新襯砌技術(shù)在小開(kāi)河引黃灌溉工程中的應(yīng)用

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濱州市小開(kāi)河引黃灌區(qū)地處山東省北部，黃河三角洲腹地。小開(kāi)河引黃灌區(qū)設(shè)計(jì)流量60m3/s，設(shè)計(jì)灌溉面積7.33萬(wàn)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(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)500多個(gè)村莊的8.23萬(wàn)hm2土地得到灌溉，開(kāi)發(fā)草場(chǎng)1.93萬(wàn)hm2，解決30萬(wàn)人的飲水問(wèn)題，可為沿海、沿線的綜合開(kāi)發(fā)提供可靠的淡水資源。

　　該工程自1993年開(kāi)始動(dòng)工興建，1998年完成一期工程開(kāi)始通水灌溉；1999～2000年完成下游輸水渠及配套工程，達(dá)到干渠全線貫通，灌區(qū)已具雛形。2001年又完成了小開(kāi)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(jì)投資2.3億元。截至2001年底，小開(kāi)河灌區(qū)的輸沙干渠已全部襯砌，共計(jì)全斷面襯砌20.7km，半段面襯砌30.6km，累計(jì)完成混凝土預(yù)制板5.2萬(wàn)m3，復(fù)合土工膜鋪設(shè)64.5萬(wàn)m2，塑料薄膜鋪設(shè)110萬(wàn)m2。

　　二、 新襯砌技術(shù)的應(yīng)用

　　小開(kāi)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(yù)制混凝土板作為防護(hù)層，護(hù)坡防護(hù)層下鋪設(shè)復(fù)合土工膜，護(hù)底50cm細(xì)土下鋪設(shè)一層塑料薄膜，渠底兩側(cè)坡腳設(shè)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(fù)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(shè)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(cè)設(shè)伸縮縫，伸縮縫用PT塑料膠泥填充。

　　1.改進(jìn)混凝土預(yù)制板的生產(chǎn)工藝

　?、?改脫胚式加工為翻轉(zhuǎn)模板或震動(dòng)平臺(tái)加工

　　以前渠道襯砌用的混凝土預(yù)制板，多為脫胚式加工，水灰比大，振搗不充分，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不密實(shí)。小開(kāi)河干渠襯砌用的混凝土板，吸取以往灌區(qū)襯砌的經(jīng)驗(yàn)，全部用翻轉(zhuǎn)模板或震動(dòng)平臺(tái)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(gè)直徑3mm的排氣孔，并在底模上鋪一層中長(zhǎng)纖維布。拌和混凝土?xí)r將水灰比控制在0.47～0.48之間，倉(cāng)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(shí)采用二次投料法，即先將水、外加劑加入拌和機(jī)；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(jì)拌和4分鐘，在加工過(guò)程中加強(qiáng)振搗，每模振搗時(shí)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(shí)。成型的混凝土板及時(shí)進(jìn)行人工壓光，使表面平整光滑。

　?、?使用外加劑

　　為確保混凝土預(yù)制板質(zhì)量，達(dá)到防滲抗凍的目的，并節(jié)約水泥降低工程造價(jià)，在混凝土板預(yù)制加工時(shí)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(shí)度，提高其強(qiáng)度及防滲性能，實(shí)驗(yàn)證明，木鈣與PC-2相容性良好，在混凝土中摻入后，減水率達(dá)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(yàn)，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(shí)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(yù)制生產(chǎn)過(guò)程中，每個(gè)預(yù)制廠都設(shè)專職質(zhì)檢員，進(jìn)行全面質(zhì)量管理，小開(kāi)河管理局工程科會(huì)同山東省科源監(jiān)理中心的技術(shù)人員不定期抽查，并且成立了工地試驗(yàn)室，按要求對(duì)原材料、拌和物、預(yù)制混凝土板進(jìn)行檢驗(yàn)，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。山東省水科所抽樣切塊試驗(yàn)，其抗壓強(qiáng)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(qiáng)度損失低于25%的設(shè)計(jì)要求。

　　2.分渠段應(yīng)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(kāi)河引黃灌區(qū)輸沙渠采用土工合成材料進(jìn)行全斷面防滲，結(jié)合防滲及經(jīng)濟(jì)要求，邊坡采用復(fù)合土工膜，渠底采用塑料薄膜防滲。

　?、?復(fù)合土工膜的應(yīng)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(hù)薄膜不被破壞，但在實(shí)際施工中不易操作，且渠道放水時(shí)極易沖壞，渠道維修率很高。小開(kāi)河灌區(qū)襯砌吸取其他灌區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，護(hù)坡采用了復(fù)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(jiǎn)單，質(zhì)量可靠，提高工效，節(jié)省投資等優(yōu)點(diǎn)，真正起到了護(hù)膜防滲的效果。

　　復(fù)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(xué)性能，且具有一定的變形量，對(duì)壩坡的凹凸具有一定的適應(yīng)能力，應(yīng)變力較強(qiáng)，與土體接觸面上的孔隙壓力及浮托力易于消散，能滿足護(hù)坡結(jié)構(gòu)的力學(xué)設(shè)計(jì)要求，并且復(fù)合土工膜具有很好的耐化學(xué)性、抗老化性能，滿足了護(hù)坡耐久性。根據(jù)有關(guān)資料介紹，將復(fù)合土工膜埋在土中或水下可安全使用60年。

　　經(jīng)過(guò)理論計(jì)算，考慮實(shí)際應(yīng)用的安全系數(shù)，小開(kāi)河引黃灌區(qū)采用的復(fù)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(yù)制板；下面一層為0.22mm塑膜，是主要防滲材料。

　　為確?；炷令A(yù)制板直接鋪設(shè)在復(fù)合土工膜上構(gòu)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(fù)合土工膜的支持層土坡一定嚴(yán)格按要求切削平整順直，以標(biāo)準(zhǔn)坡度面（1∶1.75）為基準(zhǔn)面，清除一切雜物，使坡面平整密實(shí)。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(guò)5%。（2）土工膜的搭接：改簡(jiǎn)單的搭接及粘合劑粘接為機(jī)器焊接。為減少坡面縱向焊接，在平整場(chǎng)地先將一幅4m寬和一幅2m寬的復(fù)合土工膜焊接成整體。焊接時(shí)的搭接寬度不得小于10cm，由廠家負(fù)責(zé)焊接施工，并采用雙焊縫焊接法。（3）上坡鋪設(shè)：將焊接好的土工膜順?biāo)鞣较驖L動(dòng)式沿坡鋪設(shè)。（4）混凝土預(yù)制板安砌：在復(fù)合土工膜以上安砌混凝土預(yù)制板時(shí)，工作人員嚴(yán)禁穿帶釘?shù)男?，不?zhǔn)在膜上卸放混凝土板及用帶尖的鋼釬作為撬動(dòng)工具，以保護(hù)土工膜。鋪設(shè)時(shí)要嚴(yán)格選材，輕裝輕放，仔細(xì)安砌，自上而下，左右均衡，使砌塊間結(jié)構(gòu)縫均勻。

　?、?塑料薄膜的應(yīng)用

　　為降低工程造價(jià)，在小開(kāi)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(fù)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(guò)對(duì)省內(nèi)各主要廠家進(jìn)行考慮篩選，擇優(yōu)選用了強(qiáng)度高、延伸率大、耐久性好的0.22mm聚乙烯塑膜。

　　在塑膜的鋪設(shè)工藝上，借鑒已有的成功經(jīng)驗(yàn)，采取上游接頭段壓下游接頭段，即按順?biāo)鞣较虼罱?，搭接長(zhǎng)度不小于30cm，與復(fù)合土工膜的搭接不得小于40cm。以避免沖刷破壞，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行折疊搭接的改進(jìn)，保證塑膜搭接嚴(yán)密，防止靜水壓力造成沿接縫的滲漏。塑膜鋪設(shè)時(shí)須在渠底平整、干燥無(wú)水的前提下進(jìn)行。施工中嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，采用滾動(dòng)鋪設(shè)方式，嚴(yán)禁展開(kāi)拉伸鋪設(shè)，且滾動(dòng)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(yán)禁用木樁樹(shù)枝等釘固，以保證鋪膜質(zhì)量。

　　③ 復(fù)合土工膜與土工布結(jié)合使用

　　在小開(kāi)河干渠襯砌中，由于東支流渡槽（38+664）至沾無(wú)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(hù)坡底部水位變動(dòng)區(qū)以梅花型布置三排帶無(wú)砂混凝土過(guò)濾孔的襯砌板，其下鋪設(shè)帶有反濾作用的400g/m2土工布，因土工布沒(méi)有帶有防滲作用的塑料膜，具有良好的透水性和過(guò)濾性，土壤中的水分經(jīng)過(guò)土工布的孔徑排出，同時(shí)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(guò)土工布及無(wú)砂混凝土的反濾作用，減少渠坡的水壓力，對(duì)增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性具有很好的效果。

　　三、應(yīng)用新襯砌技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

　　1.技術(shù)優(yōu)勢(shì)

　　（1）混凝土預(yù)制板與復(fù)合土工膜、塑料薄膜三者結(jié)合的襯砌防滲技術(shù)與以往的單獨(dú)混凝土或砌石襯砌相比，變形適應(yīng)性強(qiáng)，在地下不易老化，壽命長(zhǎng)，隔水效果好，施工操作簡(jiǎn)便，速度快。（2）復(fù)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(yù)制板面層加以保護(hù)，易于施工，便于維修管理。（3）復(fù)合土工膜護(hù)坡起防滲作用時(shí)，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(yīng)力不大，遠(yuǎn)未達(dá)到其極限伸長(zhǎng)率和抗拉強(qiáng)度，其受力是非常安全的。（4）采用新襯砌技術(shù)，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(yùn)行測(cè)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(duì)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(jì)優(yōu)勢(shì)

　?。?）采用混凝土預(yù)制板與復(fù)合土工膜、塑料薄膜三者結(jié)合的護(hù)坡結(jié)構(gòu)，可延長(zhǎng)工程使用壽命，大大節(jié)省維修工程量和費(fèi)用。運(yùn)行3年來(lái)，沒(méi)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(jiǎn)化施工，縮短工期，減少運(yùn)輸量和勞動(dòng)消耗，節(jié)省投資，特別是對(duì)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(fù)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(wàn)元以上。（4）混凝土板預(yù)制施工與渠道襯砌施工可分階段進(jìn)行，這樣可以有效地避開(kāi)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(kāi)河引黃灌區(qū)建成運(yùn)行3年來(lái)的實(shí)踐證明，通過(guò)正確的設(shè)計(jì)及精心的施工組織，采用混凝土預(yù)制板與復(fù)合土工膜、塑料薄膜三者結(jié)合的襯砌防滲技術(shù)是非?？尚械模彩呛侠淼?。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。