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土木工程畢業(yè)論文-陜西省寶雞峽灌區(qū)渠道防滲技術(shù)探討
摘要：寶雞峽灌區(qū)在渠道防滲工程中通過選用合理的斷面形式，采用新型防滲材料，并研制開發(fā)襯砌設(shè)備等取得了非常顯著的成效，灌區(qū)面貌煥然一新，節(jié)水效果十分顯著。關(guān)鍵詞：新材料 新技術(shù) 新設(shè)備 節(jié)水 防滲
寶雞峽灌區(qū)位于陜西關(guān)中西部，水源以渭河徑流為主，引水流量95m3/s，灌溉寶雞、楊凌、咸陽、西安四市(區(qū))14個(gè)縣(區(qū))的291.6萬農(nóng)田。灌區(qū)現(xiàn)有總干、干渠6條，長421.6km；支渠77條，長680.08km，斗渠1956條，長1191.669km。渠道與建筑物配套基本齊全。
灌區(qū)開灌以來，累計(jì)引用渭河水量274億m3，灌地2.2億畝次，灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件得到了極大改善，對(duì)陜西省國民與進(jìn)步起到了舉足輕重的作用。但是，由于灌區(qū)是一個(gè)新老結(jié)合的大型灌區(qū)，工程布局線長面廣，地質(zhì)和水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜，加之受原技術(shù)水平和施工時(shí)經(jīng)濟(jì)條件所限，工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不高，工程不配套，部分干渠和大部分支渠未進(jìn)行防滲處理。采用砼襯砌防滲的渠道經(jīng)幾十年運(yùn)行，原襯砌的砼板大部分遭到破壞，漏水嚴(yán)重。近年來，隨著灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目、陜西省關(guān)中九大灌區(qū)世行項(xiàng)目、農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)項(xiàng)目等工程相繼實(shí)施，灌區(qū)在渠道防滲工作中利用新材料、新技術(shù)并研制開發(fā)新設(shè)備等取得了非常顯著的成效，灌區(qū)面貌煥然一新，節(jié)水效果十分顯著�，F(xiàn)就一些技術(shù)和大家做一探討。
一、防滲斷面形式的選擇
寶雞峽灌區(qū)干、支、斗渠數(shù)量較多，流量大小各異，且渠道襯砌都是在已成工程的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。因此，選擇合理的斷面形式，既可減少工程回填量，縮斷工期，降低成本，又可改善水流條件，減少淤積，同時(shí)減輕凍脹破壞，延長工程壽命。近年來，灌區(qū)渠道防滲斷面結(jié)構(gòu)形式主要依據(jù)渠道流量大小并結(jié)合工程實(shí)際情況即工程附近回填土料來源、施工工期、回填土施工質(zhì)量等條件以及多年來渠道改造工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來確定的，一般分以下四種情況：
1.設(shè)計(jì)流量大于9.0m3/s，選擇弧形坡腳梯形斷面或梯形斷面；
2.設(shè)計(jì)流量在3-9.0m3/s時(shí)，選擇弧形坡腳梯形斷面或弧底梯形斷面；
3.設(shè)計(jì)流量在1-3m3/s時(shí)，選擇弧底梯形斷面或U型斷面；
4.設(shè)計(jì)流量小于1.0m3/s時(shí)，選擇U型斷面。
弧形坡腳梯形斷面或弧底梯形斷面在干、支渠道中較多，由于其近似于最佳水力斷面，流速分布均勻，易于拉沙，減少淤積；同時(shí)也能改善防滲渠道凍脹變形分布的不均勻性，且渠底有一定的反拱作用，故可減輕砼板的凍脹破壞，減少裂縫和移位。
U型斷面較梯形斷面每公里輸水損失可減少3.7%，防滲效果最好，它近似于最佳水力斷面，水流條件好，流速大，輸水輸沙能力強(qiáng)；另外，其抗凍脹性能較高，凍脹程度僅為梯形的1/3-1/4，又便于管理，投資少、占地少，機(jī)械化施工程度較高。在灌區(qū)較小的支渠工程及斗、分渠工程應(yīng)用比較廣泛。
二、防滲材料的選擇
寶雞峽灌區(qū)原設(shè)計(jì)采用單一的砼或砌石等防滲材料，其雖然有一定的防滲性能，又能適應(yīng)高流速。但通過多年的運(yùn)行實(shí)踐表明，其很難達(dá)到預(yù)期的防滲效果和耐久性。后來，又采用了砼板下鋪設(shè)聚氯乙烯膜料，雖然起到了一定的防滲作用，但由于這種防滲形式必須在塑料膜上面鋪設(shè)2-3cm厚的灰土或低標(biāo)號(hào)水泥砂漿過渡層做為介質(zhì)保護(hù)薄膜不被破壞。而在實(shí)際施工中，渠道內(nèi)坡比一般在1:1-1:1.25之間，2-3cm厚的過渡層不易操作，且渠道行水時(shí)，在砌縫較多的渠道上，過渡層往往會(huì)被水流沖走或掏空，導(dǎo)致上部砼板整體破壞或表面凹凸不平。因此，其施工難度較大，施工質(zhì)量難以保證，工效較低。近年來，隨著防滲膜料的發(fā)展，寶雞峽灌區(qū)不斷經(jīng)驗(yàn)，采用了復(fù)合土工膜防滲。即一布一膜土工布。由于其抗拉強(qiáng)度較高，抗穿透能力和抗老化性能好，可不設(shè)過渡層，另外，土工布表面摩擦力大，防滑效果好，便于安砌或澆筑砼板。與塑料膜防滲相比，具有施工簡單，質(zhì)量可靠，提高工效等優(yōu)點(diǎn)。，灌區(qū)除部分斗、分渠之外，干、支渠防滲工程大都采用這種板膜復(fù)合結(jié)構(gòu)形式，即采用一布一膜土工布柔性材料做防滲層，其上再用C15砼剛性材料做為保護(hù)層，厚度一般7-10cm，此層主要起保護(hù)膜料不被外力破壞和防止其老化以延長工程壽命的作用。兩種材料互相揚(yáng)長避短，顯示了明顯的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能。目前，在灌區(qū)中得到了廣泛應(yīng)用。其主要優(yōu)點(diǎn)如下：
1.防滲效果好。其滲漏量是單純的砼防滲材料的1/6，是砌石材料的1/13，是不防滲土渠的1/21。
2.延長了渠道的工程壽命。明鋪式膜料防滲，因老化嚴(yán)重而壽命較短。但鋪在保護(hù)層以下，經(jīng)試驗(yàn)其壽命在30年以上。同時(shí)，膜料防滲層可以保溫，從而減輕凍脹破壞，使砼保護(hù)層裂縫減少，延長了工程壽命。
3.與單純的砼防滲材料相比，投資大體相當(dāng)。采用砼做膜料防滲層的保護(hù)層時(shí)，其厚度可以由砼防滲時(shí)的10-14cm減薄至7-10cm。購買土工布的投資雖較減薄砼節(jié)約的投資稍高，但其減輕了凍脹破壞，尚可減少維修費(fèi)和管理費(fèi)。
4.符合灌區(qū)實(shí)際情況。寶雞峽灌區(qū)防滲渠道多為舊渠道改建工程，普遍存在施工與行水時(shí)間的矛盾。采用了板膜復(fù)合結(jié)構(gòu)，渠底現(xiàn)澆，坡板可在灌溉行水期提前預(yù)制，在非灌溉期施工，既避免了施工與行水的矛盾，又可縮斷工期，降低投資。
三、伸縮縫止水材料的選擇
灌區(qū)以往在這方面投資較少。大多采用瀝青砂漿、油氈、聚氯乙烯油膏等做為伸縮縫止水材料。但這些材料有的性能差，有的造價(jià)高，有的施工技術(shù)復(fù)雜，不能很好地解決工程實(shí)際中存在的，難以保證工程質(zhì)量，導(dǎo)致伸縫處滲漏水現(xiàn)象較為嚴(yán)重。近年來，寶雞峽灌區(qū)對(duì)接縫處理工作和止水材料的選用方面非常重視。一致認(rèn)為提高防滲效果增加止水材料的投資是值得的。，工程上大都采用水利部西北水科所在聚氯乙烯油膏基礎(chǔ)上研制的性能與其相同，但造價(jià)相對(duì)較低的新型伸縮縫止水材料—焦油塑料膠泥。其施工方便，造價(jià)低，止水效果良好，在灌區(qū)已得到了廣泛。
四、施工技術(shù)
1.防滲渠道基槽的填筑與開挖
寶雞峽灌區(qū)近年來渠道襯砌均是在舊渠道上進(jìn)行，由于原渠道多為土渠梯形斷面，經(jīng)長期輸水運(yùn)用，在水面以下均已變成不規(guī)則的弧形斷面。對(duì)此我們的處理如下：
�、偃缜亢艽�，甚至為飽和狀態(tài)時(shí)，為了填筑施工，就提前停水，使基土風(fēng)干，或采用抽排、翻曬等方法，降低含水量。
�、趯�(duì)于過流較大的重要干、支渠工程或有防凍要求的工程，采用換填土等方法。
�、蹖�(duì)于流量小于2.0m3/s的支渠及斗、分渠，首先進(jìn)行清淤和清基土，再進(jìn)行填筑。填筑時(shí)先將全渠槽填至設(shè)計(jì)高程(分層夯實(shí)，每層鋪土厚度，機(jī)械施工時(shí)，不大于30cm，人工施工時(shí)，不大于20cm)，再用Ｕ形開渠機(jī)進(jìn)行開挖，最后再輔以人工檢查和反復(fù)的修整工作，直到滿足防滲層斷面設(shè)計(jì)要求。
�、艽笥�2.0m3/s的干、支渠工程，由于全渠槽填筑土方量較大，故往往采用局部填筑補(bǔ)齊的方法進(jìn)行填筑，填筑面的寬度一般應(yīng)較設(shè)計(jì)加寬50cm以上，以滿足一個(gè)蛙式電夯機(jī)的正常工作面。開挖時(shí)，僅開挖填筑時(shí)加寬的50cm的部分土體，然后按整修渠槽的方法修整渠道基槽，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。
2.土工膜的加工和鋪設(shè)
該工序包括剪裁、接縫、鋪設(shè)等項(xiàng)工作。
經(jīng)，考慮到實(shí)際應(yīng)用的安全系數(shù)，寶雞峽灌區(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100-150g/m2的土工布(根據(jù)渠道流量、斷面、水深等具體確定)，其表面摩擦力大，防滑效果好，便于安砌或澆筑砼板。下面一層為不小于0.25mm厚的聚氯乙烯膜，是主要的防滲材料。
①剪裁：成卷的土工膜料應(yīng)根據(jù)鋪膜基槽斷面尺寸的大小及每段長度剪裁。縱向鋪設(shè)時(shí)，首先按基槽的斷面尺寸計(jì)算所需膜料的幅數(shù)。橫向鋪設(shè)時(shí)，以鋪設(shè)基槽斷面的長度為一幅。剪裁的長度應(yīng)以其大塊膜料便于搬運(yùn)和鋪設(shè)為宜。小型渠道一般為50m-60m，大中型渠道可選用20m-40m。
�、诮涌p：膜料連接處理的方法有搭接法，焊接法和粘接法等。寶雞峽灌區(qū)近年來多改簡單的搭接及粘接劑粘接為機(jī)器焊接。焊接時(shí)的搭接寬度一般不小于10cm，采用雙焊縫焊接。
③鋪設(shè)：基槽檢驗(yàn)合格后，在基槽表面灑水濕潤，以保證膜料能緊密地貼在基床上�？v向鋪設(shè)時(shí)，將按設(shè)計(jì)尺寸加工的大幅膜料疊成“琴箱”式，先橫向放在下游槽內(nèi)，再將一端與先鋪好的膜料或原建筑物在現(xiàn)場焊接，再向上游拉展鋪開。橫向鋪設(shè)時(shí)，由渠道一岸經(jīng)渠底向另一岸鋪設(shè)�？傊�，鋪膜的速度應(yīng)和砼鋪砌或澆筑的速度相配合，當(dāng)天鋪膜，當(dāng)天澆筑好砼板，以免膜料裸露時(shí)間過長。
3.砼板的安砌、澆筑
為確保砼防滲渠道的防滲效果及耐久性，除了正確合理的設(shè)計(jì)外，還必須提高施工技術(shù)水平，確保施工質(zhì)量，做到優(yōu)質(zhì)、、安全。
寶雞峽灌區(qū)近年來非常重視該項(xiàng)工作，迄今為止，已研制出了一批施工機(jī)械設(shè)備，確保了工程質(zhì)量和進(jìn)度，渠道防滲工程施工已向半機(jī)械化和機(jī)械化。
①部分支渠及斗、分渠襯砌工程
管理局研制的U型渠道襯砌機(jī)已被廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，施工進(jìn)度快，砼質(zhì)量高，渠道表面光滑，輸水能力強(qiáng)，抗凍性能好。產(chǎn)品有D80-D200十種規(guī)格。1992年管理局在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上又研制出了CU4型渠道砼襯砌機(jī)，它是U型襯砌機(jī)的更新?lián)Q代產(chǎn)品，它克服了原襯砌機(jī)的不足(一是牽引和襯砌機(jī)分離設(shè)置，兩臺(tái)設(shè)備、兩臺(tái)動(dòng)力、施工中操做控制不便，且設(shè)備投資偏大；二是沒有切縫和壓邊機(jī)構(gòu)，人工另行處理，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，且整體性差等)。目前，研制生產(chǎn)的CU4-30、CU4-40、CU4-50和CU4-60等規(guī)格產(chǎn)品在灌區(qū)及外部灌區(qū)許多小型渠道襯砌工程得到了廣泛應(yīng)用。它能將修正土模、澆筑成型、振搗密實(shí)、切縫和渠道壓邊等工序連續(xù)一次完成，提高了渠道襯砌的速度、降低了工程造價(jià)。
另外，在部分斗、分渠工程中，還采用了管理局研制的高強(qiáng)度砼構(gòu)件生產(chǎn)機(jī)械——襯砌預(yù)制板振動(dòng)臺(tái)，該技術(shù)采用了聚氯乙烯雙層內(nèi)膜工藝，實(shí)現(xiàn)了全U型、半U(xiǎn)型平板等各種構(gòu)件的工廠化生產(chǎn)，保證了渠道防滲預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量、強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度及生產(chǎn)成本，更突出的是降低了預(yù)制板的糙率，加快了工程的建設(shè)速度。
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寶雞峽灌區(qū)支渠工程過流能力大都在2-5m3/s之間，設(shè)計(jì)中采用了弧底梯形斷面。在許多高填方渠段，為適應(yīng)沉降變形破壞，弧底均采用C15砼現(xiàn)澆，坡板為預(yù)制板。厚度一般7-8cm。預(yù)制板可在渠道行水期間采用工廠化生產(chǎn)提前預(yù)制，這樣既縮短了工程工期，確保了工程質(zhì)量，緩解了施工與灌溉行水之間的矛盾，又解決了現(xiàn)澆砼由于不均勻沉陷等原因造成的難以避免的裂縫。在預(yù)制板安砌時(shí)，采用滑道就位，要求施工人員必須穿膠底鞋或軟底鞋，嚴(yán)禁穿帶釘鞋，不準(zhǔn)在膜上卸放砼板及用帶尖的鋼釬作為撬動(dòng)工具，以保護(hù)土工膜不被損壞。在基礎(chǔ)穩(wěn)定的渠段上，采用了砼整體現(xiàn)澆。目前應(yīng)用最廣泛的襯砌機(jī)械是我局研制生產(chǎn)的SDQHZ(大弧底形)襯砌機(jī)，該機(jī)填補(bǔ)了大斷面渠道襯砌一遍成型機(jī)械的空白。它是在總結(jié)目前各類人工、機(jī)械砼襯砌機(jī)的基礎(chǔ)上集砼振搗、摸具、成型于一體的行進(jìn)形組合襯砌機(jī)。它解決了襯砌工程中長期困擾人們的因砼入倉振搗不及時(shí)而形成的砼脫水、振搗不均勻、密實(shí)度差、砼成形不規(guī)格、易變形、伸縮縫需二次施工等缺陷，具有砼入倉流徑短、振搗充分均勻、砼板成形規(guī)格、砼板原漿收面、伸縮縫同步密實(shí)嵌入、省工、省料、易于操作等突出功能。適應(yīng)于內(nèi)坡比1:1-1:1.25之間的各種渠道的砼襯砌，防滲施工運(yùn)用以來，由于襯砌質(zhì)量高、速度快，易于操作等優(yōu)點(diǎn)，得到了各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和專家的充分肯定。
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寶雞峽灌區(qū)干渠過流能力均在20m3/s以上，設(shè)計(jì)采用了弧腳梯形及梯形兩種斷面，其襯砌大部分為機(jī)械化施工。襯砌機(jī)械為我局研制生產(chǎn)的SDQTZ(梯形)襯砌機(jī)，對(duì)于弧腳梯形，僅對(duì)襯砌機(jī)面板橫管架稍做變動(dòng)，同樣可以適用。
總之，寶雞峽灌區(qū)在渠道防滲襯砌工程中，積極采用新材料、新技術(shù)、新工藝、研制開發(fā)新設(shè)備等方面取得了一定的經(jīng)驗(yàn)和成效，近年來累計(jì)襯砌干、支渠道148km，中低產(chǎn)田建設(shè)43處，襯砌斗分渠200多條，共316km。工程的實(shí)施，大大提高了灌區(qū)渠系數(shù)利用系數(shù)及灌溉水的利用率及水分生產(chǎn)率，輸水能力逐年增加，年節(jié)約水量約700多萬m3，節(jié)水效果十分顯著。共改善灌溉面積194萬畝，擴(kuò)灌面積3萬多畝，給灌區(qū)帶來了巨大的效益，對(duì)提高灌區(qū)抗御災(zāi)害的能力、促進(jìn)灌區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水資源的合理配置，保障經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展起到了一定的作用。另外，這些新材料、新技術(shù)、新設(shè)備的研制和應(yīng)用，對(duì)提高防滲工程質(zhì)量、加快施工進(jìn)度，降低工程造價(jià)和提高工程效益起到了良好的作用，使寶雞峽灌區(qū)防滲工程技術(shù)向機(jī)械化方面邁出了可喜的一步。為今后的渠道防滲乃至灌區(qū)實(shí)現(xiàn)水利化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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