冯家山灌区渠道防渗工程施工技术浅谈

2012-07-19王勇斌

陕西水利 2012年5期

王勇斌马宾

（宝鸡市冯家山水库管理局陕西宝鸡 721300）

近年来，关中灌区随世行贷款项目和续建配套与节水改造项目的实施，渠道防渗工程技术得到了推广和应用，但由于各地的地质、水文条件不同，选用的防渗材料以及采用的施工方法也不尽相同，得到的效果也不一样，在此就以作者在施工一线总结的经验做出介绍，以便同行指正交流。

1 衬砌渠道的结构型式

现浇衬砌渠道的结构型式有很多种，比如梯形渠道、弧底梯形渠道和“U”形渠道等，其中弧底梯形渠道是一种具有水力条件好，冲淤作用明显，工程量较少，投资较小的渠道断面形式，近几年来，在冯家山灌区支渠改造工程中得到了大量应用。

弧底梯形渠道的设计参数：考虑到现浇后的渠道边坡稳定、便于施工和渠道流量，渠道梯形段倾角15°～45°之间，弧底段半径根据原状断面和设计流量确定；根据渠道设计流量及抗冻抗渗要求，选定砼防渗层为等厚度10 c m，强度标号为C 15，抗冻标准为F 50，抗渗等级为W4；砼衬砌板下全断面铺设0.25 m m厚P E膜料+100 g土工布的复合土工膜一层；为避免砼的热胀冷缩而造成的破坏，每4 m设一道横向伸缩，伸缩缝的型式为矩形，宽度2 m，用聚氯乙烯胶泥填充。

2 防渗材料

冯家山灌区始建于上世纪70年代初期，经过30多年运行，渠道输水能力和安全性降低，支渠渠道断面主要为梯形断面，无膜料防渗和聚氯乙烯防渗，衬砌老化、脱落、错位、裂缝，渗透严重，渠道水利用系数仅0.4。灌区自1999年实施续建配套节水改造以来，主要对原梯形渠道进行拆除，改造为弧底梯形断面，新增防渗措施主要为土方回填基础防渗、砼防渗、土工膜料防渗和聚氯乙烯胶泥防渗。

2.1 土方回填土料的选用

土方回填：一是对原砼衬砌板拆除后与新设计断面之间的空间进行回填补充；二是对高填方段和土壤含水率大于20%的渠段，清理基面后进行换填处理。冯家山灌区位于黄土塬区，以典型褐色土为主，其次为粘性土，可满足渠道工程的需要。

土料的选取以就近为原则，在项目附近区域选择3到4处料场，每个料场随机取样三组送实验室进行试验（防渗土料技术要求见表1），选取符合要求的作为采料场。冯家山灌区渠道主要选取粘性土防渗。

表1中未提出对土壤含水率的要求，因各地地质、水文、气象条件不同。含水率是回填的一个关键控制点，直接影响渠道的运行安全和防渗安全。在冬季气温降至O℃以下时,由于渠床土中含水量不同和土壤冻胀量不同,造成断面上各点的冻胀不均匀,易对已衬砌渠道形成冻胀破坏。结合冯家山灌区的地质、水文、和气象特征，四季土料最优含水率在16%～19%之间，在施工过程中应根据天气情况按规范做好监测和控制。

2.2 复合土工膜料

我国自60年代中期开始用塑膜防渗，经20年～30年的运用，实践表明，其具有防渗效果好、质轻、延伸性能强和抗老化的优点。冯家山灌区采用土工织物与土工膜结合而成的新型复合材料为“一布一膜”（上层为100 g/m2的土工布，下层为0.25 m m的聚氯乙烯膜）。经过运行，结果显示可减少渗漏，适应冻土的不均匀冻胀变形，与混凝土板刚性材料结合，既保护了防护层，稳定了边坡又延长了使用寿命。

膜料物理力学性能指标要求：

密度（ρ）不低于900 k g/m3；破坏拉应力（σ）不低于12 M P a；断裂伸长率（ε）不低于300%；撕裂强度应大于或等于40 N/m m；渗透系数应小于10-11 c m/s。

2.3 混凝土材料

砼是由砂、石、水、水泥和外加剂等材料组成的，这些材料具有一定的吸水性，又长期处在水的环境中，是防渗的主体。

表1 渠道防渗土料技术要求

2.3.1 水泥

砼渠道所用水泥应符合《水工混凝土施工规范》S D J 207－82的有关规定。冯家山灌区项目主要选用冀东海德堡（扶风）水泥有限公司生产的盾石牌P c 32.5 R普通硅酸盐水泥，运到工地的水泥有制造厂的品种试验报告；使用前，按现行国家标准复验。

2.3.2 砂

现浇砼所用的砂为渭河中砂，级配良好、质地坚硬、颗粒洁净，且不得包含团块、盐碱、壤土、有机物和其它有害杂质。细度模数控制在2.2～3.0内，含泥量小于3%，含水量小于4%。

2.3.3 石头

现浇砼所用石头为渭河河卵石，粒径为1 c m～4 c m或1 c m～3 c m。超径含量控制在15%以内，逊径应小于10%，针片状含量不大于10%。

2.3.4 外加剂

砼现浇渠道均有抗冻、抗渗要求，采用P C-2型引气剂，其主要成份为松香皂及其热聚合物，具有引气、减水、提高砼抗渗和抗冻性能的功能，配制时按重量比，一般加入量为水泥重量的0.5/10000～1/10000。

2.4 聚氯乙烯胶泥

伸缩缝止水材料采用聚氯乙烯胶泥，以石油沥青为基料，辅以改性材料和填料混合配制而成的一种冷用(气温在15℃能施工）防水接缝材科。其具有柔韧性、耐热性、粘结性和防水性。采用人工填塞，喷灯加热，施工方便，防渗效果好。

3 防渗工程的施工

3.1 素土回填

冯家山灌区属温带大陆性半干旱气候，极端最高气温41.4℃，极端最低气温-20.6℃，冻土深度为0.33 m，渠道改造工程施工一般在灌溉间隙进行。刚行过水的渠道内由于砼的破损、脱落水分渗漏使土基松软，特别是东西走向的渠道，右坡面阳光照射时间短、较左坡面含水率偏大，若土壤含水量超过22%时，可考虑换土。填方渠道渠底土壤换水量超过20%，进行换填土。也可在土模削成后不急于砼现浇，利用日光照射待含水量达到18%后，再行砼浇筑。回填施工必须做到以下几点：

（1）清除渠床内的树根、淤泥、腐质土、垃圾及隐藏的暗管砖石等，对原基进行夯实。

（2）回填夯实采用分层开蹬夯实的方法，每层铺土厚度≤30 c m,铺土要均匀平整。若土壤比较干燥应采用洒水的方法调节土壤含水量，若土壤含水量较大，应采用排水、晾晒、换土等方法以使含水量控制在适宜范围之内。

（3）夯实机械为蛙式打夯机或其它能达到相同质量要求的机械，分层夯实遍数不得少于4遍，夯实后土样干容重不小于1.55 t/m3。一次回填夯实工作面不小于100 m，渠道内侧应预留20 c m～30 c m的削坡量。

3.2 土工膜料铺设

防渗土工膜料的铺设方式有埋压式、明铺式、多层防渗式，冯家山灌区渠道防渗膜料主要采取明铺式。其施工为土方削模结束后，进行全断面铺设，接缝采用叠压和焊接两种方式，叠压的长度不小于20 c m，采用上游膜料压下游膜料，可以有效防渗。铺设注意要求：

（1）铺设防渗复合土工布前应仔细检查土模表面是否有坚硬物质，操作中应谨慎细致，尽量避免损坏防渗膜料。

（2）防渗复合土工布应按产品说明书的要求采用专用焊接机进行焊接，其压茬顺序不得错乱、搭接宽（长）度不能小于设计值或规范要求。

（3）防渗膜料采用复合土工布，以100 m为一段，铺设平整。

3.3 砼浇筑

3.3.1 砼拌制

拌制砼时，按照试验室签发的砼配料单进行配料，入机拌和量不超过搅拌机规定容量的10%，水泥、砂、石、混合材料以重量计，水和外加剂可按重量折算成体积，称量的偏差不超过规范规定的要求。在砼拌和过程中，保持骨料含水率稳定，遇降雨等特殊情况现场测定后调整砼中的加水量。

3.3.2 砼运输

砼运输采用农用三轮或机动斗车。为保证砼连续浇筑，可增加斗车数量，当有离析现象时，在浇筑前进行二次搅拌。砼运输时间符合规范规定，因故停歇过久，砼产生初凝时，作废料处理。在任何情况下，严禁中途加水后运入仓内。

3.3.3 砼浇筑

人工入仓、平仓，插入式振捣器或者平板式振捣器进行振捣，浇筑混凝土时应分层分块分段进行，每层浇筑高度应根据结构特点，一般分层高度为插入式振捣器作用部分长度的1.25倍，最大不超过50 c m，平板振捣器的分层厚度为20 c m。使用插入式振捣器应快插慢拔，插点要均匀排列，逐点移动，按顺序进行，不得遗漏，做到均匀振实。移动间距不大于振动棒作用半径的1.5倍（一般为300 m m～400 m m）。振捣上一层时应插入下一层混凝土50 m m，以消除两层间的接缝。