雷诺护垫在北屯灌区三干渠续建配套及节水改造工程中的应用

田中刚

（新疆生产建设兵团农十师水利工程管理处 北屯 836000）

雷诺护垫在北屯灌区三干渠续建配套及节水改造工程中的应用

田中刚

（新疆生产建设兵团农十师水利工程管理处 北屯 836000）

本文针对解决北方地区渠系工程中存在的冻涨问题，介绍雷诺护垫在工程中的应用，具有很实用的价值。

防冻 雷诺护垫 应用

1 工程概况

北屯灌区位于新疆阿勒泰地区福海县境内的额尔齐斯河以南二级阶地上，东起二干渠，西临布伦托海，南到乌里品包塔玛依，北至额尔齐斯河。地理坐标为：北纬47°05′～47°27′，东经87°31′～88°03′，灌区东西长42km，南北最大宽度30km，土地总面积7.71万hm2，灌溉面积2.63万hm2。

北屯灌区三干渠全长19.526km，整个渠线走在额尔齐斯河二级阶地上，地形自然坡降1/500～1/700，土质为含砾粉质砂土和砂砾石戈壁土，其周边地区为耕地、林带或沼泽苇湖，三干渠最终汇入一八八团五支渠。控制灌溉灌区内一八八团0.75万hm2的耕地。

北屯灌区2004年计划实施的主要项目，仍是解决灌区存在的主要问题，即灌区渠系水利用率低、渠道渗漏严重等问题，改造建设北屯灌区三干渠工程也是解决这一问题的主要工程之一。

此次设计三干渠长3.80km，为旧渠改造工程，桩号0+000～3+800，Q=7.3m3/s，梯形渠道，渠底宽b=2.0m，纵坡i=1/2300；为预制混凝土板与塑料薄膜双防。

2 三干渠水文地质概况

北屯灌区三干渠分布在额尔齐斯河二级阶地上，根据调查，工程区地下水在6、7、8月埋深为1.5m，冬季地下水埋深在1.8m，据分析，该区的浅层水主要是渠道渗漏所致，由于该区大部分灌渠未做防渗处理，结果造成大量灌溉用水补给地下水，受第三纪泥岩的顶托，地下水位较高。

3 渠道抗冻胀设计

该地区1月平均气温为-18.8℃，属严寒地区，在水利工程设计中要考虑建筑物冻融和冻胀问题。三干渠防渗工程，由于只考虑夏季农业灌溉用水，冬季渠道不运行，因此在抗冻设计中只分析渠道冻胀破坏问题。

北屯灌区三干渠沿线工程地质调查及试验资料显示，三干渠大部分渠段为第四纪覆盖物，局部渠段有泥岩出露，根据《渠系工程抗冻胀设计规范》（SL23—91），分别进行混凝土衬砌渠道抗冻胀设计。

3.1 基础冻结深度计算

3.1.1 砂砾石基础冻结深度计算

工程设计冻结深度系指工程地点自冻结后地面算起的冻结深度，其计算公式为

式中 Hd——工程设计冻深，cm；

Kp——频率模比系数，由频率模比系数与标准冻深关系渠线查取，Ⅳ级建筑物按频率为10%的曲线查取；根据当地多年气温资料，计算工程地点的标准冻深H0=1.60m，查表得Kp=1.13；

Kd——考虑日照及遮荫程度的修正系数，考虑部分渠线是东北向西南走向，有一面渠坡和部分渠底存在遮荫问题，查表的Kd=1.2～1.5，设计取1.25；

Kz——地下水影响系数，根据地质分析三干渠冬季地下水在1.8m以下，查规范得Kz=1.0。

经计算设计冻深Hd=2.26m。

3.1.2 泥岩基础冻结深度计算

试验资料显示，当地泥岩属于低液限粘质土。基础冻结深度计算公式同上，Kp、Kd系数同上，地下水影响系数Kz查规范得为0.95～1.0，取0.95。

经计算设计冻深Hd=2.15m。

3.2 冻胀量计算

3.2.1 砂性土冻胀量计算

根据该渠道渠基的土质为砂砾石土，工程地点的冻胀量计算公式为

式中 h——计算冻胀量，cm；

ap——荷载修正系数，ap=e-βPi

f——土的平均冻胀强度，%；f=α1e-β1zp，α1、β1为系数，按《渠系工程抗冻胀设计规范》（SL23—91）表2.2.6取值。经计算f=8.2%；

Hd——设计冻深，226cm。

Pd=2.2t/m3，经计算荷载修正系数如下：

ap=0.998

经计算，渠基土的冻胀法向位移为0.12cm，小于衬砌渠道允许值2cm，渠基土满足要求，无需换土。考虑该区属于寒冷地区，混凝土预制板抗冻等级依据相关规范取F200。

3.2.2 泥岩冻胀量计算

根据该渠道渠基的土质部分渠段有泥岩出露，设计上要考虑泥岩冻胀量的计算，工程地点的冻胀量计算公式同上。设计冻深215cm，经计算f=21.4%，ap=0.991，得h=4.4cm＞[2cm]，需采取一定措施处理冻胀问题。

4 工程设计方案及改用雷诺护垫的原因

北屯灌区2004年度三干渠工程原设计方案渠底防渗型式为预制混凝土板护砌，施工中渠底部位开挖出泥岩。现场组织各建设方专家进行分析，渠底部位出现泥岩，为适应变形、冻涨和防止冲刷等，将渠底预制混凝土板防渗型式改为柔性防护型式，即雷诺石笼护垫型式（镀锌双绞合低碳钢丝网格雷诺护垫）。

5 雷诺护垫的施工

5.1 施工流程

施工流程为：打开捆扎展开护垫→抬起长的侧面板、后面板以及隔板→边角互挂，钢丝铰接→将隔板顶端的粗钢丝弯曲在粗的侧面钢丝上→拉出长的钢丝铰接隔板及侧面板→将安装好的护垫安装到位，每片护垫用钢丝绞合在一起→石笼内填石，摊平→盖盖片，盖片与侧面板、隔板完全绞合→组装完毕。

5.2 施工技术要求

5.2.1 规格

遵照国际标准EN10223—3，雷诺护垫的结构由双绞合的六边形尺寸为6×8cm的金属网格构成。雷诺护垫由内隔板分隔成均匀的宽度为1m的单元。

技术指标如下：

a.抗拉强度。用于生产雷诺护垫的绞合钢丝必须按照国际标准EN10223—3达到抗拉强度350～500N/mm2。

b.延伸率。按照国际标准EN10223—3，延伸率不能低于10%。实验必须使用不短于30cm的样品。

c.镀层重量。按照国际标准EN10224—2（A级），镀层重量不得低于230g/m2。

d.镀层附着量。根据EN10223—3，镀层附着性的实验方法是把钢丝在一个相当于钢丝直径4倍的心轴上扭转6次后，用手指碾搓，镀层不出现裂痕或脱落。

5.2.2 使用注意事项

a.产品运输。雷诺护垫及其所有部件均由机械设备生产和联结（盖板除外）。为便于运输，所有雷诺护垫被折叠、压扁、扎捆。雷诺护垫的盖子被单独扎成卷。绞合钢丝也是成卷地运输。所有的雷诺护垫都用标签表明尺寸和每捆的数量。

b.组装：

ⓐ从扎捆包中把折叠的雷诺护垫单元取出并放置在坚固和平整的地面上，然后展开并压平；

ⓑ前后面板、中间隔板和边板应该翻开至垂直立起成形，侧翼应适当地折叠并互相交叠。隔板和边板都应竖立，并确保所有的折痕都在正确的位置上，而且每个边的顶部都平齐。

c.绞合。用绞边钢丝把雷诺护垫的边连接。步骤如下：

ⓐ用绞边钢丝把相应的盖子边缘与立起的隔板、前后面板、顶端面板的上边缘绞合在一起，每隔大约15cm用单圈和双圈交互地绞合在一起，并拉紧；

ⓑ把绞边钢丝的尾端绞合在钢丝面板上。

5.2.3 清基

雷诺护垫下面的基础应按照项目施工图纸要求进行平整。根据项目的技术要求，基础的平面应规则，没有松散物质和植被，应采取适当的符合项目要求的排水或过滤方法（如虑水层、排水沟等），在雷诺护垫下面或后面铺设的土工布应满足地下的排水要求。土工布可以采用无纺布（125～150g/m2）。

a.在完成组装以后，将雷诺护垫一个紧接一个地摆放在恰当的位置。

b.雷诺护垫可以被剪开并做成曲线或斜角。

c.应将雷诺护垫依次排开并安装到位后才开始进行装填。

5.2.4 装填

a.用于装填的石头必须坚硬，在水下不分解以及在护垫结构使用寿命之内不被风化。它的大小应在7.5～15cm之间，可以有5%的变化，但不得小于网孔。并且石头不能太大，确保不同高度的护垫至少装填两层以上的石头。

b.为避免由于单边装填引起的隔板变形，紧靠隔板两边的石头必须同时进行装填。

c.在填充石头的时候应该尽量注意不要损坏护垫上的镀层，并且人工摆放以尽量缩小空隙率。

d.在斜坡上施工时，应从坡底向坡顶进行装填，并确保每个隔板的顶部都露出来，便于绞合。

5.2.5 护垫的完成

a.考虑到石头沉降，填充石头应有2.5cm的超高。b.为便于绞合，装填时必须确保隔板的上边缘外露。

c.将成卷的盖板网面铺上，用适当的工具将盖板边缘与即将绞合在一块的面板边缘拉近。

d.用单圈和双圈交互绞合的方法，将雷诺护垫的端板、边板和隔板上边缘与相对应的盖板边缘绞合在一块（相邻护垫间与盖板绞合时有4条边缘需绞合在一起）。

6 雷诺护垫的使用效果

北屯灌区三干渠工程于2006年5月开始施工，至当年10月完成。2007年6月通过竣工验收。通过几年的运行观察，雷诺护垫的应用很好地解决了北方地区冬季渠系渠底鼓包、冻涨、变形问题，便于季节性施工，无需维修。

7 结语

抗冻胀方案的选择要根据工程的具体情况和特点，选用技术上可靠、施工便利、经济上合理的方案，才能充分发挥工程效益，降低工程成本。