周志鴻
(新疆生產(chǎn)建設兵團十二師水務公司,烏魯木齊830013)
新疆地處西北干旱地區(qū),水資源相對匱乏是制約本區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個重要因素。隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施,為緩解水資源匱乏的問題,國家投入大量資金,安排了大型灌區(qū)節(jié)水改造、中型灌區(qū)節(jié)水改造以及小型農(nóng)田水利建設等項目。這些項目主要針對已有的老灌區(qū),這些灌區(qū)一般已形成十幾年或幾十年,由于興建時缺乏統(tǒng)一規(guī)劃,而且缺乏資金進行必要的水利建設,一般灌溉渠道為無防滲土渠,滲漏嚴重,不但造成水資源的大量浪費,而且引起灌區(qū)內局部地下水位上升,土壤鹽漬化加劇,水分生產(chǎn)率很底。因此,灌區(qū)常規(guī)節(jié)水改造項目一般主要解決老灌區(qū)灌溉渠道的防滲問題。
近幾年完成的渠道防滲工程中,混凝土板加塑膜雙防型式由于耐久性、防滲效果較好得到廣泛采用。而對于老灌區(qū),渠道防滲改造由于受灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉影響,施工期一般較短,常采用預制混凝土板加塑膜型式。以下就近年來在此種結構型式設計中遇到的問題談幾點經(jīng)驗。
一般預制混凝土板鋪砌的渠道均采用梯形斷面,梯形斷面渠道土方工程施工條件較好,土方密實度也較易達到。但在工程運行中,發(fā)現(xiàn)此種斷面在梯形坡腳處水流條件較差,由于邊坡板下滑擠壓底板,常造成此處的伸縮縫失去作用,而且形成應力集中,新疆地處寒冷地區(qū),坡腳處也是受凍脹破壞最為嚴重的區(qū)域。
為避免這些問題,經(jīng)反復研究討論及工程實際驗證,我們認為梯形弧腳斷面能夠較好的解決這些問題?;∧_處采用整塊預制,成型斷面為弧面平底斷面,將坡腳處最薄弱區(qū)域變?yōu)檎w,與梯形斷面相比,增加的工程量非常少,改善了此處水流條件、避免了應力集中、提高了抗凍脹性能,平底面在施工當中因板下土方仍為梯形,碾壓、削坡、控制土方斷面等均與梯形斷面相同。因此后期設計中經(jīng)常采用此種斷面,經(jīng)近年工程驗證,該斷面型式在施工上較易完成,實際運行中水流條件、抗凍脹性能均較好。
在寒冷、嚴寒地區(qū),防凍脹措施是剛性襯砌渠道成敗的關鍵問題。如果處理不好,輸水后的一個冬季就會使預制板隆起凍壞,板塊脫落,不但造成巨大的工程損失,還影響到第二年農(nóng)業(yè)用水。
渠道的防凍脹處理一般常用的有換填法和保溫法兩種,換填法是將渠床基土換為非凍脹土(風積砂或砂礫石),不使渠床內水分向凍峰面轉移而避免凍脹;保溫法是將保溫材料(一般是苯板)鋪于板下,使渠床基土處于正溫而避免凍脹。
換填厚度和保溫材料厚度均可采用(DL/T5082-1998)《水工建筑物抗冰凍設計規(guī)范》公式計算,一般情況下?lián)Q填風積砂的厚度為保溫苯板厚度的8~10倍,即風積砂材料便宜但工程量大,苯板價格高但工程量少。
由于風積砂在新疆地區(qū)分布較廣、價格低,是換填法采用的主要材料,合格的防凍換填砂指標見表1。
表1 風積砂特征值表 mm
采用此法工程控制的要點是含水率和壓實度指標。此兩點相輔相成,當沙含水率低時,壓實機械幾乎無法將其壓至設計要求,含水率過高時,又會造成邊坡?lián)Q填層向渠底滑塌。一般來說,風積砂含水率應控制在15% ~18%為宜,壓實度達到0.75時,干容重可達到1.5~1.55 g/cm3,此標準經(jīng)多項工程驗證,可保證渠道無凍脹破壞。
苯板保溫法工程需控制的要點是苯板質量和渠床平整度。一般水利工程項目苯板的質量要求見表2。
苯板質量控制主要是在生產(chǎn)廠家,這一點可在材料采購時進行控制。要控制渠床基土平整度,是因為防凍用苯板單塊面積宜大不宜小,其長度一般在6~8 m,寬度在1~2 m。由于單塊面積較大,且苯板本身抗折斷性能較差,當渠床平整度較差時,苯板上鋪設混凝土板后就易變形斷裂,使其上混凝土板間縫開裂滲水,不但大大影響其抗凍脹性能,而且減弱了混凝土板的整體性,影響渠道的使用壽命。
表2 聚苯乙烯泡沫板性能表
經(jīng)濟上比較,按一般工程經(jīng)驗,在土路面情況下,風積砂運距超過4.5 km時,其工程造價就高于苯板。這兩種方法在很多工程中均使用過,其防凍脹效果也較好,具體工程當中使用那種方法,主要根據(jù)工程區(qū)的具體情況分析確定。
預制混凝土板加塑膜雙防渠道在板與膜之間均需設找平層,厚度一般為2 cm,其作用一是保護防滲塑膜,二是確保渠道成型斷面平整度。在通常設計中該層材料采用風積砂,由于價格便宜,施工中常存在鋪膜斷面較大,找平層厚度增加。而該層由于處于膜上板下,預制板間滲漏水進入后幾乎無法排出,使其達到飽和狀態(tài),造成邊坡下層板揚壓力過大引起破壞;同時由于層厚不均勻,飽和狀態(tài)下的風積砂冬季凍脹位移量不同,板間勾縫材料開裂甚至脫落,次年運行時水流自開裂的縫間將沙粒帶出,形成板下空洞引起預制板塌陷、脫落,且由于風積砂材料本身抗沖性能很差,一塊板脫落后往往造成大面積的沙層被淘出,引起大面積的預制板脫落,渠道破壞嚴重且維護費用很高。實際工程中曾經(jīng)有找平層最大厚度達到10 cm,預制板破壞后發(fā)現(xiàn)及時,只有用沙袋壓住脫落區(qū),才沒有造成更大面積的破壞。
為防止此現(xiàn)象也曾采取了許多措施,但由于風積砂材料與渠床土料價格差距很小,而渠床基土的平整度控制比較困難,施工單位多采用加厚找平層的辦法滿足成型斷面的平整度。根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗我們在設計中將找平層材料換為M5砂漿,由于砂漿價格遠高于渠床土方,而核定工程量時僅按設計厚度2 cm計算,施工單位就會盡量將鋪膜斷面做至設計要求尺寸,以求減少砂漿用量。從實際完成的一些工程來看,采用M5砂漿找平層后該層最大厚度僅在4 cm左右,工程質量大為改觀。而且采用此材料后,上述風積砂材料的諸多弊端均不存在了,工程運行維護也費用大大降低了。
經(jīng)濟上比較,風積砂找平層與砂漿找平層雖然差價較高,但此部分工程量在工程總投資中所占比例較少,對工程總投資影響不大。因此,雙防渠道找平層材料宜選擇采用M5砂漿。
以上幾個問題是渠道防滲改造中經(jīng)常遇到的,經(jīng)多次工程實踐,總結得出一些方案,對以后的渠道防滲設計具有一定的指導意義。
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