張 龍

(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第六師五家渠市水政監(jiān)察支隊(duì)，新疆 五家渠 831300)

1 工程概況

103團(tuán)地處天山北麓準(zhǔn)噶爾盆地南緣，屬第六師五家渠市市轄團(tuán)場之一，是“新疆軍墾第一犁”的所在地。團(tuán)場經(jīng)濟(jì)以農(nóng)業(yè)為主，現(xiàn)有灌溉面積 25.36 萬畝，主要種植作物有棉花、番茄、瓜果、飼草料等。由于團(tuán)場農(nóng)業(yè)灌溉渠系防滲不完善，渠系水利用系數(shù)較低，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展受到較大限制，生產(chǎn)效益較低、職工收入增長緩慢。

2018年，103團(tuán)實(shí)施小型農(nóng)田水利工程項(xiàng)目建設(shè)。工程主要建設(shè)內(nèi)容為，對8條渠道進(jìn)行防滲改建，總長27.45km，設(shè)計(jì)流量0.5～1.5m3/s，配套建筑物21座，其中涵洞3座，閘18座。新建滴灌系統(tǒng)2個(gè)，控制面積2050畝，配套地埋管道16.519 km，地面管道15.811 km，新建沉沙池、泵房各2座。工程級別5級。

工程實(shí)施可以減少渠道的輸水損失，大大地提高了103團(tuán)渠系利用率和安全系數(shù)，為團(tuán)場農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，增加農(nóng)業(yè)用水量，打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對改善團(tuán)鎮(zhèn)職工群眾生活水平具有重要意義。

2 抗凍脹分析

2.1 凍脹條件

本次實(shí)施的103團(tuán)小型農(nóng)田水利工程項(xiàng)目，渠道防滲改建均在原渠線基礎(chǔ)上利用現(xiàn)有的渠基土進(jìn)行，渠基土以均質(zhì)粘土為主，伴有少量沙粒，土粒中粒徑小于0.05mm的土粒含量等于7.89%，大于6%；項(xiàng)目區(qū)平均土層凍深1.2m，遠(yuǎn)大于0.1m；渠道沿線地下水位在 3.5～6.0m， 地下水位較低，但渠道兩側(cè)均為連隊(duì)農(nóng)田，受兩側(cè)農(nóng)田滲水影響，當(dāng)凍結(jié)初期土的含水量大于 0.9 倍塑限含水量，將對渠道渠基土產(chǎn)生凍脹。因此，本項(xiàng)目在渠道防滲改建施工中要結(jié)合施工作業(yè)環(huán)境和地質(zhì)類別的特性要求，需要對抗凍脹條件進(jìn)行分析，進(jìn)一步確定最佳抗凍脹方案。

2.2 凍深計(jì)算

103團(tuán)小型農(nóng)田水利工程渠道防滲改建實(shí)施中，根據(jù)不同渠道的水利特性要素和具體施工特點(diǎn)以及相關(guān)的地質(zhì)情況，分別以三斗渠、七斗渠、五支渠作為典型代表計(jì)算凍深，具體凍深計(jì)算成果見表1。

表1 渠道凍深計(jì)算成果表

2.3 凍脹措施

103團(tuán)小型農(nóng)田水利工程項(xiàng)目渠道防滲改建均延現(xiàn)狀渠道進(jìn)行布控，現(xiàn)狀渠道沿線地下水埋深深度均在 3.5～6.0m，經(jīng)對現(xiàn)狀渠道地質(zhì)情況進(jìn)行分析與計(jì)算，該渠線基礎(chǔ)土質(zhì)凍脹性能屬于Ⅱ級凍脹級別，根據(jù)水利工程中關(guān)于渠道防滲改建斷面法向位移有關(guān)技術(shù)要求，本次防滲改建渠道斷面形式允許法向位移值≤30cm，所以渠道凍脹量大于法向位移值，需設(shè)置非凍脹性土置換層防止凍脹對渠道工程造成凍脹破壞，非凍脹性土置換層厚度依據(jù)有關(guān)換算公示進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而確定渠道墊層厚度。

通過對103團(tuán)小型農(nóng)田水利工程三斗渠、七斗渠、五支渠渠道墊層厚度計(jì)算與分析，三條渠道邊坡抗凍脹墊置換層厚度范圍為24～37cm，渠道底板抗凍脹墊置換層厚度范圍為15～48cm。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施中不同斷面形式渠道的水利特性要素和具體施工特點(diǎn)以及相關(guān)的地質(zhì)情況，結(jié)合工程項(xiàng)目區(qū)同類項(xiàng)目多年抗凍墊層設(shè)置經(jīng)驗(yàn)和成效，通過驗(yàn)算與分析，得出103團(tuán)小型農(nóng)田水利工程不同斷面形式渠道抗凍脹墊置換層采用 40cm 墊層能夠滿足抗凍脹設(shè)計(jì)要求，因此本次渠道抗凍置換層厚度統(tǒng)一取 40cm。

2.4 凍脹材料選擇

由于工程項(xiàng)目區(qū)地下水變化幅度較大，特別是在洪水期和灌溉期，由于受到河道行洪和農(nóng)田灌溉等的影響，當(dāng)?shù)叵滤邥r(shí)，易對運(yùn)行渠道混凝土板產(chǎn)生頂托作用，致使渠道混凝土板產(chǎn)生變形和撬動，不利于正常維護(hù)使用。為了有利于渠道順暢排水，減少頂托和其他阻礙因素，本次項(xiàng)目實(shí)施中渠道抗凍置換材料選用厚度40cm砂礫石和苯板+排水體兩種材料進(jìn)行比選分析。

(1)苯板+砂礫石排水體

項(xiàng)目區(qū)渠道最大設(shè)計(jì)凍深為 47cm，保溫層厚度全斷面均取 4cm，保溫材料選用Ⅲ型聚苯乙烯泡沫塑料板，項(xiàng)目區(qū)市場單價(jià) 586 元/m3。

砂礫石排水體設(shè)置：保溫層下每隔 12m 鋪一道寬 1m 的橫向砂礫石條帶，渠底中央和兩側(cè)坡腳處鋪一道寬 1m 的縱向砂礫石條帶，與橫向砂礫石條帶連通， 形成砂礫石排水網(wǎng)。當(dāng)項(xiàng)目區(qū)地下水位高于渠道內(nèi)水位時(shí)，地下水可通過逆止閥排入渠道內(nèi)，減小渠道砼板下的揚(yáng)壓力，防止苯板和砼板受頂托破壞。苯板+砂礫石排水體橫斷面如圖1所示。

圖1 苯板+砂礫石排水體橫斷面圖

(2)砂礫石墊層

墊層厚度值取 40cm，項(xiàng)目區(qū)市場單價(jià)為 116.7 元/m3。砂礫石抗凍體墊層用料可在項(xiàng)目區(qū)附近料場取材，根據(jù)在以往渠道實(shí)施運(yùn)行中積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，便于項(xiàng)目實(shí)施中控制施工質(zhì)量，可利用砂礫石抗凍體墊層進(jìn)行置換渠道基礎(chǔ)中的不良狀況的土質(zhì)，對起到穩(wěn)固渠道基礎(chǔ)作用。砂礫石墊層橫斷面如圖2所示。

圖2 砂礫石墊層橫斷面圖

(3)方案比較

砂礫石墊層的主要優(yōu)點(diǎn)：①渠道抗凍效果好，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和耐久性好；②由于對渠基進(jìn)行了徹底換填，當(dāng)質(zhì)量達(dá)到要求時(shí)，可保證渠道永久不受凍脹危害，效益長久。③施工工藝簡單，易于維修。④工程投資較少。同時(shí)也具有以下缺點(diǎn)：①由于換填厚度大，土方工程量較大，施工進(jìn)度緩慢；②施工難度大，由于清除了渠基原狀土，換填后的天然砂礫石墊層需要進(jìn)行夯實(shí)并達(dá)到施工規(guī)范要求難度較大。

苯板+排水體的主要優(yōu)點(diǎn)：①渠道整體保溫效果好；②砂礫石排水體的設(shè)置，有利于減少地下水的揚(yáng)壓力，排水效果好。③施工內(nèi)容少，進(jìn)度較快。

同時(shí)也具有以下缺點(diǎn)：①運(yùn)行幾年后，易形成淤堵，不利于通水。②施工工藝繁瑣，施工工期較長。③工程投資較多。

2.5 分析結(jié)論

通過對砂礫石換填方案和苯板+排水體方案進(jìn)行對比，從渠道抗凍效果、整體性、耐久性、工程施工、施工工藝、運(yùn)行管理、工程投資方面分析、比較，分析成果詳見表2。

表2 凍脹方案分析成果表

綜合上述分析成果，結(jié)合工程項(xiàng)目區(qū)不同渠道斷面形式的水利特性要素和具體施工特點(diǎn)以及相關(guān)的地質(zhì)特性，最終確定103團(tuán)小型農(nóng)田水利工程渠道抗凍脹采用天然砂礫石換填層作為該工程的抗凍脹設(shè)計(jì)方案。

3 結(jié)語

103團(tuán)小型農(nóng)田水利工程項(xiàng)目建設(shè)中對渠道抗凍脹方案進(jìn)行比選、分析，降低了工程投資，提高了渠系利用率和安全系數(shù)，便于工程運(yùn)行管理，進(jìn)而改善了團(tuán)場農(nóng)業(yè)灌溉輸水條件。最終確定天然砂礫石換填層抗凍脹方案僅限于渠基土以均質(zhì)粉性土為主，平均土層凍深小于1.5m，渠道沿線地下水位較低，設(shè)計(jì)流量 1.0m3/s左右，且縱坡在0.001左右的支、斗渠工程中適用。非上述情況的渠道抗凍脹方案還需結(jié)合工程實(shí)際狀況重新進(jìn)行論證、分析，最終確定適合渠道特性的最佳抗凍脹方案。