陕西省宝鸡峡灌区渠道防渗技术的探讨
摘要:宝鸡峡灌区在渠道防渗工程中通过选用合理的断面形式,采用新型防渗材料,并研制开发衬砌设备等取得了非常显着的成效,灌区面貌焕然一新,节水效果十分显着。
关键词:新材料 新技术 新设备 节水 防渗
宝鸡峡灌区位于陕西关中西部,水源以渭河径流为主,引水流量95m3/s,灌溉宝鸡、杨凌、咸阳、西安四市(区)14个县(区)的291.6万农田。灌区现有总干、干渠6条,长421.6km;支渠77条,长680.08km,斗渠1956条,长1191.669km。渠道与建筑物配套基本齐全。
灌区开灌以来,累计引用渭河水量274亿m3,灌地2.2亿亩次,灌区农业生产条件得到了极大改善,对陕西省国民经济发展与社会进步起到了举足轻重的作用。但是,由于灌区是一个新老结合的大型灌区,工程布局线长面广,地质和水文地质条件十分复杂,加之受原技术水平和施工时经济条件所限,工程设计标准不高,工程不配套,部分干渠和大部分支渠未进行防渗处理。采用砼衬砌防渗的渠道经几十年运行,原衬砌的砼板大部分遭到破坏,漏水严重。近年来,随着灌区续建配套与节水改造项目、陕西省关中九大灌区世行项目、农业综合开发项目等工程相继实施,灌区在渠道防渗工作中利用新材料、新技术并研制开发新设备等取得了非常显着的成效,灌区面貌焕然一新,节水效果十分显着。现就一些技术问题和大家做一探讨。
一、防渗断面形式的选择
宝鸡峡灌区干、支、斗渠数量较多,流量大小各异,且渠道衬砌都是在已成工程的基础上进行的。因此,选择合理的断面形式,既可减少工程回填量,缩断工期,降低成本,又可改善水流条件,减少淤积,同时减轻冻胀破坏,延长工程寿命。近年来,灌区渠道防渗断面结构形式主要依据渠道流量大小并结合工程实际情况即工程附近回填土料来源、施工工期、回填土施工质量等条件以及多年来渠道改造工程实践经验来确定的,一般分以下四种情况:
1.设计流量大于9.0m3/s,选择弧形坡脚梯形断面或梯形断面;
2.设计流量在3-9.0m3/s时,选择弧形坡脚梯形断面或弧底梯形断面;
3.设计流量在1-3m3/s时,选择弧底梯形断面或U型断面;
4.设计流量小于1.0m3/s时,选择U型断面。
弧形坡脚梯形断面或弧底梯形断面在干、支渠道中应用较多,由于其近似于最佳水力断面,流速分布均匀,易于拉沙,减少淤积;同时也能改善防渗渠道冻胀变形分布的不均匀性,且渠底有一定的反拱作用,故可减轻砼板的冻胀破坏,减少裂缝和移位。
U型断面较梯形断面每公里输水损失可减少3.7%,防渗效果最好,它近似于最佳水力断面,水流条件好,流速大,输水输沙能力强;另外,其抗冻胀性能较高,冻胀程度仅为梯形的1/3-1/4,又便于管理,投资少、占地少,机械化施工程度较高。在灌区较小的支渠工程及斗、分渠工程应用比较广泛。
二、防渗材料的选择
宝鸡峡灌区原设计采用单一的砼或砌石等防渗材料,其虽然有一定的防渗性能,又能适应高流速。但通过多年的运行实践表明,其很难达到预期的防渗效果和耐久性。后来,又采用了砼板下铺设聚氯乙烯膜料,虽然起到了一定的防渗作用,但由于这种防渗形式必须在塑料膜上面铺设2-3cm厚的灰土或低标号水泥砂浆过渡层做为介质保护薄膜不被破坏。而在实际施工中,渠道内坡比一般在1:1-1:1.25之间,2-3cm厚的过渡层不易操作,且渠道行水时,在砌缝较多的渠道上,过渡层往往会被水流冲走或掏空,导致上部砼板整体破坏或表面凹凸不平。因此,其施工难度较大,施工质量难以保证,工效较低。近年来,随着防渗膜料的发展,宝鸡峡灌区不断总结经验,采用了复合土工膜防渗。即一布一膜土工布。由于其抗拉强度较高,抗穿透能力和抗老化性能好,可不设过渡层,另外,土工布表面摩擦力大,防滑效果好,便于安砌或浇筑砼板。与塑料膜防渗相比,具有施工简单,质量可靠,提高工效等优点。目前,灌区除部分斗、分渠之外,干、支渠防渗工程大都采用这种板膜复合结构形式,即采用一布一膜土工布柔性材料做防渗层,其上再用C15砼刚性材料做为保护层,厚度一般7-10cm,此层主要起保护膜料不被外力破坏和防止其老化以延长工程寿命的作用。两种材料互相扬长避短,显示了明显的经济技术性能。目前,在灌区中得到了广泛应用。其主要优点如下:
1.防渗效果好。其渗漏量是单纯的砼防渗材料的1/6,是砌石材料的1/13,是不防渗土渠的1/21。
2.延长了渠道的工程寿命。明铺式膜料防渗,因老化严重而寿命较短。但铺在保护层以下,经试验研究其寿命在30年以上。同时,膜料防渗层可以保温,从而减轻冻胀破坏,使砼保护层裂缝减少,延长了工程寿命。
3.与单纯的砼防渗材料相比,投资大体相当。采用砼做膜料防渗层的保护层时,其厚度可以由砼防渗时的10-14cm减薄至7-10cm。购买土工布的投资虽较减薄砼节约的投资稍高,但其减轻了冻胀破坏,尚可减少维修费和管理费。
4.符合灌区实际情况。宝鸡峡灌区防渗渠道多为旧渠道改建工程,普遍存在施工与行水时间的矛盾。采用了板膜复合结构,渠底现浇,坡板可在灌溉行水期提前预制,在非灌溉期施工,既避免了施工与行水的矛盾,又可缩断工期,降低投资。
三、伸缩缝止水材料的选择
灌区以往在这方面投资较少。大多采用沥青砂浆、油毡、聚氯乙烯油膏等做为伸缩缝止水材料。但这些材料有的性能差,有的造价高,有的施工技术复杂,不能很好地解决工程实际中存在的问题,难以保证工程质量,导致伸缝处渗漏水现象较为严重。近年来,宝鸡峡灌区对接缝处理工作和止水材料的选用方面非常重视。一致认为提高防渗效果增加止水材料的投资是值得的。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础上研制的性能与其相同,但造价相对较低的新型伸缩缝止水材料—焦油塑料胶泥。其施工方便,造价低,止水效果良好,在灌区已得到了广泛应用。
四、施工技术
1.防渗渠道基槽的填筑与开挖
宝鸡峡灌区近年来渠道衬砌均是在旧渠道上进行,由于原渠道多为土渠梯形断面,经长期输水运用,在水面以下均已变成不规则的弧形断面。对此我们的处理方法如下:
①如渠基含水量很大,甚至为饱和状态时,为了填筑施工,就提前停水,使基土风干,或采用抽排、翻晒等方法,降低含水量。
②对于过流较大的重要干、支渠工程或有防冻要求的工程,采用换填土等方法。
③对于流量小于2.0m3/s的支渠及斗、分渠,首先进行清淤和清基土,再进行填筑。填筑时先将全渠槽填至设计高程(分层夯实,每层铺土厚度,机械施工时,不大于30cm,人工施工时,不大于20cm),再用U形开渠机进行开挖,最后再辅以人工检查和反复的修整工作,直到满足防渗层断面设计要求。
④大于2.0m3/s的干、支渠工程,由于全渠槽填筑土方量较大,故往往采用局部填筑补齐的方法进行填筑,填筑面的宽度一般应较设计加宽50cm以上,以满足一个蛙式电夯机的正常工作面。开挖时,仅开挖填筑时加宽的50cm的部分土体,然后按整修渠槽的方法修整渠道基槽,直至达到设计要求为止。
2.土工膜的加工和铺设
该工序包括剪裁、接缝、铺设等项工作。
经理论计算,考虑到实际应用的安全系数,宝鸡峡灌区采用的复合土工膜规格为一布一膜,其中上面一层为100-150g/m2的土工布(根据渠道流量、断面、水深等具体确定),其表面摩擦力大,防滑效果好,便于安砌或浇筑砼板。下面一层为不小于0.25mm厚的聚氯乙烯膜,是主要的防渗材料。
①剪裁:成卷的土工膜料应根据铺膜基槽断面尺寸的大小及每段长度剪裁。纵向铺设时,首先按基槽的断面尺寸计算所需膜料的幅数。横向铺设时,以铺设基槽断面的长度为一幅。剪裁的长度应以其大块膜料便于搬运和铺设为宜。小型渠道一般为50m-60m,大中型渠道可选用20m-40m。
②接缝:膜料连接处理的方法有搭接法,焊接法和粘接法等。宝鸡峡灌区近年来多改简单的搭接及粘接剂粘接为机器焊接。焊接时的搭接宽度一般不小于10cm,采用双焊缝焊接。
③铺设:基槽检验合格后,在基槽表面洒水湿润,以保证膜料能紧密地贴在基床上。纵向铺设时,将按设计尺寸加工的大幅膜料叠成“琴箱”式,先横向放在下游槽内,再将一端与先铺好的膜料或原建筑物在现场焊接,再向上游拉展铺开。横向铺设时,由渠道一岸经渠底向另一岸铺设。总之,铺膜的速度应和砼铺砌或浇筑的速度相配合,当天铺膜,当天浇筑好砼板,以免膜料裸露时间过长。
3.砼板的安砌、浇筑
为确保砼防渗渠道的防渗效果及耐久性,除了正确合理的设计外,还必须提高施工技术水平,确保施工质量,做到优质、经济、安全。
宝鸡峡灌区近年来非常重视该项工作,迄今为止,已研制出了一批施工机械设备,确保了工程质量和进度,渠道防渗工程施工已向半机械化和机械化发展。
①部分支渠及斗、分渠衬砌工程
管理局研制的U型渠道衬砌机已被广泛应用,其结构简单,易于操作,施工进度快,砼质量高,渠道表面光滑,输水能力强,抗冻性能好。产品有D80-D200十种规格。1992年管理局在总结经验的基础上又研制出了CU4型渠道砼衬砌机,它是U型衬砌机的更新换代产品,它克服了原衬砌机的不足(一是牵引和衬砌机分离设置,两台设备、两台动力、施工中操做控制不便,且设备投资偏大;二是没有切缝和压边机构,人工另行处理,费工费时,且整体性差等)。目前,研制生产的CU4-30、CU4-40、CU4-50和CU4-60等规格产品在灌区及外部灌区许多小型渠道衬砌工程得到了广泛应用。它能将修正土模、浇筑成型、振捣密实、切缝和渠道压边等工序连续一次完成,提高了渠道衬砌的速度、降低了工程造价。
另外,在部分斗、分渠工程中,还采用了管理局研制的高强度砼构件生产机械——衬砌预制板振动台,该技术采用了聚氯乙烯双层
