淺析混凝土貼面漿砌石在灌區(qū)節(jié)水改造中的應(yīng)用
在灌區(qū)節(jié)水改造實(shí)施過(guò)程中，渠道防滲襯砌形式直接影響工程的壽命和防滲效果，而洪水河灌區(qū)地處北方寒冷地區(qū)，冬季長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月之久，渠道防滲襯砌結(jié)構(gòu)的凍脹破壞是一個(gè)較突出的問(wèn)題。改建前，灌區(qū)內(nèi)的渠系均為上世紀(jì)60～70年代修建的漿砌卵石渠道，80年代興建了一批混凝土預(yù)制板支渠和斗渠，從運(yùn)行情況分析，漿砌石渠道抗凍性能優(yōu)于混凝土預(yù)制板，其主要缺點(diǎn)是糙率大（糙率系數(shù)在0.023-0.0275之間），對(duì)面層石料的選料要求較高，石料的利用率不高；底腳縫易淘刷進(jìn)而破壞渠底，維修頻繁。混凝土預(yù)制板渠道抗凍性能差，板間縫受凍脹應(yīng)力易開裂，造成混凝土預(yù)制板脫落，防滲效果下降，渠道耐久性差。在北方寒冷地區(qū)普遍存在類似顯現(xiàn)[1][2]。針對(duì)上述問(wèn)題，在灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造渠道防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，我們本著因地制宜的原則[3]，對(duì)普通漿砌石進(jìn)行了改進(jìn)：即利用灌區(qū)內(nèi)豐富的卵石資源，根據(jù)各級(jí)渠道渠床地質(zhì)條件、水流條件、抗凍脹效果、施工難易程度、結(jié)構(gòu)美觀等方面綜合考慮，在不同級(jí)別的渠道上采用改進(jìn)后的混凝土貼面漿砌石防滲護(hù)面，斷面選型以弧形底梯形、梯形圓弧坡角形、拋物線型為主，形成了干、支、斗三級(jí)渠道曲線形的最佳斷面組合，渠道的抗凍、抗?jié)B、水力學(xué)條件得到了明顯提高。
1 混凝土貼面漿砌石防滲結(jié)構(gòu)
1.1 防滲結(jié)構(gòu)厚度
防滲結(jié)構(gòu)厚度的確定須同時(shí)滿足抗凍、抗?jié)B要求[4][5]。對(duì)于Ⅰ、Ⅱ類強(qiáng)凍脹土基，渠底部及渠頂以下渠深的2/3處總厚度按渠道類別干渠取35cm；支渠、斗渠取30～28cm；漸變到封頂為25～20cm。面層混凝土厚度根據(jù)灌區(qū)節(jié)水改造工程實(shí)踐，取值一般在3-5cm，厚度過(guò)大，一是不經(jīng)濟(jì)，二是漿砌石和混凝土的線脹系數(shù)不一致，會(huì)因溫度不均造成溫度應(yīng)力疊加致使面層混凝土開裂。在側(cè)向排水條件好的Ⅲ、Ⅳ類弱凍脹土基、透水性強(qiáng)的沙土類及砂礫石基礎(chǔ)上，總厚度以滿足現(xiàn)行規(guī)范[5]要求為宜。
對(duì)于Ⅰ、Ⅱ類強(qiáng)凍脹土基，進(jìn)行換基處理，置換材料為φ30～50mm河卵石，置換厚度分兩種情況：平行于等高線（東西向）布置的渠道考慮陰坡的遮蔭，渠底部65cm，陰坡上部40cm，陰坡下部70cm，陽(yáng)坡上部30cm，陽(yáng)坡下部50cm。垂直于等高線（南北向）布置的渠道，坡面上部30cm，坡面下部、渠底部50cm。
渠道每5m設(shè)伸縮縫一道，縫寬2cm，瀝青水泥砂漿嵌縫（重量配合比：水泥∶瀝青∶砂子=1∶2∶4），縫面灌2cm厚聚氯乙烯泥止水。
1.2 砌筑材料
砌筑材料采用細(xì)粒混凝土砌筑，混凝土骨料最大粒徑20㎜，強(qiáng)度等級(jí)C15，使用標(biāo)號(hào)為R425普通硅酸鹽水泥，水灰比控制在0.5-0.55之間。貼面混凝土與漿砌石砌筑材料相一致，強(qiáng)度等級(jí)C15，水灰比控制在0.45-0.5之間。對(duì)于有推移質(zhì)泥沙的渠道，為提高渠道的抗沖、抗磨性能，護(hù)面混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C20。
2 主要施工工藝
與常規(guī)渠道施工工序一樣，首先進(jìn)行渠道開挖和邊坡整理，然后進(jìn)入渠底置換料，并夯筑，渠坡置換料隨邊坡砌筑高度隨砌隨填，以免占用砌體空間，以保證砌體厚度。渠底置換料夯填后即可進(jìn)入混凝土貼面漿砌石施工，主要工藝如下：
?、侔仓脴幽＃簽楸ＷC設(shè)計(jì)的曲面輪廓幾何尺寸準(zhǔn)確，在實(shí)踐中總結(jié)了樣模掛線法，即根據(jù)渠道的設(shè)計(jì)尺寸，將曲線部分（圓弧形或拋物線等）加工成預(yù)制樣模，樣模寬度10～12cm，高度以設(shè)計(jì)渠底厚度的1/2為宜，強(qiáng)度等級(jí)不低于面層混凝土標(biāo)號(hào)，每隔10m～15m放置一個(gè)，以不拖線為宜，用同標(biāo)號(hào)混凝土固定。樣模作為結(jié)構(gòu)的一部分不拆除。 [Page]
②砌石施工：渠底曲線部分砌石用灌漿法砌筑，渠坡采用座漿法，渠底、渠坡砌石連續(xù)完成不留施工冷縫。砌石頂面以上預(yù)留面層混凝土厚度。砌筑前洗凈石料，自下游向上游方向襯砌，先中間，后兩邊沿圓弧切線砌石，每一塊砌石要于相同位置的圓弧切線垂直，大頭向下，小頭向上，三角縫，六面靠、垂直于弧面不傾斜；頂面要平整，起伏誤差不得大于5mm。細(xì)礫砼一次性灌漿，要求灌漿飽滿、密實(shí)。
③面層混凝土施工：將砌筑好的砌石表面清理浮渣，用清水濕潤(rùn)然后刷素水泥漿一道，將拌和好的面層混凝土按先渠底后渠坡的施工順序一次澆筑成型，然后在樣模上掛線手工修坡修園。面層混凝土拌和要嚴(yán)格控制水灰比，流動(dòng)性不可過(guò)大。
3 應(yīng)用條件與技術(shù)方法
3.1 干渠混凝土貼面漿砌石防滲護(hù)面
干渠流量在5～12m3/s之間，在水力學(xué)計(jì)算滿足《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》SL18-91規(guī)定的不沖流速的條件下，斷面宜選擇弧形底梯形斷面，弧形底弦長(zhǎng)1.8～2.2m，邊坡系數(shù)m=1～1.25，圓心角90o～77o，圓弧半徑127.3～176.1 cm，弓高37.3～38.6cm，斜邊長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際流量確定。當(dāng)弧形底梯形斷面不能滿足不沖流速的條件下，可選用梯形圓弧坡角形斷面，底寬2.0～2.4m邊坡系數(shù)m=0.75～1。
3.2 支、斗渠混凝土貼面漿砌石防滲護(hù)面
支、斗渠流量在0.5～1.2m3/s之間，在Ⅲ、Ⅳ類弱凍脹土基條件下，選擇弧形底梯形斷面，弧形底弦長(zhǎng)0.5～1.0m，邊坡系數(shù)m=0.5～0.9，圓心角127o～96o，圓弧半徑27.95～67.27cm，弓高15.45～22.27cm，斜邊長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際流量確定。Ⅰ、Ⅱ類強(qiáng)凍脹土基，推薦使用拋物線形斷面，拋物線方程y=0.05x2（單位：cm）。在側(cè)向排水條件好、透水性強(qiáng)的沙土類及砂礫石基礎(chǔ)上，建議使用“U”形或混凝土預(yù)制塊等其他形式的防滲護(hù)面。
4 應(yīng)用情況
洪水河灌區(qū)在灌區(qū)節(jié)水改造實(shí)施過(guò)程中，于1996年首先應(yīng)用混凝土貼面漿砌石防滲護(hù)面技術(shù)，改建益民東干渠上段5km（0+000～5+000弧形底梯形斷面，Q=12.0m3/s，i=0.01～0.017），經(jīng)兩個(gè)凍融循環(huán)后全渠檢查，護(hù)面結(jié)構(gòu)完好，貼面混凝土無(wú)裂紋、起鼓現(xiàn)象，而且外觀精美，被上級(jí)業(yè)務(wù)部門譽(yù)為“精品工程”。自1998年～2002年，陸續(xù)改建了干渠下段10km，支渠7條16km，配套斗渠5條7.5km，運(yùn)行至今無(wú)維修。
通過(guò)已建工程運(yùn)行情況看，混凝土貼面漿砌石防滲護(hù)面具有如下特點(diǎn)：
(1) 施工簡(jiǎn)單，材料利用率高，相對(duì)于普通漿砌石造價(jià)低。以益民東干十一支為例，在流量（Q=0.6 m3/s）、砌石厚度相等的條件下，貼面式漿砌石護(hù)面（弧形底梯形斷面）與普通漿砌石護(hù)面（梯形斷面）相比；過(guò)水面積減小41.89%，渠內(nèi)流速增大88.61%，每米造價(jià)降低15.01%（19.63元）。
(2) 抗?jié)B效果優(yōu)于普通漿砌石。每公里滲漏損失流量[6]小50%。
(3) 外觀上石面不外露，適宜于成型各種流線型造型，水力學(xué)條件優(yōu)越。
(4) 較普通漿砌石渠道而言，輸水時(shí)間短，灌水輪期平均縮短1.5d（據(jù)灌區(qū)調(diào)查）。
由此可見(jiàn)，貼面式漿砌石護(hù)面技術(shù)具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，在灌區(qū)節(jié)水改造中具有一定的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1] 孟麗萍. 漿砌石土工膜防滲技術(shù)在渠道防滲中的應(yīng)用[J]. 節(jié)水灌溉，2006，（2）：50-53.
[2] 王立洪. 新疆水工建筑物損壞原因及防止措施研究[J]. 中國(guó)農(nóng)村水利水電，2002，（6）：45-47.
[3] 馮廣志，周福國(guó)，季仁保. 渠道防滲襯砌技術(shù)發(fā)展中的若干問(wèn)題與建議[J]. 中國(guó)農(nóng)村水利水電，2004，（5）：1-4.
[4] SL211-98，水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[5] SL18-91，渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范[S].1991.
[6] GB50288-99，灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
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1 混凝土貼面漿砌石防滲結(jié)構(gòu)
1.1 防滲結(jié)構(gòu)厚度
防滲結(jié)構(gòu)厚度的確定須同時(shí)滿足抗凍、抗?jié)B要求[4][5]。對(duì)于Ⅰ、Ⅱ類強(qiáng)凍脹土基，渠底部及渠頂以下渠深的2/3處總厚度按渠道類別干渠取35cm；支渠、斗渠取30～28cm；漸變到封頂為25～20cm。面層混凝土厚度根據(jù)灌區(qū)節(jié)水改造工程實(shí)踐，取值一般在3-5cm，厚度過(guò)大，一是不經(jīng)濟(jì)，二是漿砌石和混凝土的線脹系數(shù)不一致，會(huì)因溫度不均造成溫度應(yīng)力疊加致使面層混凝土開裂。在側(cè)向排水條件好的Ⅲ、Ⅳ類弱凍脹土基、透水性強(qiáng)的沙土類及砂礫石基礎(chǔ)上，總厚度以滿足現(xiàn)行規(guī)范[5]要求為宜。
對(duì)于Ⅰ、Ⅱ類強(qiáng)凍脹土基，進(jìn)行換基處理，置換材料為φ30～50mm河卵石，置換厚度分兩種情況：平行于等高線（東西向）布置的渠道考慮陰坡的遮蔭，渠底部65cm，陰坡上部40cm，陰坡下部70cm，陽(yáng)坡上部30cm，陽(yáng)坡下部50cm。垂直于等高線（南北向）布置的渠道，坡面上部30cm，坡面下部、渠底部50cm。
渠道每5m設(shè)伸縮縫一道，縫寬2cm，瀝青水泥砂漿嵌縫（重量配合比：水泥∶瀝青∶砂子=1∶2∶4），縫面灌2cm厚聚氯乙烯泥止水。
1.2 砌筑材料
砌筑材料采用細(xì)粒混凝土砌筑，混凝土骨料最大粒徑20㎜，強(qiáng)度等級(jí)C15，使用標(biāo)號(hào)為R425普通硅酸鹽水泥，水灰比控制在0.5-0.55之間。貼面混凝土與漿砌石砌筑材料相一致，強(qiáng)度等級(jí)C15，水灰比控制在0.45-0.5之間。對(duì)于有推移質(zhì)泥沙的渠道，為提高渠道的抗沖、抗磨性能，護(hù)面混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C20。
2 主要施工工藝
與常規(guī)渠道施工工序一樣，首先進(jìn)行渠道開挖和邊坡整理，然后進(jìn)入渠底置換料，并夯筑，渠坡置換料隨邊坡砌筑高度隨砌隨填，以免占用砌體空間，以保證砌體厚度。渠底置換料夯填后即可進(jìn)入混凝土貼面漿砌石施工，主要工藝如下：
?、侔仓脴幽＃簽楸ＷC設(shè)計(jì)的曲面輪廓幾何尺寸準(zhǔn)確，在實(shí)踐中總結(jié)了樣模掛線法，即根據(jù)渠道的設(shè)計(jì)尺寸，將曲線部分（圓弧形或拋物線等）加工成預(yù)制樣模，樣模寬度10～12cm，高度以設(shè)計(jì)渠底厚度的1/2為宜，強(qiáng)度等級(jí)不低于面層混凝土標(biāo)號(hào)，每隔10m～15m放置一個(gè)，以不拖線為宜，用同標(biāo)號(hào)混凝土固定。樣模作為結(jié)構(gòu)的一部分不拆除。 [Page]
②砌石施工：渠底曲線部分砌石用灌漿法砌筑，渠坡采用座漿法，渠底、渠坡砌石連續(xù)完成不留施工冷縫。砌石頂面以上預(yù)留面層混凝土厚度。砌筑前洗凈石料，自下游向上游方向襯砌，先中間，后兩邊沿圓弧切線砌石，每一塊砌石要于相同位置的圓弧切線垂直，大頭向下，小頭向上，三角縫，六面靠、垂直于弧面不傾斜；頂面要平整，起伏誤差不得大于5mm。細(xì)礫砼一次性灌漿，要求灌漿飽滿、密實(shí)。
③面層混凝土施工：將砌筑好的砌石表面清理浮渣，用清水濕潤(rùn)然后刷素水泥漿一道，將拌和好的面層混凝土按先渠底后渠坡的施工順序一次澆筑成型，然后在樣模上掛線手工修坡修園。面層混凝土拌和要嚴(yán)格控制水灰比，流動(dòng)性不可過(guò)大。
3 應(yīng)用條件與技術(shù)方法
3.1 干渠混凝土貼面漿砌石防滲護(hù)面
干渠流量在5～12m3/s之間，在水力學(xué)計(jì)算滿足《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》SL18-91規(guī)定的不沖流速的條件下，斷面宜選擇弧形底梯形斷面，弧形底弦長(zhǎng)1.8～2.2m，邊坡系數(shù)m=1～1.25，圓心角90o～77o，圓弧半徑127.3～176.1 cm，弓高37.3～38.6cm，斜邊長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際流量確定。當(dāng)弧形底梯形斷面不能滿足不沖流速的條件下，可選用梯形圓弧坡角形斷面，底寬2.0～2.4m邊坡系數(shù)m=0.75～1。
3.2 支、斗渠混凝土貼面漿砌石防滲護(hù)面
支、斗渠流量在0.5～1.2m3/s之間，在Ⅲ、Ⅳ類弱凍脹土基條件下，選擇弧形底梯形斷面，弧形底弦長(zhǎng)0.5～1.0m，邊坡系數(shù)m=0.5～0.9，圓心角127o～96o，圓弧半徑27.95～67.27cm，弓高15.45～22.27cm，斜邊長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際流量確定。Ⅰ、Ⅱ類強(qiáng)凍脹土基，推薦使用拋物線形斷面，拋物線方程y=0.05x2（單位：cm）。在側(cè)向排水條件好、透水性強(qiáng)的沙土類及砂礫石基礎(chǔ)上，建議使用“U”形或混凝土預(yù)制塊等其他形式的防滲護(hù)面。
4 應(yīng)用情況
洪水河灌區(qū)在灌區(qū)節(jié)水改造實(shí)施過(guò)程中，于1996年首先應(yīng)用混凝土貼面漿砌石防滲護(hù)面技術(shù)，改建益民東干渠上段5km（0+000～5+000弧形底梯形斷面，Q=12.0m3/s，i=0.01～0.017），經(jīng)兩個(gè)凍融循環(huán)后全渠檢查，護(hù)面結(jié)構(gòu)完好，貼面混凝土無(wú)裂紋、起鼓現(xiàn)象，而且外觀精美，被上級(jí)業(yè)務(wù)部門譽(yù)為“精品工程”。自1998年～2002年，陸續(xù)改建了干渠下段10km，支渠7條16km，配套斗渠5條7.5km，運(yùn)行至今無(wú)維修。
通過(guò)已建工程運(yùn)行情況看，混凝土貼面漿砌石防滲護(hù)面具有如下特點(diǎn)：
(1) 施工簡(jiǎn)單，材料利用率高，相對(duì)于普通漿砌石造價(jià)低。以益民東干十一支為例，在流量（Q=0.6 m3/s）、砌石厚度相等的條件下，貼面式漿砌石護(hù)面（弧形底梯形斷面）與普通漿砌石護(hù)面（梯形斷面）相比；過(guò)水面積減小41.89%，渠內(nèi)流速增大88.61%，每米造價(jià)降低15.01%（19.63元）。
(2) 抗?jié)B效果優(yōu)于普通漿砌石。每公里滲漏損失流量[6]小50%。
(3) 外觀上石面不外露，適宜于成型各種流線型造型，水力學(xué)條件優(yōu)越。
(4) 較普通漿砌石渠道而言，輸水時(shí)間短，灌水輪期平均縮短1.5d（據(jù)灌區(qū)調(diào)查）。
由此可見(jiàn)，貼面式漿砌石護(hù)面技術(shù)具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，在灌區(qū)節(jié)水改造中具有一定的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1] 孟麗萍. 漿砌石土工膜防滲技術(shù)在渠道防滲中的應(yīng)用[J]. 節(jié)水灌溉，2006，（2）：50-53.
[2] 王立洪. 新疆水工建筑物損壞原因及防止措施研究[J]. 中國(guó)農(nóng)村水利水電，2002，（6）：45-47.
[3] 馮廣志，周福國(guó)，季仁保. 渠道防滲襯砌技術(shù)發(fā)展中的若干問(wèn)題與建議[J]. 中國(guó)農(nóng)村水利水電，2004，（5）：1-4.
[4] SL211-98，水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[5] SL18-91，渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范[S].1991.
[6] GB50288-99，灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
（中國(guó)混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處）
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