重力式挡墙和混凝土软体排在渠道节水改造工程中的应用.pdf

重 力 式 挡 墙 和 混 凝 土 软 体 排 在 渠 道 节 水 改 造 工 程 中 的 应 用 张朝 坤 ( 泉州 I 市北渠管理处，福建 泉州3 6 2 0 0 0 ) 摘要：该文分析了北高干渠渠底和渠岸防渗护砌存在的问题 ，在泉州北高干渠供 水对象无替代 水源，不能停水施工的情况下，经方案比选，采用浆砌石挡墙及混凝土软体排解决渠道边坡及 基础防冲防渗的问题 ，节水改造后效益显著。 关键词 ：重力式挡墙 ；混凝土软体排 ；北高干渠；节水改造 中图分类号 T V 6 9 8 2 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 23 0 1 1 ( 2 0 1 2) 0 2 0 0 5 2一 O 3 1 北高千渠概况 泉州市北高干渠是山美灌区的主要干渠之一， 于 1 9 6 6年 2月动工兴建 ，1 9 7 5年全 线建成通 水。 主干渠长 2 4 7 4 k m，设计最大过水流量 2 2 5 m s ， 流速 0 4 0 6 m s ，设计灌溉面积 l 6万亩 ，担负 着供应泉州市区五个水厂、工农业 和城市生态用水 及清源山南麓 8 9 6 k m 的防洪排涝等任务 ，同时也 是惠安和湄洲湾南岸地区的供水主通道，每年经北 高干渠输送的水量 占洛阳江来水总量的5 0 左右。 北高干渠工程 自兴建至今 已运行 3 0多年 ，存在 工程老化失修 、渠道淤积、渠岸崩塌 、渠系建筑物 损坏及水利用系数低等 问题 ，危及工程运行安全和 供水安全 ，节水改造势在必行 ，以改善灌 区灌排条 件 ，为灌 区可持续 发展提供水利保 障。由于北高干 渠的供水对象无替代水源，无 法全断面停水 ，节水 改造仅能控制在最低运行水位施工 。为解决边坡及 其基础防冲防渗问题 ，必须合理制定节水改造的工 程措施。 2 渠岸防渗分析 为减少渗漏损失 ，提高渠道水利用系数 ，减少 渠道糙率，恢复输水能力，方便今后检修，必须在 原渠道清淤疏浚后对渠岸进行护面衬砌。原渠岸边 坡地质钻探分析表明 ，本次节水改造渠岸 的土层 由 人工填土、粉质粘土组成。其 中粉质粘土渗透系数 达到 ( 5 6 5 7 ) 1 0e m s ，属微透水层 ，主要 分布在高程 8 9一2 0 m。人工填 土层 呈松散状 ， 收稿 日期 ：2 0 1 20 3 2 8 5 2 以粘性土为主 ，含少量 的瓦砾 、碎石 ，主要分 布在 1 0 3 3 0 m。渠段正常运行时 ，渠中水位在 6 5 m 左右，地下水稳定水位约 3 7 4 8 m，存在一定的 水位差。原来修建渠道时施工质量粗糙 ，再加上年 久失修 ，结合北高干渠多年运行实践 ，可 以认定该 土层是渠道渗漏的主要土层。因此本工程 内的渠道 以防渗堵漏 、渠道疏浚 、改善渠道稳定为主要改造 目的 ，确保过水能力。 3 节水改造方案选择 北高干渠施工期仍然要担负供应泉州市 区 5个 水厂 、泉州市区生态用水 的任务 ，施工期运行流量 为 1 0 6 5 m s 。工程两岸建筑物分 布密集 ，且工 期要求尽可能短 ，无法进行渠道外导流 。只能于施 工期在保障各用水户用水的情况下尽可能降低水位 ， 利用现有 渠道输水 ，相应最低运行 水深 为 2 0 m， 渠岸下部 ( 水面以下)护脚需在水下施工。 现分别进行渠岸水上和水下护砌型式方案 比较 。 3 1 渠岸上部护砌方案选择 目前渠道护砌主要有两种类型 ，一是传统的浆 砌石重力式挡墙护砌 ，二是新兴 的生态护砌 。浆砌 石重力式挡墙护岸主要优点是节省用地 ，施工方便 ， 但外观灰色、生硬 ，没有活性的砌石结构易在视觉 上产生审美疲劳。生态护砌既能满足渠道既有的功 能 ，又具备亲水 、安全 的特性 ，营造人水和谐的环 境。 目前生态护砌设计主要有石笼、生态砖、生态 袋等型式 。 本着 因地制宜 、经济合理 的原则 ，设定渠岸上 部分护砌高 2 1 m的标准断面，基础为淤泥的渠段 ， 岸墙基础打设松木桩处理。采用 石笼 、生态砖 、生 态袋 、浆砌块石挡墙进行方案比较。 ( 1 )石笼 挡墙。采 用厂 家生 产 的网笼定 型产 品，内装 自然石头 ( 卵砾石 ) ，施工简便 ，工程质 量容易控制 ，卵石的透水性有利 于水生动植物的生 长，具有抗 冲刷能力强 、施工简单 、整体性好 、适 应地形变化能力强等特点 。本 次断面拟定 采用两个 定型的网笼，下部高 1 1 m，宽 1 5 m，上部高 1 0 m，宽 1 0 m，内装 自然卵砾石。 ( 2 )生态砖。采用 C 加 混凝 土预制 而成 ，相邻 砌块间一般预留 l O1 2 c m生态孔 ，可在孔 中培土 种植植物 ，施工简单 ，投资较低。本次断面拟定采 用 c 加 混凝土预制 ，生态砖高 1 5 e m，宽 2 8 c m，后 设 3层聚丙烯 P P土工格栅 ，长 2 8 m，其 中压在砌 块 中长度 0 3 m，砖与墙后填土间设碎石倒滤层。 ( 3 )生态袋。这是一种特殊生态材料制成 的袋 子 ，具有 良好的透水性和强度 ，辅以种植土 ，植被 绿化可用水喷、移栽或种子和土混装入袋 ，可因地 制宜选用不同的植物进行绿化，景观优美。本次断 面拟定采用 L BM型生态袋 ，高 0 1 5 m，宽 1 m， 边坡 1 ： 0 5 ，后设 3层 聚丙烯 P P土工格栅 ，长 3 0 m，其中压在砌块中长度0 5 n l ，袋间设防渗膜，宽 1 mo ( 4 )重力式挡墙 。挡墙顶宽 6 0 c m，迎水面坡 度 1 ： 0，背水面坡度 1 ： 0 3 ，挡墙背水面铺设复合土 工膜 ，墙后 回填砂 。挡墙基础采用 M1 0浆砌条石 ， 厚 5 0 c m，基 础 两 边各 扩 3 0 e m，下设 碎 石 垫 层 2 0 e m。 4种护岸方案工程量及投 资详见表 1( 以单位 长度 1 m计算 ) 。由表 1可知 ，4种方案 中，生态袋 方案 、石笼挡墙方案投资高 ，故不予考虑 。重力式 挡墙方案安全可靠 、占地面积少 、施工方便 ，单位 投资最省。生态砖方案在生态护砌中投资较省 ，技 术较先进 ，断面型式既满足渠道功能 ，又具备亲水、 安全的特性，营造人水和谐的环境，但比重力式挡 墙方案投资增加 5 4 6 m，且 占地面积较大 ，征地 面积也较大。考虑到本项 目一 部分渠段两岸的民房 紧挨着渠道 ，若征地过大 ，拆迁补偿费用大 ，且实 际执行时难 以协调。故本次渠 岸上部分护砌确定采 用重力式挡墙方案。 3 2 渠岸下部护砌方案选择 渠岸下部 ( 水面以下)护脚需在水下施工 ，拟 表 1 4种渠岸上部护砌方案比选 采用膜袋混凝土、软体排及预制块进行方案比较。 比较断面选择桩号 4+ 4 9 2处 ，工程量如下 ：开挖土 方 4 5 m ，回填土方 0 5 m ，碎石垫层 0 3 m ，松 木桩 0 2 6 m ，复合土工膜 5 6 m ，碎石垫层 0 7 5 m ，护脚 1 0 6 m 。3种方案护脚断面型式 ：膜袋混 凝土采用 c 素混凝土 ，厚 2 0 c m；软体排采用 c 2 5 混凝土 ，厚 2 0 c m；预制 块采用 C 加混凝 土 ，厚 2 0 c m。单位投资分别为 ：膜袋混凝土 1 5 4 3 m，软 体排 1 4 8 6元 m，预制块 1 3 2 2元 m。 预制块护脚方案投资虽然少 ，但整体性差 ，预 制块间没有连接 ，水下安放施工质量难 以控制。膜 袋混凝土护脚整体性较好 ，但投资高，且膜袋灌注 水泥浆施工时 ，难免存在漏浆现象 ，污染渠道源水 水质。软体排护脚整 体性好 ，施工质量较 易控制 ， 对渠道源水水质影 响较小。考虑到经济可行 、施工 方便，结合北高干渠供水调度要求，渠岸下部选择 软体排护脚方案 。 3 3 节水改造防渗加 固措施 根据上述分 析，砌石挡墙段护砌断 面设定 ：挡 墙高度达到渠岸高度 ，挡墙顶 宽 6 09 0 c m，背水 面坡度 l ： 0 3 ，迎水面坡度 1 ： 01 ： 0 1 ，挡墙背水 面铺设 复合 土工膜 ，墙后 回填 砂。挡墙 基础采 用 M1 0浆砌条石 ，厚 5 0 e m，基础两边各扩 3 0 e m，下 53 设碎石垫层 2 0 c m。岸墙护脚为软体排 ，厚 2 0 c m， 顶宽 1 2 m，边坡 1 ： 1 5至渠底 。基础 为淤泥 的渠 段 ，岸墙基础打设松木桩处理 ，渠岸下部采用 C 混 凝土软体排护脚 ，厚 2 0 c m。具体渠段护砌断面详 见 图 1 。 图 1 渠段护砌横断面结构 图 4 施工要点 4 1 土 方 开挖 土方开挖主要采用机械开挖结合人工开挖方式。 机械开挖采用 1 0 m 反 铲挖掘机 自上 而下进行开 挖。部分渠段由于两岸民居紧邻 ，难 以开设施工便 道 ，施工机械无法进 场，采用人工开挖方式。开挖 基坑底部应 留有一定厚度的保护层 ，避免扰动地基 ， 在底部工程施工前 ，分块依次挖除。开挖的土方 由 1 0 t自卸汽车运至弃渣堆场 。基础开挖 时可能影响 邻近建筑物的基础稳定安全 ，可视地质情况采取相 应措施 ，如木桩 、钢板桩、叠碎石袋等方法作 临时 支护 ，以保证渠道边坡的稳定和建筑物的安全。为 降低工程造价 ，各种支护措施尽量与渠道永久支护 相结合。做好开挖工作面的排水截水措施 ，加强边 坡监测。开挖完成后尽快进行边坡护砌 ，减少临时 边坡裸露时间，确保边坡稳定 。 4 2基础打设松木桩 基础松木桩采用人工穿心落锤配简易打桩架打 设。打桩 机就位时 ，应对 准桩位 ，保证垂 直稳定 ， 施工中不发生倾斜 、移动。木桩根据测量放样的位 置 ，采用人工就位 ，穿心落锤打桩。 4 3 浆砌块石渠岸施工 浆砌块石施工砌石前 ，为控制好衬砌断面及渠 道坡降 ，要隔一段距离 ( 直段 l 0 2 0 m，弯段更短 5 4 些 )先砌筑一个标准断面 ，以此断面为准 ，拉线砌 筑 。砌块石采用花砌法分层砌筑，砌缝 既要密实紧 凑 ，又要避免太小 ，影响砂浆进入 ，宽度一般 为 1 3 c m。砌石总的要求是稳、紧、满 ( 浆料满实 ) ， 表面平整、上下错缝 ，内外搭砌 ，避免通缝 等。砌 筑完毕后及时勾缝 ，最好 随砌随勾缝 ，务必做到勾 缝严密、光滑、无毛边 、无裂纹等。 4 4软体排施 工 4 4 1 复合土工膜施工 本工程采用两布一膜 的复合土工膜 ，上下层无 纺布的拼接主要采用手提式缝合机缝合 ，局部采用 手工缝合 ，中间 P E膜的拼接采用 自动调温 ( 调速 ) 电热模式双道塑料热合机焊接连接 ，按混凝土软体 排丙纶绳的尺寸位置缝上丙纶加筋带。在岸上依据 设计尺寸拼接成带状后绑上绳子 ，采用人工配合 船 只顺水流摊开后 ，在对岸将连接 的绳 子拉紧就位 ， 铺人安装位置 ，与浆砌石基础外侧预埋 的复合土工 膜拼接缝合即可。铺设应平顺且松紧适度 ，应密贴 土面且不 留空隙 ，铺设范围与护岸间必须结合 良好 ， 不留空隙，以确保混凝 土软体排压载后能达到设计 的防渗效果。 4 4 2 混凝土软体排施工 混凝土软体排应保证铺设过程 中不发生 翻转 、 扭曲、变形等现象。排体拼装连接前应检查每个连 接线环是否完好 ，检查土工膜上的加筋带是否缝好 。 不符合要求的预制板应清除。 依据设计的铺排 面积 ，结合单块混凝土预制块 的尺寸与重量 ，采用 4 X 4块预制混凝土块作为一组 吊装单元 ，两组吊装单元 拼接后刚好是设计断面 的 混凝土软体排铺排尺寸。根 据测量好 的排体位 置 ， 混凝土软体排采用 吊车吊装至设计位置 。靠 近挡墙 这一组混凝土软体排 的丙纶绳与预埋钢筋拉环确保 连接好后 ，慢慢将软体排顺坡放下，将排上的丙纶 绳与复合土工膜上的丙纶加筋带连接 系好 ，形成一 个整体 。再 吊装第二组软体排就位，并与复合土工 膜上的丙纶加筋带连接 系好。将上下两组软体排绑 接好后 ，进行相邻的混凝土软体排的吊装 。排体沉 放顺序应由下游 向上游逐排铺放 ，排体各组间连接 采用丙纶绳绑扎牢固，确保排体的整体性 ，保证水 流不会对排体间进行淘刷。沉放过程中，应先检测 偏位情况 ，再进行就位 ，确保沉排到位。 ( 下转第 5 7页) 心线和标高测量 的控制点，作为沉井定位放线和下 沉观测的依据。预制好的井 圈经 2 0 d左右养护后运 至现场 ，采用三角架 、葫芦、滑动木桩等施工器具 吊人基坑。先 吊人 3节 ，在校核高程并调整水平后 ， 在预留孔插人 + 2 o的钢筋并用 MI O水 泥砂浆灌实。 然后采用人工在井 中挖土 ，通过提 升架 运 出土方。 挖土应分 层、对 称 、均匀 ，每层 挖 土高 度控 制 在 4 0 0 m m，严格 控制超挖。挖土 由中部 向四周辐射 ， 在 四周剩 3 0 0 mm左右时 ，每层 1 0 0 m m左右对称切 挖 ，直到土层支持不住沉井 自重而下沉 ，尽量达到 下沉平稳垂直 。当下沉到设计高程 以上 1 0 0 mm时， 停止开挖 。经测量观测 6 h下沉值不大于 8 m m，即 可清理余土 ，平整井底土基。 沉井下沉控制 ：下沉时井圈上 口要高 出基坑 1 0 0 m m，便于下节井圈的安装下沉。每节井 圈下沉 完成后，在井圈四角弹十字中心线，以控制沉井位 置 、标高及下沉 的情况。沉井下沉时，必须安排专 人观测。发生垂直偏 差，可捣挖沉井另一边进行纠 正 ，出现位移时，可用砂袋压单边土进行纠正。下 沉的同时，沉井外壁 随即用细砂灌缝 ，以减少下沉 时的摩阻力。沉井下沉接 近底标高时要加 强观测 ， 预防超沉。 砌筑填腹石 ：沉井下沉到设计标高 ，经就位 校正后，用 M 7 5 浆砌块石填腹。采用铺浆法砌筑， 石料吊装一层砌筑一层 ，砌筑时座浆要饱满 。 ( 5 )高程 7 6 31 O 4 8 m 护坡施 工 ：在 高程 7 6 3 I n砌筑宽 2 3 r f l 的浆砌块石平 台。平台以上护 坡采用 M 7 5浆砌块石护坡，厚 3 5 0 m m，坡度 1 ： 1 7 3 。护坡上设 + 5 0泄水管 ( 间距 1 5 m，梅花 形布设 ) 和级配碎石反滤层 ，泄水坡度为 5 。在 沉井和护坡交接处设 2 0 mm厚沥青杉板沉降缝 ，水 平方 向每 2 0 i n渠段延长设一道 2 0 mm厚沥青杉板 伸缩缝。 ( 6 )恢复渠 道 防护墙 ：按 原有 型式恢 复 防护 墙 ，在高程 1 0 4 8 m平 台栽种绿化树木 ，设置警示 牌 ，渠岸上禁止载重 5 t 以上汽车通过。 5结语 北高干渠西福滑坡渠段 除险加 固工程历 时三个 月 ，投入运行后 ，3次位移和沉降观测均未发现异 常。渠道恢复安全运行 ，保障了生命线工程供水和 行洪安全。 在渠道边坡发生裂缝、滑移等险情 ，且渠岸有 难 以迁移的电力变压器等设施时 ，依据施工场地条 件， 采用沉井结合放坡减载的除险加固方法，能满 足工程除险加固的同时保证渠道及渠岸 电力设施 的 正常运行。该方法可供类似工程参考 。 作者 简介 ：张俊 荣 ( 1 9 7 5一) ，男，福建 泉 州 人 ，工程 师，从事水利工程管理工作。 岭 t 写 ；、 石 穹 e 石 石 e 岈 _1 、 石 石 = 、 ( 上接 第 5 4页) 5 节水改造效果监测 ( 1 )生态 效益。北高 干渠节 水改 造工 程实施 后 ，防止了沿渠道附近水 田的渍化和次生盐碱化以 及渠坡滑坡 的险情发生 ，改善 了农业生态环境 ，保 持了土壤 的水环境平衡。通过加 固，渠道平顺 ，外 形美观 ，灌 区工程面貌大为改观 ，有利 于农村环境 绿化和水土保持 ，改善农村生活环境 ，为建设 山川 秀美 的小康村提供前提条件 。渠道 的整修 、加 固减 少了原堆积在渠岸边 的垃圾、废渣等造成 的水质污 染 ，水质得到了较好的改善。 ( 2 )节水效益。通过节水改造建设 ，渠道采用 重力式挡墙与 昆 凝土软体排结构整治后，根据泉州 市水文局在工程实施前后 的监测数据 ，灌溉水利用 系数从 0 4 2 3提 高到 0 4 9 3 ，节约 的水 可用于改善 灌溉面积 2 2 1 万亩 ；不但改善了灌区生活用水的水 质 ，还可 向周边 的市 区第三水厂 、北 区水厂、华大 水厂、万安水厂、铁路水厂 日新增供应原水 4 7 9万 m ，年供水量增加 1 7 4 8 3 5万 I T I 。 ，经济效益显著。 6结语 浆砌块石重力式挡土墙是一种广泛应用 的水工 护岸结构 ，技术成熟 ，在采用松木桩基础处理后 ， 与混凝土软体排结合 ，作为渠道节水改造 的工程措 施 ，具有不用停水 、不需 围堰 、场地要求不大、对 周边建筑影响小 、施工简单 、进度快及造价低等优 点 ，特别适用于穿过密集居 民区 、不能停水施工 的 渠道和河道节水改造工程。 作者简 介：张朝 坤 ( 1 9 7 6一) ，男 ，福建 诏 安 人，工程师，从事水利工程建设与管理工作。 5 7