張愛民

（黑龍江省衛(wèi)星運(yùn)河管護(hù)中心，黑龍江 齊齊哈爾 161635）

1 灌區(qū)項(xiàng)目概況

衛(wèi)星灌區(qū)位于訥謨爾河中下游河谷平原，跨齊齊哈爾市和黑河市，涉及五大連池市、克山縣、訥河市的5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，設(shè)計(jì)灌溉面積 2.17 ×104hm2。灌區(qū)主要布置在訥謨爾河左岸，呈東西向帶狀分布。灌區(qū)范圍內(nèi)衛(wèi)星干渠全長71.625 km，分干渠5條，總長44.72 km；分干溝4條，總長10.569 km，坡水溝（干溝）26條，總長111.392 km。根據(jù)水利部和發(fā)展改革委關(guān)于開展“十四五”大型灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造要求，在灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造的基礎(chǔ)上進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)灌區(qū)現(xiàn)代化改造實(shí)施方案[1]。

2 灌區(qū)節(jié)水要求

2.1 節(jié)水目標(biāo)

根據(jù)全國和黑龍江省節(jié)水型社會(huì)建設(shè)規(guī)劃、全國現(xiàn)代化灌溉發(fā)展總體規(guī)劃、全國大中型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造實(shí)施方案、國家農(nóng)業(yè)節(jié)水綱要的要求，加強(qiáng)用水管理，科學(xué)配置、合理開發(fā)、高效利用水資源，形成科學(xué)的用水體系，農(nóng)業(yè)用水水平和節(jié)水技術(shù)達(dá)到省內(nèi)先進(jìn)水平，遠(yuǎn)期基本實(shí)現(xiàn)灌區(qū)現(xiàn)代化的要求。

2.2 節(jié)水指標(biāo)

灌區(qū)規(guī)劃年灌溉保證率75%時(shí)水稻灌溉凈定額為6090m3/hm2，達(dá)到地方定額標(biāo)準(zhǔn)低限值，屬全省先進(jìn)水平。由現(xiàn)狀地表水灌溉水利用系數(shù)0.55提高到遠(yuǎn)期規(guī)劃年的0.63。

3 灌排工程設(shè)施改造與提升對(duì)襯砌的要求

現(xiàn)代化灌區(qū)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)政策文件及規(guī)范制定，同時(shí)兼顧生態(tài)環(huán)保、人文關(guān)懷的需要。對(duì)于輸配水渠道：應(yīng)按灌區(qū)節(jié)水目標(biāo)，合理確定渠道防滲襯砌布局和規(guī)模；確保輸水能力、分水匯流及調(diào)節(jié)能力、運(yùn)行安全、具有一定生態(tài)功能、與工程周圍環(huán)境協(xié)調(diào)等。對(duì)于排水溝工程：應(yīng)保證設(shè)計(jì)排水能力，正常運(yùn)行時(shí)不發(fā)生沖刷、淤積和邊坡坍塌等情況；應(yīng)因地制宜，不僅要滿足排澇和安全標(biāo)準(zhǔn)而且要符合生態(tài)健康理念，達(dá)到利水、親水、活水、保水目標(biāo)；固岸護(hù)坡時(shí)，應(yīng)采用透水和利于作物生長的固坡設(shè)計(jì)方式，應(yīng)結(jié)合景觀、居民親水要求進(jìn)行植被搭配和景觀設(shè)計(jì)。

4 防滲工程設(shè)計(jì)

4.1 主要工程節(jié)水措施

工程節(jié)水措施主要為渠道防滲工程措施，渠系防滲是提高渠系水利用系數(shù)的核心工程舉措，包括灌區(qū)骨干輸配水、排水工程及田間工程2個(gè)部分。

4.2 干渠防滲襯砌工程設(shè)計(jì)

衛(wèi)星干渠是灌區(qū)主要供水干線，與坡洪溝交叉較多。干渠渠底土層變化較復(fù)雜，渠底黏土層薄厚不均，下層為極強(qiáng)透水的礫類土，與坡洪溝交叉渠段沖擊性砂礫石層裸露渠底，漏水嚴(yán)重。灌區(qū)早期砼襯砌的渠道，按照《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》（SL18-2004），防滲材料選用復(fù)合土工膜，渠道防滲采用全鋪式復(fù)合土工膜型式，邊坡以預(yù)制混凝土板為保護(hù)層，坡比1∶2.0。護(hù)砌防滲高度為設(shè)計(jì)水位加50 cm。從強(qiáng)度、穩(wěn)定2個(gè)方面分析計(jì)算，采用75 cm×50 cm×10 cm的預(yù)制混凝土板，防滲頂設(shè)混凝土封邊，護(hù)坡板下接40 cm×80 cm混凝土齒墻，可滿足工程安全要求，齒墻頂高程與渠底齊平。護(hù)坡板下為礫石墊層10 cm、復(fù)合土工膜1層和砂墊層10 cm。渠底采用50 cm黏土和防滲膜1層進(jìn)行防滲。改進(jìn)后的干渠襯砌型式為：邊坡鋪設(shè)10cm砂墊層，上鋪無紡布，上鋪厚10 cm砼板或部分渠段為23 cm雷諾護(hù)墊，邊坡固腳采用50cm×100cm格賓石籠齒墻；渠底鋪厚50 cm黏土壓實(shí)。

4.3 分干渠防滲襯砌工程設(shè)計(jì)

分干渠段地形陡，跌水工程多，填方渠段多，渠道易沖刷及滲漏。采取雷諾護(hù)墊型式：邊坡及渠底鋪設(shè)10 cm砂墊層，上鋪無紡布，布上鋪設(shè)23 cm雷諾護(hù)墊，邊坡固腳采用50cm×100cm格賓石籠齒墻。

雷諾護(hù)墊，因其最先應(yīng)用是在意大利的雷諾河而得名雷諾護(hù)墊，是以雙絞合六邊形金屬網(wǎng)面為筋材，內(nèi)置塊石，厚度遠(yuǎn)小于長度和寬度的墊形工程構(gòu)件，類似于傳統(tǒng)的鉛絲籠塊石。由于雷諾護(hù)墊采用高強(qiáng)度機(jī)編雙絞合鋼絲代替常規(guī)鋼絲籠，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)抗拉能力及整體穩(wěn)定性。單個(gè)雷諾護(hù)墊規(guī)格為長3 m～6 m、寬2 m、厚0.15 m～0.3 m，填石粒徑為75mm～150mm，抗沖流速3～6 m/s。主要優(yōu)點(diǎn)：施工簡單，整體性較好，抗沖能力較強(qiáng)；對(duì)填充石料質(zhì)量要求不高，能適應(yīng)一定程度的不均勻沉陷及水流局部沖刷導(dǎo)致的局部沉陷，對(duì)地形適應(yīng)性好，抗變形能力較強(qiáng)；護(hù)墊填石使該結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)透水性，塊石空隙能為河流中的魚類及其他水生物提供棲息環(huán)境；在結(jié)構(gòu)表面結(jié)合水位變動(dòng)情況配置不同植物，自然景觀的效果最佳；施工速度快，不受氣候影響，對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境擾動(dòng)小，有利于水下生物生長發(fā)育；雷諾護(hù)墊鋼絲采用重鍍高爾凡覆塑方式進(jìn)行防蝕處理，具有較強(qiáng)的耐久性能；工程造價(jià)適中[2]。

4.4 坡水溝（排水溝）襯砌設(shè)計(jì)

灌區(qū)坡水溝（排水溝）共有19條，穿過灌區(qū)與堤防相連，坡水與堤防交叉采用回水堤方式排入訥謨爾河。坡水溝流量大，在交叉工程坡水溝上下游采取襯砌設(shè)計(jì)，襯砌區(qū)分不同情況采用格賓石籠和蜂巢約束系統(tǒng)2種形式。格賓石籠形式：邊坡設(shè)格賓石籠30 cm，下設(shè)砂墊層10 cm及無紡布1層，坡腳設(shè)50 cm×100 cm格賓石籠固腳。蜂巢約束系統(tǒng)護(hù)坡形式，參照黑龍江省地方標(biāo)準(zhǔn)《蜂巢約束系統(tǒng)護(hù)坡應(yīng)用技術(shù)導(dǎo)則》DB 23/T1662—2015設(shè)計(jì)：根據(jù)溝道的參數(shù)，坡比 ≤1∶1.5，坡面瞬時(shí)最大流速≤5 m/s，邊坡高度≤8 m，選擇土工格室類型A。設(shè)計(jì)邊坡為1∶3～1∶1.75，采用100 mm格室高度。依據(jù)組合填充材料，坡度小于1∶1.75，格室采用焊縫間距為712mm。專用錨桿有效錨固長度 0.5 m，錨桿直徑 12 mm～14 mm，錨桿布設(shè)密度 1.0 個(gè)/m2～1.2 個(gè)/m2。填充材料采用土和集料組合填充，上部應(yīng)覆蓋 3 cm～5 cm 厚的腐殖土，表面播撒草種保護(hù)。墊層采用采用土工織物，滿足 GB 50290-1998 中的規(guī)定。封頂用坡頂壓固型式。坡腳可采用埋壓形式以滿足水流沖刷要求。

4.5 田間工程防滲設(shè)計(jì)

田間渠道防滲的方式主要有2種：1）改變渠道土質(zhì)的滲透特性，通過壓實(shí)、換土等物理手段提高土壤的密實(shí)程度防滲。2）在渠道底部放置防水層，常用的方法是通過砼防滲。目前新建田間渠道多采用U型槽砼襯砌形式，改造渠道采取預(yù)制砼板襯砌型式。

5 防滲工程施工

5.1 砼板襯砌工程施工

清基采用88 kW推土機(jī)推土，渠底清淤采用1 m3挖掘機(jī)挖土，清基及清淤土方棄至坡腳，采用88 kW推土機(jī)平整。填方采用88 kW推土機(jī)推土、1 m3挖掘機(jī)挖裝土8 t自卸汽車運(yùn)土，74 kW拖拉機(jī)壓實(shí)，填筑后土方密度不小于設(shè)計(jì)干密度。防滲前按干渠設(shè)計(jì)斷面整形，渠道土方達(dá)標(biāo)驗(yàn)收后，按混凝土齒墻斷面尺寸挖槽撼砂。防滲膜由渠底向上鋪，防滲膜采用褶皺法鋪設(shè)，防滲膜接頭搭接0.1m寬，采用熱合黏接?；炷潦┕び升X墻開始，由下向上施工，護(hù)坡采用鋪設(shè)預(yù)制混凝土板。預(yù)制砼板首先鋪設(shè)預(yù)制場地，為10 cm砂墊層，5 cm厚砼，強(qiáng)度等級(jí)C10砼。預(yù)制砼的模板為根據(jù)設(shè)計(jì)定做定型模板。砼采用0.4 m3強(qiáng)制拌合機(jī)生產(chǎn)砼，1 t翻斗車運(yùn)輸。預(yù)制砼護(hù)坡人工砌筑，首先人工削坡，避免擾動(dòng)基礎(chǔ)坡面，然后鋪筑墊層，選用干凈、無雜質(zhì)的砂礫料，掛線找平，達(dá)到要求的厚度后，灑水振搗密實(shí)，才能進(jìn)入下道工序。砌筑預(yù)制砼護(hù)坡水平縫要順直，豎直縫錯(cuò)開，縫寬小于5 mm。防滲膜及混凝土施工按有關(guān)規(guī)范執(zhí)行，施工中做好施工記錄。

5.2 格賓石籠施工

5.2.1 格賓絲網(wǎng)及鋼絲原材料要求

格賓石籠結(jié)構(gòu)是由雙絞六邊形金屬網(wǎng)格組合而成，網(wǎng)面抗拉強(qiáng)度不小于30 kN/m，格賓石籠固腳網(wǎng)面鋼絲直徑如下：蓋板鋼絲直徑2.7 mm；邊板、端板、隔板及底板鋼絲直徑2.7 mm；邊端鋼絲直徑3.4 mm；綁扎鋼絲直徑2.2 mm。鋼絲最小抗拉強(qiáng)度需在350 MPa～500 MPa，經(jīng)過拉伸加工的成品鋼絲最小斷裂延伸率為8%。符合GB/T 228.1-2010 《金屬材料拉伸試驗(yàn)》。格賓石籠內(nèi)部每間隔1 m采用單隔板隔成獨(dú)立的單元；格賓石籠邊板、端板、隔板、底板不可分割，蓋板可以分割，籠體一次成型生產(chǎn)。格賓石籠網(wǎng)選用雙絞合工藝，網(wǎng)孔規(guī)格為80mm（D）×100mm（L），其中D為2個(gè)雙絞合同側(cè)之間的距離，D的誤差范圍為0～+8 mm；L的誤差范圍為±8mm。格賓石籠鋼絲鍍層為高爾凡（Galfan，鋅-5%鋁-混合稀土合金），符合GB/T 1839-2008 《鋼產(chǎn)品鍍鋅層質(zhì)量試驗(yàn)方法》和 GB/T 20492-2006 《鋅-5%鋁-混合稀土合金鍍層鋼絲、鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)》，最低鍍層重量見表1。

表1 Galfan鍍層最低重量表

石籠內(nèi)碼放塊石，規(guī)格要求護(hù)坡單塊粒徑為12 cm～20 cm。充填石料首選新鮮巖石，其次為弱微風(fēng)化巖石，飽和抗壓強(qiáng)度>30 MPa，軟化系數(shù)>0.75，凍融損失率<1%。超徑石頭尺寸保證各類尺寸不同的石頭在石籠內(nèi)至少能填充2層的要求。填充石料時(shí)注意不得損壞石籠鍍層。先內(nèi)后外順序砌石，用人工先將石料靠外表面緊密壘至石籠表面頂部，然后中部填入石料，表面一層盡量選用粒徑較大、表面平整的較優(yōu)質(zhì)石料砌筑，以保證石籠的表面平整度。石料填充要求緊密，需采用部分人工砌筑，以保證石料孔隙率較小。

5.2.2 組裝要求

打開石籠包，取下單套產(chǎn)品，取出折疊的單件，放置在堅(jiān)固、平整的平面上，展開、壓平成原形狀。前板、后板、尾板翻開至垂直位置，形成敞開的盒子形狀。側(cè)翼應(yīng)適當(dāng)折疊、交迭。間隔板、尾板固定并系緊在前、后板上。石籠組裝完成后，側(cè)板、尾板和間隔板都應(yīng)豎立，所有的折痕都確保在正確的位置，各個(gè)邊的頂部都保證水平。布置好后，用綁扎鋼絲把石籠的各邊連接。將格賓石籠布設(shè)到設(shè)計(jì)位置：組裝完成并合格后，把石籠順序擺放到各自位置。用鋼絲、鋼環(huán)等把相鄰空石籠沿接觸面的邊進(jìn)行連接，以構(gòu)成完整結(jié)構(gòu)。較陡坡面的格賓石籠，用木栓或鋼筋將最上面的面板固定在地面里。翻邊要求：網(wǎng)面鋼絲纏繞在邊端鋼絲上≥2.5圈。封邊要求：鋪上石籠蓋，把石籠蓋和連接邊拉近對(duì)齊。將蓋和邊板、尾板、間隔板穩(wěn)固綁扎。綁扎鋼絲必須與網(wǎng)面鋼絲采用同樣的材質(zhì)，按照間隔0～15 cm單圈-雙圈交替絞合，并且間距15 cm采用鋼環(huán)加固。

5.3 無紡布施工

無紡布鋪設(shè)時(shí)，應(yīng)自下而上，自下游側(cè)依次向上游側(cè)進(jìn)行。相鄰?fù)凉た椢锲唇涌刹捎么罱臃ê涂p接法。搭接寬度平地一般為30 cm，軟土上和水下鋪設(shè)時(shí)適當(dāng)加寬，不小于50 cm?？赡馨l(fā)生位移處應(yīng)縫接，縫合用縫機(jī)縫合。無紡布長邊順?biāo)骺v向人工鋪設(shè)，水流方向上游片鋪在下游片上。避免張拉受力，避免折疊、打皺等情況發(fā)生。鋪設(shè)完成應(yīng)盡快鋪筑保護(hù)層。

5.4 砂礫石施工

利用人工配合機(jī)械完成基礎(chǔ)開挖。砂礫石墊層施工采用人工鋪筑，要選用干凈、無雜質(zhì)的砂礫料，掛線找平，達(dá)到要求的厚度后，灑水振搗密實(shí)，才能進(jìn)入下道工序。

5.5 蜂巢約束系統(tǒng)護(hù)砌工程施工

5.5.1 材料的驗(yàn)收

采用合格的格室及連接構(gòu)件。由用戶進(jìn)行抽樣檢查，抽樣率應(yīng)多于交貨量的5%，最少不得少于一組格室或一組連接構(gòu)件，內(nèi)容按合同約定執(zhí)行。

5.5.2 基面處理

基面平整及墊層鋪設(shè)按SL260-2014執(zhí)行。

5.5.3 格室安裝

格室安裝包括以下2步：1）格室連接采用飛邊搭接，使用連接鍵進(jìn)行格室搭接。2）格室拼接在格室端部方向進(jìn)行，使用連接鍵連接，不得在格室轉(zhuǎn)折點(diǎn)拼接。沿坡向只有2組格室連接時(shí)，宜采用端部壁板拼接；沿坡向3組及以上格室連接時(shí)，采用端部焊縫拼接。

5.5.4 格室展鋪

格室展鋪包括以下2步：1）使用放樣工具確定格室展開的位置。按由坡頂?shù)狡履_的施工順序，預(yù)先確定好單片格室的鋪設(shè)中心線位置，將格室塊順坡向下。2）用錨桿固定展開的格室。3）通過改變長度或?qū)挾确较蚋袷业恼归_程度及切割裁剪實(shí)現(xiàn)弧形、錐形等特殊形狀的展鋪。4）坡面發(fā)生轉(zhuǎn)折，坡面上展鋪的格室須進(jìn)行垂直彎曲以適應(yīng)坡面轉(zhuǎn)折，并應(yīng)由錨桿進(jìn)行定形，使之緊貼于坡面。

5.5.5 填充料回填

填充料回填包括以下3步：1）格室鋪裝及錨固施工完成并經(jīng)驗(yàn)收合格后，開始填充料回填。2）格室填料填充采用挖掘機(jī)結(jié)合溜槽施工。3）集料填充作業(yè)按從坡頂?shù)狡履_的順序施工，填充料投放高度應(yīng)小于50 cm，填充料鋪填均勻，超填高度 5 cm，黏性土填充壓實(shí)度不小于 0.85，砂及砂礫石相對(duì)密度不小于 0.60。

5.5.6 綠化養(yǎng)護(hù)

選擇多年生、根系發(fā)達(dá)的當(dāng)?shù)刂脖?。多種植被互補(bǔ)搭配。植被符合工程目標(biāo)和養(yǎng)護(hù)條件，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

6 防滲工程型式應(yīng)用效果

灌區(qū)渠系地質(zhì)概況基本為人工填土、低液限黏土、級(jí)配不良礫、泥巖，地下水為第四系孔隙潛水，靜止水位埋深在自然地面下1.0 m～3.8 m，地下水補(bǔ)給來源主要為大氣降水和側(cè)向徑流補(bǔ)給，水位呈季節(jié)性變化。灌區(qū)渠道有全填方和全挖方段，具有易滲漏易沖刷易浸沒的特點(diǎn)。

灌區(qū)處于北溫帶和寒帶，在負(fù)溫的作用下，渠道砼襯砌工程都不同程度地受到凍脹而破壞，在凍融期間，砼齒墻易凍拔破壞，砼板易粉化，影響渠系工程的正常運(yùn)行，降低防滲效果，甚至失去防滲的功能，增加工程管理及維修的成本。另外運(yùn)行觀測觀察發(fā)現(xiàn)，個(gè)別砼板襯砌渠道在非用水期易受外水滲入渠道影響，外水壓力使渠坡接近渠底部護(hù)坡隆起，造成護(hù)砌破壞，渠底也易松動(dòng)變形。

為解決這一問題，在灌區(qū)續(xù)建配套后期項(xiàng)目中對(duì)渠道襯砌進(jìn)行了改進(jìn)，在渠道襯砌時(shí)區(qū)別不同地質(zhì)條件渠道設(shè)計(jì)實(shí)施雷諾或格賓石籠型式。經(jīng)近年灌區(qū)運(yùn)行實(shí)踐證明，渠道護(hù)砌采取雷諾護(hù)墊及格賓石籠型式，配以無紡布?jí)|層，對(duì)減輕外水壓力、防凍脹具有一定效果，如九井一分干渠挖方渠道雷諾石籠襯砌。

根據(jù)資料數(shù)據(jù)[3]：雷諾護(hù)墊、格賓石籠護(hù)坡工期較長，施工效率約35m2/（人·d），施工包括支模、澆筑混凝土、拆模、填充石料等多重工藝，需要多人配合，施工不易操作，但質(zhì)量好，施工過程較為安全環(huán)保，耐久性好，抗沖刷性強(qiáng)，不易破損，使用壽命約80年。石籠護(hù)坡是較好的護(hù)坡型式，但近年合格的石料資源較缺乏，成本較高。主要缺點(diǎn):有可能因沖刷沉降引起填石位移，導(dǎo)致護(hù)墊變形、鋼絲籠破壞，內(nèi)部填石散失。

新型生態(tài)土工合成材料是典型的環(huán)境友好產(chǎn)品，獨(dú)特的高分子合金技術(shù)和新型蜂巢格室結(jié)構(gòu)，使其具有優(yōu)良的節(jié)能特性和穩(wěn)定特性。從能源損耗、二氧化碳排放、植生綠化、施工方式、使用壽命及建造成本等多個(gè)方面，與傳統(tǒng)混凝土比較，具有優(yōu)越性。新型生態(tài)土工合成材料是對(duì)傳統(tǒng)土工材料的升級(jí)與創(chuàng)新。

結(jié)合低碳生態(tài)環(huán)保要求，渠道襯砌可以探討使用新材料新型式，如三維生態(tài)護(hù)坡材料、蜂巢約束系統(tǒng)等，以穩(wěn)定邊坡表層防護(hù)，柔性抗凍脹，維護(hù)坡體結(jié)構(gòu)，保持生態(tài)自然。

根據(jù)資料數(shù)據(jù)：蜂巢約束系統(tǒng)護(hù)坡，施工工期很短，施工效率約120 m2/（人·d），施工易操作，施工簡便，工序較少，所需工種和人數(shù)較少，工程質(zhì)量好，施工過程較為安全環(huán)保，耐久性好，不易破損，使用壽命約100年。

7 結(jié)語

衛(wèi)星灌區(qū)為實(shí)現(xiàn)節(jié)水和渠系運(yùn)行安全，防滲工程設(shè)計(jì)3種護(hù)坡襯砌型式：砼板襯砌、石籠襯砌、蜂巢約束系統(tǒng)生態(tài)護(hù)坡襯砌。

傳統(tǒng)護(hù)坡襯砌型式如砌石、預(yù)制砼板以及現(xiàn)澆砼等剛性結(jié)構(gòu)護(hù)坡技術(shù)，注重力學(xué)因素，能夠保證邊坡的穩(wěn)定性，但施工工期長、難度大、成本偏高，存在凍脹破壞、滲透破壞等問題，特別是破壞了原有生態(tài)環(huán)境，不利于水土保持和生態(tài)保護(hù)。

蜂巢約束系統(tǒng)生態(tài)護(hù)坡防滲工程提供了一種生態(tài)、環(huán)保、快捷、經(jīng)濟(jì)的解決方案。蜂巢約束系統(tǒng)護(hù)坡具有施工周期短，可機(jī)械化施工，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，工程成本較低，使用壽命長等特點(diǎn)，可節(jié)省工程建設(shè)投資，有良好的生態(tài)環(huán)境效益。

充分考慮灌區(qū)防滲工程的特點(diǎn)，推廣蜂巢約束系統(tǒng)在灌區(qū)護(hù)坡整治工程中的應(yīng)用。