蔡 玉，張建生

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

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永昌縣西河灌區(qū)渠道防滲抗凍脹探討

蔡 玉，張建生

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

西河灌區(qū)屬西北內(nèi)陸嚴(yán)寒地區(qū)，渠道的主要問(wèn)題是滲漏及凍脹。多年來(lái)，通過(guò)不斷的探索實(shí)踐，總結(jié)渠道防滲及抗凍方面的措施和方法。該方法結(jié)合大型灌區(qū)續(xù)建配套項(xiàng)目節(jié)水改造的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在渠道防滲及抗凍脹方面，能對(duì)其他灌區(qū)開展渠道改造有所借鑒。

西北內(nèi)陸；渠道；防滲；抗凍脹

西河灌區(qū)位于甘肅省河西走廊東段，永昌縣城西部，是以引用石羊河水系的西大河水為主，地下水及區(qū)內(nèi)小溝小河來(lái)水進(jìn)行補(bǔ)充灌溉的大型自流灌區(qū)，總面積2 640 km2，耕地面積60萬(wàn)畝，灌區(qū)地勢(shì)自西南向東北傾斜，自然縱坡1.7%～5%，海拔在1 980～2 670 m之間。西大河發(fā)源于祁連山冷龍嶺北坡，源頭主要支流有紅沙河、鸞鳥溝、平羌溝、腦兒墩溝、古松林溝，是永昌縣境內(nèi)第三大河流，來(lái)水主要靠冰雪融水及大氣降水。

1 渠道破壞原因的分析

西河灌區(qū)骨干水利工程多數(shù)建于上世紀(jì)六、七十年代，標(biāo)準(zhǔn)低、投資小，墊層厚度設(shè)計(jì)多為10-20cm，大多支渠沒(méi)有鋪設(shè)墊層，支渠兩側(cè)大多是耕地，冬灌后水流不暢，渠道基礎(chǔ)土體處于飽和狀態(tài)，導(dǎo)致渠道凍脹破壞嚴(yán)重。這些工程已運(yùn)行40多年，

渠道超期使用、年久失修，加之受自然凍害和人為破壞的因素，渠道損毀嚴(yán)重，渠坡變形、塌陷，予制塊脫落，水量滲漏損失嚴(yán)重，灌溉運(yùn)行中，倒壩、決堤現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，效益逐年衰減，安全輸水保證率降低，滲漏損失嚴(yán)重。

通過(guò)對(duì)整個(gè)西河灌區(qū)渠道現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)現(xiàn)狀渠道斷面型式、破損型式、破損程度的不同，本工程改建渠道破損形式分為兩種：一是現(xiàn)狀渠基穩(wěn)定，變形輕微，僅是襯砌老化、磨損、剝蝕的渠道；二是凍脹變形明顯、破壞嚴(yán)重的渠道。

2 渠道修復(fù)方案

2.1 方案的選擇

第一方案：將部分凍脹破壞嚴(yán)重的渠段拆除后鋪設(shè)墊層，然后采用現(xiàn)澆砼全斷面套襯；第二方案：將全渠段拆除后重新用漿砌石或砼襯砌。

最后根據(jù)“經(jīng)濟(jì)、安全、高效、美觀”的設(shè)計(jì)原則，經(jīng)優(yōu)選后確定改建方案。經(jīng)兩種方案造價(jià)比較，累積拆除渠段占改建段長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)低于45%，以第一方案為佳，否則以第二方案為佳。經(jīng)對(duì)渠道現(xiàn)狀破損程度調(diào)查，并結(jié)合渠床地質(zhì)條件確定西河罐區(qū)改建渠道均采用C20砼現(xiàn)澆套襯方案，即第一方案。

2.2 斷面型式的形式

對(duì)于砼襯砌渠道，可采用平底梯形或弧底梯形斷面。弧底梯形斷面較梯形斷面抗凍脹性好，力學(xué)性能優(yōu)良，在嚴(yán)寒地區(qū)，對(duì)于拆除重建的渠道，在適當(dāng)加大墊層厚度的情況下可采用弧底梯形斷面。對(duì)于砼套襯渠道，由于受原渠斷面限制，采用弧底后過(guò)流斷面減小，因此不推薦采用弧底梯形斷面。

2.3 渠道抗凍脹置換措施

在西河灌區(qū)，凍害是襯砌渠道遭受破壞的最主要因素之一，故而渠道防滲抗凍措施的采用是否得當(dāng)至關(guān)重要。砂礫石墊層不僅本身凍脹性弱，而且能排除滲水和阻止下臥層水分向表層凍結(jié)區(qū)遷移，所以砂礫石墊層能有效減少凍脹，防止凍害現(xiàn)象的發(fā)生。而且從運(yùn)行情況看，砂礫石墊層抗凍脹效果較好，且材料豐富，造價(jià)較低，施工方便，因此采用砂礫石墊層置換凍脹土層是一種較好的抗凍脹工程措施，對(duì)凍脹破壞嚴(yán)重的渠段，應(yīng)適當(dāng)加大砂礫石墊層的置換厚度?？紤]到渠道整體的受力作用，墊層不易過(guò)厚，根據(jù)西河灌區(qū)已建支渠安全墊層設(shè)置厚度，設(shè)計(jì)取值為各干渠墊層置換厚度渠底65 cm，渠坡65～45 cm，各支渠墊層置換厚度渠底50 cm渠坡為50～40 cm。對(duì)于縱坡緩、流速小、含泥量較高的渠道，在砂礫石墊層上增設(shè)土工膜是防止墊層污染的有效措施。西河改建大多數(shù)渠道縱坡較陡、流速較大，水中泥沙難以沉積于渠底，因此改建渠道在不增設(shè)土工膜的情況下，渠道的抗凍脹也是有保障的。

2.4 渠道抗凍脹置換措施

針對(duì)西河罐區(qū)嚴(yán)寒地區(qū)的渠道防滲問(wèn)題，提出“內(nèi)防與外柔相結(jié)合”的渠道防滲工程抗凍害方法。內(nèi)防，即防止水滲透到渠基土內(nèi)，水與土分離；外柔，即外部結(jié)構(gòu)要適應(yīng)基土變形，允許外部結(jié)構(gòu)有一定程度的變位。我們?cè)O(shè)計(jì)出了先在最底下鋪設(shè)50～60 cm砂礫石墊層，然后抹3 mm厚砂漿，再在砂漿上面鋪設(shè)土工膜，最后用混凝土現(xiàn)澆。現(xiàn)澆厚度10～15 cm,混凝土板每隔3 m設(shè)置伸縮縫一道，伸縮縫縫寬2 cm，填充材料自下而上依次為聚乙烯閉孔板，聚氯乙烯膠泥填縫，瀝青砂漿填縫，起到止水及彈性伸縮的作用。這樣不僅使混凝土板不易滑塌，還使混凝土與其相互結(jié)合，并在其間形成一道屏障，有助于減少渠水滲漏和渠基水分的增加，可有效地控制渠土凍脹，防滲效果好，適應(yīng)變形能力強(qiáng)。不但提高了混凝土板的抗變形能力，降低了基土含水量和凍脹量，而且大幅度地降低了渠道防滲中為抵抗凍害而增加的費(fèi)用。這種形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資也較省，且效果較好，受到廣大灌區(qū)人們的歡迎，在推廣應(yīng)用中，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2.5 渠道防沖、防淤設(shè)計(jì)

我們?cè)谶x擇渠道斷面時(shí)，由于部分渠道選擇了弧底梯形斷面，這樣使得渠道在運(yùn)行時(shí)，水流中的雜質(zhì)、砂礫石全部淤積到弧底，渠底淘刷成坑現(xiàn)象嚴(yán)重，本次灌區(qū)改造項(xiàng)目，解決淤積的措施主要是通過(guò)曲線裁彎取直，改善水利條件，縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，在保證渠道引水高程的前提下，盡量增大渠道縱坡，采用砼現(xiàn)澆護(hù)面，減小渠道糙率，選擇渠道斷面時(shí)，盡量選擇梯形斷面，使渠底均勻受沖刷，減少渠道沖刷破壞。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，西河灌區(qū)渠道設(shè)施不配套、老化失修、工程隱患多、滲漏嚴(yán)重、凍脹破損程度大，效益低下，通過(guò)防滲、抗凍脹節(jié)水措施，充分發(fā)揮改建渠道效益，改善灌溉面積，增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，將有效地提高灌溉水利用系數(shù)，水的單位產(chǎn)量將進(jìn)一步提高，經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。

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[3]王正中.梯形渠道混凝土襯砌凍脹破壞的力學(xué)模型研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào).2004,(3).

TV91

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1004-1184(2016)06-0120-01

2016-05-23

蔡玉(1987-)，男，甘肅永昌人，在讀碩士研究生，主攻方向：農(nóng)田水利設(shè)施設(shè)計(jì)。