加衬混凝土护面技术在砌石结构渠道改造中的应用.pdf

施工技术 1 前言 加衬混凝土护面技术 在砌石结构渠道改造中的应用 艾尼 瓦 艾 拉 ( 新疆伊 犁州水利 电力勘测设计研 究院新疆伊 宁8 3 5 0 0 0 ) 摘要 以伊犁州察布查尔县鸟尔坦支渠防渗改造工程为例， 通过分析工程运行后防渗、 抗冻、 抗冲等 指标 ， 论述 了原有砌石 结构 渠道 上加衬 混凝土护 面技术 的优 越性 ， 为类似 渠道 防渗改造提 供 了借 鉴 。 关键词 砌石结构渠道； 防渗改造方案； 加衬混凝土 中图分类号： " 1" V 6 9 8 文献标识码： B 伊犁州大部分山沟灌区基本位于山前丘陵区域， 该区域内 土层较薄 ， 砂砾石层深厚， 石料资源较丰富。而浆砌石和干砌石 混凝土勾缝等砌石结构渠道具有就地取材 、 抗冲、 耐磨 、 使用寿 命长等优点， 广泛应用于山沟灌区建设初期的灌溉渠道。这些 渠道运行 2 0年 3 O年后 ， 由于自然风化、 冻胀和冻融破坏 、 维 修管理不到位等各种原因造成渠道老化损坏 、 冲刷、 渗漏严重 等现象， 急需进行修复和防渗改造。近些年 ， 国家、 自治区通过 “ 农业综合开发” 、 “ 以工代赈” 、 “ 小型农田水利” 等一批项 目， 对 这些老旧灌区进行节水改造。其中， 浆砌石和于砌石勾缝等砌 石结构渠道选择经济 、 合理的防渗改造形式， 不仅可以降低工 程造价 加快施工进度， 而且可以充分发挥原有工程设施的潜 力 ， 达到预期的节水节资的目的。 2砌石结构渠道防渗改造方案的选择 2 ． 1 研究区域概况 乌尔坦支渠位于伊犁州察布查尔县南山沟灌区内的阔洪 齐乡乌尔坦河境内， 乌尔坦渠从上游乌尔坦渠首引水 ， 是一个 干、 支合一的引水渠道， 控制灌溉面积为 2 2 0 0 0亩。由于乌尔坦 沟河来水量年内变化较大 ， 按月分配不均匀加之下游灌区纵坡 大、 耕作土层薄， 耕作层以下为渗透性较强的深厚砂砾石结构 等原因， 春夏季引水时必须进行抢洪灌溉， 在满足渠道运行安 全的前提下， 最大限度利用春夏季洪水 ， 解决下游灌 区用水高 峰期的用水矛盾。渠道设计流量为 2 ． 5 m 3 ／ s ， 总长度为 1 6 ． 1 6 k m。 该渠道于二十世纪 8 O年代末由当地农牧民投工投劳完成 ， 梯 形断面干砌石砼勾缝渠道 ， 其中位于出山口后山前丘陵区域的 8 + 0 5 0 ～1 6 + 1 6 0渠段已防渗改造完成，但是位于出山口前山区 内的 0 + 0 0 0—8 + 0 5 0渠段因地形复杂、施工机械难以进入等各 种原因截止 2 0 1 0年前尚未进行防渗改造。此段渠道沿乌尔坦 沟南岸垂直等高线布置， 因纵坡较大 ， 冲刷严重 ， 渗漏损失大， 加之渠系建筑物不配套 、 维修管理不到位等原因造成水资源浪 费、水土流失严重。根据调查此段渠道渠底宽度为 0 ． 7 5 m一 1 ． 9 5 m， 渠道深度为 0 ． 7 0 m～1 ． 2 0 m， 边坡系数为 1： 1 ， 渠道纵坡 为 1 ／ 1 5 —1 ／ 1 0 0 0 ， 冲毁处共计 3 5处 ， 冲毁长度为 2 3 5 0 m， 占渠道 总长度的 3 0 ％， 其余渠段渠道结构基本完好 ， 渠道实际过流能 力 为 1 ． 5 m 3 ／ s 。 2 ． 2防渗改造方案 在灌区节水改造实施过程中， 渠道防渗衬砌形式直接影响 工程的寿命和防渗效果 ，加之乌尔坦支渠所在区域属寒冷地 区，因此渠道防渗衬砌结构的冻胀破坏是一个较突出的问题。 浆砌石或干砌石勾缝的砌石渠道老化损坏后，应根据损坏程 度 ， 本着经济合理的原则， 采取相应的改造措施。根据本渠道存 在的问题和损坏程度以及临近区域类似渠道防渗改造经验， 提 出以下三种改造方案进行了技术经济比较： 方案一： 采用梯形断面， 在现有干砌石断面上加衬 C 2 0混 凝土， 底板现浇 1 5 e m混凝土， 边坡现浇 l O e m衬砌； 方案二 ： 采用梯形断面， 拆除原干砌石( 厚度 2 5 e m) ， 2 5 c m 厚 C 2 0细石混凝土砌卵石衬砌 +3 0 e m砂砾石垫层； 方案三 ： 采用梯形断面， 拆除原干砌石( 厚度 2 5 c m) ， 底板 现浇 1 0 c m混凝土， 边坡现浇 8 c m衬砌 + 3 0 c m砂砾石垫层。 表 1 方案技术经济比较 序号 项 目 加衬 C 2 0 混凝土 C 2 0砼砌卵石 C 2 0 现浇砼 建筑 原砌石料利用率 拆 除的卵石利 拆除 的卵石不 1 材料 高。 用率低。 能利用。 施工 施工工序简单 ， 施工工序复杂， 施工工序简单， 2 宜机械化施工 ， 需人工量大， 施 宜机械化施工， 条件 需人工量小。 工难度大。 需人工量小。 施工 3 短 长 较长 工期 衬砌 防渗、 抗冲、 抗冻 抗冲效果好 ， 防 防渗效果好， 抗 4 渗、 抗冻效果一 冲、 抗冻效果一 效果 效果好 。 般 。 般 。 百米 5 I ．8 0万元 2 ．6 5 万元 2 ． 4 5万元 投资 通过对上述三个方案的技术经济分析结果来看 ， 把冲毁并 丧失输水能力的干砌石勾缝断面按原材料、 原断面尺寸进行修 复后在其上面加衬 C 2 0现浇混凝土方案除了满足防渗、抗冲、 抗冻要求外， 还具有施工工艺简单 、 施工进度快 、 单位投资少 、 可充分利用原有渠道结构完好的砌石结构等优越性 ， 因此本次 —— 47— — 陕西水利 2 13 1 5年科技专刊 渠道防渗改造方案采用原有干砌石勾缝渠道断面上加衬 C 2 0 现浇混凝土的改造方案。 3加衬混凝土护面技术的应用效果分析 乌尔坦支渠防渗改造工程于 2 0 1 2年 3月中旬开工 ，当年 1 1月中旬竣工， 经过两年的冻融循环后调查发现， 护面结构完 好， 加衬混凝土无裂缝 、 起鼓现象。通过已建工程运行情况看， 加衬混凝土护面具有如下特点： ( 1 ) 施工工艺简单、 施工进度快、 原渠道砌石料利用率高、 相对于普通砌石断面渠道造价低。以乌尔坦支渠改造工程为 例 ， 先对丧失输水能力的冲毁段进行修复后 ， 充分利用其余结 构完好的砌石断面进行加衬混凝土， 缩短了工期 ， 再加上加衬 混凝土后过水断面缩小、 糙率系数变小、 流速加大， 每百米长度 造价相对普通现浇混凝土和浆砌石渠道分别低 0 ． 6 5万元和 0 ． 8 5万元。 ( 2 ) 防渗 、 抗冲、 抗冻胀效果优于普通现浇混凝土和砌石断 面渠道。以乌尔坦支渠改造工程为例， 由于将原干砌石断面作 为防冻结构层， 除满足防冻胀要求外还可以作为防渗层和抗冲 结构， 形成双防渗、 双抗冲结构。根据改造前后对渠道进行动水 法 实测计算 ，加衬 混凝土护 面前 ，每公 里渠道输 水损失率 为 3 ． 1 ％， 而加衬混凝土护面后， 每公里渠道输水损失率为 O ． 6 5 ％。 该渠道运行至今未发现冻胀， 冲毁现象。 ( 3 ) 相对于砌石断面渠道输水时间短， 输水能力强以乌尔 坦支渠改造工程为例 ， 由于加衬混凝土后， 糙率系数由0 ． 0 2 5变 为 0 ． 0 1 7 ， 渠道流速加快， 输水时间缩短。根据渠道下游灌区调 查成果， 在流量、 纵坡 、 水深不变的情况下加衬混凝土后流速较 改造前增加约 3 5 ％， 输水能力较改造前增加约 3 0 ％， 从而灌水 轮灌周期较改造前缩短约 2天。 加衬混凝土护面技术虽然具有上述优越性， 但还是存在着 一 些不足之处。其一是由于加衬混凝土底部砌石断面所采用的 卵石料大小各异， 砌筑不均匀， 卵石露头长度有长有短， 一般情 况下卵石露头长度约为 3 ． 0 c m一5 ．0 c m不等 ， 因此加衬混凝土设 计工程量无法精确计算 ，可能出现混凝土量多算或少算等情 况。其二是由于加衬混凝土底部原砌石断面砌筑不均匀、 不规 整， 再加上施工水平差异等原因， 在纵坡较大的渠道中可能造 成成型后的渠道断面起伏不平的波浪形状 ， 从而使渠道内水流 流态紊乱、 水流不稳定。因此上述存在问题在以后的同类工程 防渗改造工程设计和施工阶段中应引起足够的重视。 4加衬混凝土护面技术的设计、 施工要求 4 ． 1 设计要求 ( 1 ) 护面材料 ： 混凝土强度一般不低于 C 2 0 ， 寒冷地区和推 移质含量较高地区可根据具体情况可适当提高混凝土强度； 水 泥宜采用标号 R 4 2 5普通硅酸盐水泥； 砂、 石料应质地坚硬、 洁 净、 不含杂质、 采用 I 级配， 石料最大粒径一般不大于 2 ． 0 c m。 ( 2 ) 防渗厚度 ： 加衬混凝土厚度宜取 8 ．0 e l n～1 0 ． 0 c m， 可根 据具体渠道设计流速、 推移质含量 、 原有砌石结构情况可进行 一 48一 适当加厚处理 。 ( 3 ) 伸缩缝： 渠道每隔 3 ． 0 m 5 ． 0 r n应设横向伸缩缝一道， 缝宽 2 c m， 伸缩缝可全部采用 1 0 0号沥青水泥砂浆填充或采用 迎水面以下 3 ． 0 c m～5 ． 0 c m的沥青砂浆，其以下部分采用苯板 填缝 。 4 ) 隔墙 ： 为了使加衬混凝土护面断面更加平整和施工方 便，应在渠道纵坡变化段内每隔 2 5 m一1 0 0 m设置现浇混凝土 隔墙 。 4 ． 2施工要求 ( 1 ) 首先应对损坏的原有砌石结构断面按原有结构材料 、 尺寸进行修复。 ( 2 ) 为了保证混凝土与原砌体 良好结合， 混凝土浇筑前应 对衬砌表面清洗凿毛， 抠去松动灰缝 ， 用清水冲洗后刷素水泥 浆一道 。 ( 3 ) } 昆 凝土浇筑时应先浇筑渠底， 后浇筑边坡 ， 当一段混凝 土浇筑完成时应及时进行原浆收面。 混凝土浇筑后 1 2 h ， 应对混 凝土进行洒水养护。 ( 4 ) 伸缩缝填料前要认真清缝 ， 掏净缝 中杂物 ， 吹净缝 内 尘末 ， 灌缝要填满 ， 压实抹平， 务必使填料与缝壁紧密粘结以 防漏水 。 5结 语 采用加衬混凝土护面改造各类砌石结构渠道 ，不但经济 合理 ， 防渗 、 抗冲 、 抗冻效果好 ， 而且原材料利用率高、 施工进 度快，因此在砌石结构渠道改造中具有一定 的应用前景和推 广价值。※ 参考文献 [ 1 ] 冯广志， 周福国， 季仁保． 渠道防渗衬砌技术发展中的若干问 题与建议卟 中国农村水利水电， 2 0 0 4 ， ( 5 ) ． [ 2 ] Y - ~． 新疆水工建筑物损坏原 因及防止措施研究 ． 中国农 村水利水 电， 2 0 0 2 ， ( 6 ) ． [ 3 ] GB 5 0 5 9 9 — 2 0 1 0 ， 灌区改造技术规范[ s 】 ． 2 0 1 0 ． [ 4 ] S L 1 8 — 9 1 ， 渠道防渗工程技术规范 1 ． 1 9 9 1 ．