHunanShuangpaiIrrigation，Irrigationandotherlargeriverside，andprovetosavetheprojectcost，andenhancetheabilitytochannelseepageeffectisremarkable. 【Keywords】Gechuangpouring；Canalseepagecontrolvalve 1.研究目的与意义 （1）我国是一个农业大国，也是一个灌溉大国。截止xx年全国已建成大型灌区402处、中型灌区5200多处、小型灌区1000多万处。有效灌溉面积由1949年的2亿多亩增加到10亿多亩。 （2）渠道，是灌区的关键工程。但由于我国灌区大多建于国民经济困难时期，灌溉工程设计、建设标准低、工程运行维护投入不足，造成灌区渠道工程普遍存在工程事故濒发、运行效率低下的现象。渠道边坡垮塌失事、渗漏严重是威胁灌区安全运行、影响灌溉效益的关键因素。因此，保障渠道工程完好，改善渠道运行管理条件，提高渠道输水效率，是灌区续建配套与节水改造的主要任务。根据2000年全国大型灌区续建配套、节水改造规划成果，对全国402处已建大型灌区实施节水改造，约需投资2000亿元。而以渠道防渗、渠道边坡除险加固为主要内容的渠道整治工程，是灌区续建配套与节水改造的主要内容之一，其工程量与投资约占灌区节水改造总投资70%。灌区是国家粮食安全的基础保障，是现代农业发展的基础。“十一五至十三五”期间，国家仍将各类灌区的续建配套与节水改造作为投资重点。 （3）传统的渠道防渗衬砌，多采用砼分块浇筑。分块间设伸缩缝，伸缩缝用柔性材料填充。内坡砼设排水孔，以消减地下水对砼衬砌块的浮托力。但这种方法，存在2大弊端：一是伸缩缝费工费料，造价高，且处理不到位易形成新的渗漏通道；二是普通排水孔在渠道运行水位高于地下水位时，渠道水会通过排水孔形成新的渗漏通道。针对灌区续建配套与节水改造的实际需要，开展渠道整治新技术研究，应用新材料、新技术、新工艺、新办法，“多、快、好、省”地整治大中型灌区渠道崩垮、滑坡、渗漏等问题，用“更新、更好、更省”的方法和技术进行灌区渠道整治，具有非常重要的现实意义 2.渠道防渗无缝施工技术 2.1当前渠道混凝土防渗情况及存在的主要问题。 2.1.1由于砼渠道防渗具有如下优点：（1）防渗效果好，一般能减少渗漏损失90%95%。 （2）经久耐用，只要设计合理，施工质量好，注意混凝土养护，正常情况下一般能使用50年以上。 （3）糙率小，输水流量大，一般糙率为0.0120.018，允许流速为35m/s，混凝土本身的耐冲流速可达1040m/s。因此，可加大渠道坡降，节省连接建筑物，缩小渠道断面。占地面积和建筑物尺寸相应减小，可大大降低造价。 （4）强度高，渠床稳定，混凝土衬砌的抗压、抗冲、抗冻性能高，能防止动植物穿透，对外力、冻融、冲击有较强的抵抗作用。 （5）混凝土具有良好的可塑性，可根据不同要求制成不同形状、不同结构形式。 （6）维护方便，我国目前渠道防渗多采用砼衬砌形式。 2.1.2为了适用砼防渗面板随环境温度变化的伸缩要求，防止渠床基础部由于不均匀沉降对防渗面板的破坏，在目前的渠道砼防渗工程中，普遍采用了伸缩缝。有关规范规定纵、横向分缝宽度为58m，缝宽1.5cm。但在工程实践中发现，58m的分缝间隔很难防止渠床基础不均匀沉降引发的防渗面板断裂。而且设置伸缩缝造价较高，施工工艺较复杂，难以保证工程质量，特别是防水结构稍有不慎，就会因为该处填充材料受损或老化而导致渗水，形成天然的漏水通道，进而造成渠道外坡渗透破坏、垮塌。 2.2渠道混凝土防渗面板无伸缩缝技术原理。 （1）在工程实际中，渠道砼面板所产生的裂缝主要是由变形（温度、收缩、不均匀沉陷）引起的，这种裂缝起因是结构首先要求变形，当变形得不到满足时才引起应力，而且应力与结构的刚度大小有关，只有当应力超过一定数值时才产生裂缝，之后变形得到满足或部分满足，同时刚度下降，应力就发生松弛。 （2）混凝土在凝结硬化过程中及其在以后的使用过程中，都可能发生干燥和吸湿，从而导致混凝土体积不稳定一收缩或膨胀。这类变形归根结底是混凝土中水分变化一起的。当水的蒸发和水蒸气的凝结达到动态平衡时，这时的蒸汽叫饱和蒸汽，这时的蒸汽压力叫饱和蒸汽压仁简称蒸汽压），水的饱和蒸汽压是随温度升高而增大的；当水面上的实际蒸汽压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，则发生水的蒸发；反之，当水面上的实际蒸汽压力高于该温度下的饱和蒸汽压时，则发生水蒸气凝结。 （3）混凝土中水分变化是错综复杂的。在同一温度下，混凝土中存在着不同饱和蒸汽压的水，他们分别是大孔水，毛细孔水，胶孔水等。所以处于同一湿度环境中的混凝土，其大孔、毛细孔、胶孔的实际相对湿度是不相等的。因而可能有的孔水分在蒸发，有的孔水蒸气在凝结，对于饱和蒸汽压等于当时实际蒸汽压力的孔，则处于蒸发凝结平衡状态。 （4）混凝土在空气中如果发生水分蒸发，即失水干燥，则有可能伴随体积的收缩，但收缩的体积并非等于失去水的体积。混凝土大孔中的水最容易蒸发，只要空气相对湿度小于100%，也即实际蒸汽压力比平液面仁即大孔水的液面）饱和蒸汽压稍小一点，大孔水就会蒸发，不过大孔水的蒸发，并不引起混凝土体积的改变，即不会发生干缩。在相对湿度很大的环境中，失去的是不会引起干缩的大孔中的水。混凝土的标准养护要求的环境相对湿度是95%以上，这时，湿度不为100%，虽有水分蒸发，但混凝土是不会发生收缩的。 （5）可以说砼收缩主要是因为砼中含有大量的空隙、粗孔及毛细孔，这些孔隙中存在水分，它的活动影响到砼的一系列性质，特别是“湿度变形”对裂缝控制有重要的作用；砼受干燥作用而产生“毛细收缩”和“吸附收缩”是湿度变化的主要原因，且由于砼的水分蒸发及含湿量不均匀分布，形成湿度变化梯度，引起收缩应力而造成开裂。 （6）综合上述分析，由于砼防渗面板为薄板，只要减少其刚度，便可有效解决因温度、收缩原因导致的开裂。而由于其收缩、膨胀系数极少，可通过减小其几何尺寸，利用施工缝代替其伸缩缝。基于此原理，我们提出，在渠道砼防渗面板施工中，将砼分块间隔降低为2.5m，采用分块隔窗浇筑施工，隔块浇筑时间为48小时，利用隔块间的施工缝代替伸缩缝，形成的结构长度只有2.5m，本身收缩长度不大，足可满足砼块的变形空间要求。所以可以取消规范要求应该设置的伸缩缝。当然第一次浇筑的砼和第二次浇筑的砼之间必然会形成工作缝，不过预铺在基面40cm宽的土工膜能很好的满足防渗要求。 2.3无伸缩缝施工技术工艺。 2.3.1合理确定分块间距。 渠道分缝是为了防止由于不均匀沉降或温度变化引起渠道防渗体破坏，而沿渠线长度方向每隔一定距离在横向上专门设置的缝。现场多次试验确定分缝间距为2.5米最为适宜。 2.3.2分块混凝土浇筑方法。 混凝土浇筑采用分块间隔跳仓浇筑法。即对渠道砼浇筑进行分块、分缝后，首先在搭接处铺设40cm宽的土工膜，两边各搭接20cm。然后第一次进行间隔浇筑，待混凝土初凝后即强度达到设计强度的70以上，即第一次浇筑完成48小时再进行第二次浇筑。 （1）基面处理。 对土基渠道，清除表面杂物，按设计断面清基整坡，保持基面平整；对于岩基渠道，将松软风化的石皮手撬除并冲刷干净，使岩石表面无油污、灰浆和杂物。渠道坡脚应开挖齿槽。 （2）混凝土浇筑。 在施工方面，应保证硷骨料质量和控制水灰比，使用合适的微膨胀掺加剂，提高砖的抗收缩能力，砼浇筑后应及时泡水养护，以减小其硬化过程中的水分蒸发，从而减小收缩、温差和收缩应力，达到减少裂缝的目的。如果是无模混凝土衬砌，应先间隔分块跳仓浇筑边坡，然后浇筑底板。第一次间隔浇筑边坡时，按伸缩缝分块立两侧挡板，并固定之；可根据渠坡的高度，制作一活动操作架，以利于混凝土的入仓、振捣和抹面。浇筑边坡混凝土时，应自下而上、按水平方向上升浇筑，一个分缝块应连续浇筑完成。第二次浇筑边坡混凝土时，待第一次边坡混凝土完成两天后，才能进行。边坡混凝土浇筑完成后，再浇筑底板混凝土。 （3）振捣与抹面。 渠坡混凝土浇筑时，熟料铺垫厚度应比设计大1020%，堆迭的骨科应均匀分散于有浆处，先用括板初步整平，再用小型平板振捣器自下而上纵向振捣一遍、横移振捣一遍，纵横移动振捣搭接宽度不小于5cm。振捣完成后，接着先用长木泥抹初抹，再用铁泥抹细抹，直至表面平整。 3.渠道内坡衬砌防渗透破坏技术 3.1问题的提出。 丘岗、山区灌区渠道很多是傍山而建，明渠为绕山开渠，并挖半填，内坡紧贴山坡，形成较多的半挖半填高边坡渠道。这些种类的渠道在灌溉渠道中是很普遍的，同时它又是安全隐患最大的渠段。特别是座落于地下水丰富软土地基上的高边坡渠道，垮塌事件常有发生，往往造成毁田、毁路、淹村等重大水患灾害，修复起来需投资数倍。在该类渠道的整治实践中，对填方渠堤内坡采取防渗衬砌是必须的，因为填方渠堤往往因夯实不严而造成严重渗漏，既浪费水量，又会因渗漏而造成渠堤渗透破坏，至使外坡垮塌。问题是对挖方内坡的处理，比较棘手。因为如不作防渗处理，则导致渠道水沿内坡渗漏通道绕渠底渗漏，严重时往往会导致填方渠堤外坡脚渗透破坏，垮塌；如作防渗处理，则须设排水孔，以防内坡地下水位高于渠内水位时而对防渗体产生渗透坡坏。但常规的内坡排水孔，当渠内水位高于内坡地下水位时，则会造成渠道内水通过排水孔渗漏，对填方堤外坡产生破坏。解决的办法，理论上讲，可在山坡与防渗衬砌面板间设置排水通道（体系）。但对渠道工程而言，因此类排水体系投资巨大而难以实施。因此，传统的作法，仍是在浇筑贴山内坡防渗面板时，设置排水孔，以防地下水对防渗面板的渗透破坏，但同时也留下了新的安全隐患。 3.2渠道防渗减压装置的结构原理及作用。 3.2.1这种防渗减压器的基本构造是：在聚氯乙烯硬塑管内，安装单向排水的逆止阀，管的两端用土工织物封盖。通过一系列的现场试验和实际应用，普遍反映效果很好，其优点是：（1）保护了渠道防渗层及边坡的结构稳定；（2）启闭灵敏，止水效果好；（3）造价低廉；（4）使用寿命长；（5）适用范围广；（6）维护管理方便。 3.2.2安装方法与要求。 3.2.2.1安装位置。 减压器可以装在原排水管内、预留孔中、伸缩缝间、边坡、渠底等位置。当装在靠山坡渠边上时，安装高度约距渠底25cm左右，如装在渠底板上，则以靠山坡的渠底边线为宜。 3.2.2.2积渗沟和砂坑的布置。 对正在施工的衬砌宽的渠道，为迅速排除地下水，减压器之间应布置积渗沟，其尺寸为55cm（宽深），内填砂子或风化骨料，对于现浇混凝土渠道，衬砌深度在1.8m以内的，应在一半渠深高度再增设一条，并在各减压器之间布置连接两纵向积渗沟的横向积渗沟。 对于用塑膜防渗的渠道，由于防渗层及护砌物不可能与渠背土体完全贴合，一般会有些空隙，则只需布置一条积渗沟；对于用柔毡材料防渗的渠道，因柔毡背面土工织物的自身导水作用，则无须修筑积渗沟。 3.2.2.3减压器的安装。 （1）对于用混凝土防渗的渠道，减压器安装时，可预留?5cm的孔洞，亦可施工衬砌同时进行。梯形渠道减压器与渠坡垂直，矩形渠道或涵（隧）洞边，减压器倾斜45。 （2）减压器的长度比混凝土的厚度长1cm，其下端插入砂坑3cm左右，上端低于混凝土面约2cm并用阔树叶包扎，将刻有标志的一侧朝上，嵌固在混凝土中，再在距减压器顶端约1cm处用砂浆封盖，于底部留一大约?2.0cm的出水孔。砂浆块的作用是：避免减压器顶端直接接受紫外线照射和输水冲刷，并可防止人为破坏。 4.渠道整治新技术应用实例 某灌区位于丘陵地区，是以灌溉2.17万ha农田为主的大型灌区工程。1966年建成投入运行。现有干渠1条，长96Km；支渠16条，总长329Km；斗渠185条，共长740Km。 该工程兴建于国民经济困难时期，建设阶段国家投入少，设计标准低，施工质量差，工程不配套，渠道均为傍山型，渠系走线不合理，弯道多、填方台渠多。干渠上建筑物长度仅占总长度的8%，其中6处应设渡槽790m可缩短渠线6800m现为傍山渠道；共有221段填方台渠，总长34600m，一般填筑高度为58m，最大填筑高度为15m；其余都是半挖半填型渠道，当地土质差，填方基面也未作处理，加上施工全部是人工填筑，夯压不实，渗漏严重。因资金不足，大部分渗漏渠段未衬砌，加上当时技术水平有限，衬砌质量不高，老化破损严重，渠堤常因渗漏出现崩垮、滑坡、管涌和决口等事故；干渠自运行至1994年已出现决堤21次，直接经济损失600万余元。干渠衬砌率为40%，支渠衬砌率不到20%，斗渠及以下各级渠道均未衬砌；干渠水利用系数为0.67，灌溉水利用系数约为0.38。 4.1渠道防渗无缝施工技术应用情况。 结合国家大型灌区节水改造项目的实施，该灌区于1998年冬进行无伸缩缝砼防渗衬砌技术试验研究，取得成功。继而在全灌区