新襯砌技術在小開河引黃灌溉工程中的應用

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濱州市小開河引黃灌區(qū)地處山東省北部，黃河三角洲腹地。小開河引黃灌區(qū)設計流量60m3/s，設計灌溉面積7.33萬hm2。區(qū)內(nèi)土地資源豐富，沿海工業(yè)正在崛起。工程建成后，沿線5縣（區(qū)）23個鄉(xiāng)鎮(zhèn)500多個村莊的8.23萬hm2土地得到灌溉，開發(fā)草場1.93萬hm2，解決30萬人的飲水問題，可為沿海、沿線的綜合開發(fā)提供可靠的淡水資源。

　　該工程自1993年開始動工興建，1998年完成一期工程開始通水灌溉；1999～2000年完成下游輸水渠及配套工程，達到干渠全線貫通，灌區(qū)已具雛形。2001年又完成了小開河引黃灌區(qū)續(xù)建配套輸沙渠二期襯砌工程。至此，共建成輸沙渠土渠及渠道初砌51.3km，沉沙池4.2km，輸水渠33.8km，累計投資2.3億元。截至2001年底，小開河灌區(qū)的輸沙干渠已全部襯砌，共計全斷面襯砌20.7km，半段面襯砌30.6km，累計完成混凝土預制板5.2萬m3，復合土工膜鋪設64.5萬m2，塑料薄膜鋪設110萬m2。

　　二、 新襯砌技術的應用

　　小開河引黃灌區(qū)輸沙渠道斷面為梯形，邊坡均采用1∶1.75。襯砌渠道斷面表面采用厚6cm的預制混凝土板作為防護層，護坡防護層下鋪設復合土工膜，護底50cm細土下鋪設一層塑料薄膜，渠底兩側坡腳設高60cm砌石混凝土封頂齒墻，渠底塑膜在齒墻底部翻向渠坡，在渠坡處與復合土工膜搭接使渠道形成整體封閉式防滲體。為避免不均勻沉陷造成裂縫，橫向每隔12.4m設置伸縮縫一道，縱向在兩渠坡自底部向上第4行板或渠底兩側設伸縮縫，伸縮縫用PT塑料膠泥填充。

　　1.改進混凝土預制板的生產(chǎn)工藝

　?、?改脫胚式加工為翻轉模板或震動平臺加工

　　以前渠道襯砌用的混凝土預制板，多為脫胚式加工，水灰比大，振搗不充分，內(nèi)部結構不密實。小開河干渠襯砌用的混凝土板，吸取以往灌區(qū)襯砌的經(jīng)驗，全部用翻轉模板或震動平臺架空振搗加工生產(chǎn)。鋼板底模按梅花型排列，每間隔3cm有一個直徑3mm的排氣孔，并在底模上鋪一層中長纖維布。拌和混凝土時將水灰比控制在0.47～0.48之間，倉口坍落度在0.5cm以下。為改善混凝土和易性、均質(zhì)性，在混凝土拌和時采用二次投料法，即先將水、外加劑加入拌和機；再投入水泥、砂子攪拌2分鐘，成為水泥砂漿；最后加入石子再拌和2分鐘，共計拌和4分鐘，在加工過程中加強振搗，每模振搗時間不得少于４分鐘，且速度適宜，使混凝土內(nèi)部多余的水和氣泡排出，使成品內(nèi)部密實。成型的混凝土板及時進行人工壓光，使表面平整光滑。

　?、?使用外加劑

　　為確?；炷令A制板質(zhì)量，達到防滲抗凍的目的，并節(jié)約水泥降低工程造價，在混凝土板預制加工時摻用了木質(zhì)磺酸鈣（木鈣）減水劑和PC-2型松香熱聚物引氣劑。木鈣的作用是減小水灰比，增加混凝土密實度，提高其強度及防滲性能，實驗證明，木鈣與PC-2相容性良好，在混凝土中摻入后，減水率達17%左右，節(jié)約水泥1.1%左右，且拌和物和易性良好。

　　經(jīng)多次試驗，木鈣摻用量為水泥用量的0.25%，PC-2的摻用量為水泥用量的0.005%，效果比較理想。木鈣的使用方法是：按日用木鈣粉劑＝日用水泥量×0.25%和木鈣：A水=1∶0.2∶30的比例將固體PC-2溶化在70℃～90℃、濃度50%～70%的NaON溶液中配成3.2引氣劑溶液，待涼后再加入拌和使用。注意配制引氣劑溶液時要使用較純凈的飲用水，如水中雜質(zhì)較多，則溶液可能出現(xiàn)沉淀，影響其效果。

　　預制生產(chǎn)過程中，每個預制廠都設專職質(zhì)檢員，進行全面質(zhì)量管理，小開河管理局工程科會同山東省科源監(jiān)理中心的技術人員不定期抽查，并且成立了工地試驗室，按要求對原材料、拌和物、預制混凝土板進行檢驗，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。山東省水科所抽樣切塊試驗，其抗壓強度為21MPa，滲透系數(shù)2.23×10-8cm/s，抗凍性能可以滿足150次凍融循環(huán)強度損失低于25%的設計要求。

　　2.分渠段應用土工合成材料防滲

　　由于渠道是均質(zhì)土壤，滲透系數(shù)為10-5cm/s，滲透量較大，為減少滲透，降低水頭損失，提高渠道水利用系數(shù)，小開河引黃灌區(qū)輸沙渠采用土工合成材料進行全斷面防滲，結合防滲及經(jīng)濟要求，邊坡采用復合土工膜，渠底采用塑料薄膜防滲。

　?、?復合土工膜的應用

　　以往本區(qū)內(nèi)其他灌區(qū)的渠坡襯砌是用塑料薄膜防滲，在上面鋪砌2cm厚的素土墊層或麥秸泥作為介質(zhì)，保護薄膜不被破壞，但在實際施工中不易操作，且渠道放水時極易沖壞，渠道維修率很高。小開河灌區(qū)襯砌吸取其他灌區(qū)的經(jīng)驗，護坡采用了復合土工膜防滲，去掉防滲膜與混凝土板之間的介質(zhì)，具有施工簡單，質(zhì)量可靠，提高工效，節(jié)省投資等優(yōu)點，真正起到了護膜防滲的效果。

　　復合土工膜屬非孔隙介質(zhì)，滲透系數(shù)一般為10-11～10-13cm/s，具有良好的防滲性能和良好的抗拉、抗撕裂、抗頂破、抗穿刺等力學性能，且具有一定的變形量，對壩坡的凹凸具有一定的適應能力，應變力較強，與土體接觸面上的孔隙壓力及浮托力易于消散，能滿足護坡結構的力學設計要求，并且復合土工膜具有很好的耐化學性、抗老化性能，滿足了護坡耐久性。根據(jù)有關資料介紹，將復合土工膜埋在土中或水下可安全使用60年。

　　經(jīng)過理論計算，考慮實際應用的安全系數(shù)，小開河引黃灌區(qū)采用的復合土工膜，規(guī)格為一布一膜，其中上面一層為150g/m2土工布，其表面摩擦力大，防滑效果好，便于安砌混凝土預制板；下面一層為0.22mm塑膜，是主要防滲材料。

　　為確?；炷令A制板直接鋪設在復合土工膜上構成防滲體的施工質(zhì)量，其具體施工工序及基本要求如下：（1）清理坡面：復合土工膜的支持層土坡一定嚴格按要求切削平整順直，以標準坡度面（1∶1.75）為基準面，清除一切雜物，使坡面平整密實。要求垂直坡面的凹凸高差不得大于±2cm，連續(xù)面積不大于5m2，總量不超過5%。（2）土工膜的搭接：改簡單的搭接及粘合劑粘接為機器焊接。為減少坡面縱向焊接，在平整場地先將一幅4m寬和一幅2m寬的復合土工膜焊接成整體。焊接時的搭接寬度不得小于10cm，由廠家負責焊接施工，并采用雙焊縫焊接法。（3）上坡鋪設：將焊接好的土工膜順水流方向滾動式沿坡鋪設。（4）混凝土預制板安砌：在復合土工膜以上安砌混凝土預制板時，工作人員嚴禁穿帶釘?shù)男?，不準在膜上卸放混凝土板及用帶尖的鋼釬作為撬動工具，以保護土工膜。鋪設時要嚴格選材，輕裝輕放，仔細安砌，自上而下，左右均衡，使砌塊間結構縫均勻。

　?、?塑料薄膜的應用

　　為降低工程造價，在小開河輸沙渠襯砌工程中，渠底采用塑料薄膜防滲，塑料薄膜與復合土工膜在齒墻以上邊坡處搭接。在塑料薄膜的選材上，經(jīng)過對省內(nèi)各主要廠家進行考慮篩選，擇優(yōu)選用了強度高、延伸率大、耐久性好的0.22mm聚乙烯塑膜。

　　在塑膜的鋪設工藝上，借鑒已有的成功經(jīng)驗，采取上游接頭段壓下游接頭段，即按順水流方向搭接，搭接長度不小于30cm，與復合土工膜的搭接不得小于40cm。以避免沖刷破壞，在此基礎上進行折疊搭接的改進，保證塑膜搭接嚴密，防止靜水壓力造成沿接縫的滲漏。塑膜鋪設時須在渠底平整、干燥無水的前提下進行。施工中嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，采用滾動鋪設方式，嚴禁展開拉伸鋪設，且滾動要自然均勻，不得用力拉，盡量減少皺紋，非搭接處不得有折疊現(xiàn)象。固定塑膜一律用土壓和光滑重塊壓固，嚴禁用木樁樹枝等釘固，以保證鋪膜質(zhì)量。

　　③ 復合土工膜與土工布結合使用

　　在小開河干渠襯砌中，由于東支流渡槽（38+664）至沾無公睡橋（47+878）的半斷面襯砌段屬地下渠，挖深大，地下水位高。護坡底部水位變動區(qū)以梅花型布置三排帶無砂混凝土過濾孔的襯砌板，其下鋪設帶有反濾作用的400g/m2土工布，因土工布沒有帶有防滲作用的塑料膜，具有良好的透水性和過濾性，土壤中的水分經(jīng)過土工布的孔徑排出，同時阻止土壤顆粒的流失，以免造成空穴，是較好的濾體材料，這樣可以通過土工布及無砂混凝土的反濾作用，減少渠坡的水壓力，對增強邊坡的穩(wěn)定性具有很好的效果。

　　三、應用新襯砌技術的優(yōu)勢

　　1.技術優(yōu)勢

　?。?）混凝土預制板與復合土工膜、塑料薄膜三者結合的襯砌防滲技術與以往的單獨混凝土或砌石襯砌相比，變形適應性強，在地下不易老化，壽命長，隔水效果好，施工操作簡便，速度快。（2）復合土工膜與塑料薄膜是比較理想的防滲材料，只需混凝土預制板面層加以保護，易于施工，便于維修管理。（3）復合土工膜護坡起防滲作用時，將水壓力幾乎全部傳給了支撐它的那部分渠坡，土工膜本身的變形和應力不大，遠未達到其極限伸長率和抗拉強度，其受力是非常安全的。（4）采用新襯砌技術，渠道的水利用系數(shù)大大提高，減少了水頭損失，經(jīng)輸水運行測試，總干渠水的利用系數(shù)可提高至0.95，防滲效果顯著。這對于淡水資源缺乏的黃河下游地區(qū)具有非常重要的意義。

　　2.經(jīng)濟優(yōu)勢

　?。?）采用混凝土預制板與復合土工膜、塑料薄膜三者結合的護坡結構，可延長工程使用壽命，大大節(jié)省維修工程量和費用。運行3年來，沒有出現(xiàn)土工膜、塑膜被撕裂和混凝土板損壞現(xiàn)象。（2）用混凝土板代替塊石，簡化施工，縮短工期，減少運輸量和勞動消耗，節(jié)省投資，特別是對于缺少石料的黃河三角洲地區(qū)具有特殊意義。（3）在渠底采用塑膜代替復合土工膜防滲，既便于施工，又節(jié)約投資，該工程可節(jié)省投資500萬元以上。（4）混凝土板預制施工與渠道襯砌施工可分階段進行，這樣可以有效地避開農(nóng)業(yè)用水高峰期，將襯砌施工放在用水淡季，既有效地保證了灌區(qū)群眾用水，發(fā)揮了灌區(qū)效益，又確保了工期。

　　濱州市小開河引黃灌區(qū)建成運行3年來的實踐證明，通過正確的設計及精心的施工組織，采用混凝土預制板與復合土工膜、塑料薄膜三者結合的襯砌防滲技術是非常可行的，也是合理的。尤其是在石料缺乏地區(qū)，更有效地節(jié)約了投資，保證了工期。