浅析水泥土护底在小开河灌区中的应用
2014-10-19韩继荣
王 力,韩继荣
(滨州市小开河引黄灌溉管理局,山东滨州 256603)
渠道衬砌是灌区续建配套与节水改造工程中的一项重要内容,其工程量大、工期长、造价高。部分灌区为节约建设资金,往往对灌区渠道进行半断面衬砌,即在渠道衬砌工程中只对渠坡进行衬砌,渠底部铺设防渗塑料薄膜,覆盖土方,整平压实处理。半断面衬砌渠道在通水运行一段时间后,水中携带的草籽等会落在渠底上生长杂草,影响渠道过水能力。为解决半断面衬砌的渠道中杂草阻水问题,小开河灌区采取了水泥土护底工程措施。实践证明:它是一种既节约工程建设资金,又能固化渠底、减少水渗漏、阻断草生长的渠底硬化工程方案。
1 小开河引黄灌区概况
小开河引黄灌区是国家大型引黄灌区,位于山东省滨州市,涉及7县区,42万人口,设计灌溉面积73333.33hm2,设计引水流量60m3/s,年设计引水3.93亿m3。灌区干渠全长96.50km,其中上游输沙渠51.30km、沉沙池4.20km、下游输水渠41km、骨干建筑物147座。灌区输沙干渠为地上或半地上渠道,采取了全断面、半断面衬砌和大比降远距离输沙技术。输水渠位于小开河灌区下游,为半断面衬砌全地下渠道。
输水渠由于是全地下渠道,设计比降较小,水流缓慢。输水时黄河水中携带大量草籽沉落在没有衬砌的土质河床上,生根发芽,导致生长旺盛茂密,如:蒲草、芦苇等,高度会达到1.50~2m。灌区输水时,杂草阻塞河道,减缓水的流速,减小渠道断面过水面积。若遇上游来水迅猛,到下游时杂草阻隔骤然变缓,导致水流漫出渠道,危及坝体安全。为防止冲毁渠坝,只能小流量输水,耗费时间长,引水总量小,经济效益差。因此,渠道内杂草问题成为影响灌区供水效能的一大障碍。
为解决渠道过水问题,减少输水安全隐患,防渗加固渠底,2012年,小开河灌区在年度续建配套与节水改造工程中,在3.55km输水渠道,采用了渠坡C25混凝土预制板衬砌、渠底水泥土硬化施工方案,利用水泥土硬化后形成的凝固整体将渠底的土质层封闭,防止草籽沉落后生根发芽。
2 水泥土护底施工方案及工艺流程
渠底水泥土施工程序主要分为四步:第一步先用挖掘机将渠底沉积的淤泥、草根等彻底挖除,在渠底保留可以用来拌和水泥的合格土料。第二步根据实验室出具的水泥土配合比数据,对保留土料进行翻耕晾晒或洒水保湿,使土料的含水率达到水泥土设计所要求的含水率。第三步是用推土机等机械对渠底土料进行整平稳压,然后按照水泥土配合比设计确定的每平方米水泥用量将水泥散开,均匀摊铺于渠底,用稳定土拌和机拌合,压实机械压实。第四步养护成型。
2.1 水泥土配合比设计
2.1.1 水泥选择
工程采用的水泥,是硅酸盐水泥P.C32.5。抽取样品送试验室检测,可以满足水泥土施工要求。水泥物理性能见表1。
表1 水泥物理性能检测
2.1.2 土料选择
在施工渠段采取土料样品,密封包装送至实验室进行检测。通过对土料最大干密度、天然含水率、颗粒级配、液限、塑限等各项技术指标进行分析,渠道内原土可以满足水泥土施工要求。土料试验结果见表2。
表2 土壤试验成果
2.1.3 水泥土配合比
根据渠道底部土样的工程分类、天然含水率、水泥强度等级等各项指标,经水泥土试配比试验,确定水泥掺入率为12%,压实厚度15cm。
2.2 渠底清基
用挖掘机彻底对渠底进行清理,将烂泥、草根等挖除,开挖深度至设计保留土料上平线。按照水泥土配合比设计要求的土料含水率对渠底土料进行检测,对含水率大的渠段,进行翻耕晾晒,含水率小的,进行洒水保湿。
2.3 整平测量放样
用推土机对渠底进行整平稳压。整平后,测量队进入施工现场,测量场地的尺寸,计算出每袋水泥的摊铺尺寸和摊铺厚度,用白灰线标出尺寸格。
2.4 水泥土拌和
将水泥运输至施工场地,按照标好的尺寸格人工进行摊铺,用刮板将水泥均匀摊平在白灰格内。水泥铺好后,立即用稳定土拌和机进行拌和,拌和深度根据实验测定的松铺系数1.30,确定拌和深度为19.50cm。
拌和按照从边至中间的顺序进行,拌和次数不得少于两遍。拌和完一个施工段后,立即用推土机对拌和料进行稳压。
2.5 整形、压实、养生
水泥土混合料用推土机稳压后,用平地机进行整平,压实机械进行压实。成型后,及时进行洒水养生,养护时间不少于7天。
3 水泥土护底施工方案评价
3.1 实用效果评价
渠底水泥土工程于2012年10月开工建设,2012年12月完工。完工后90天测得抗压强度为1.90MPa,达到了试验标准值。2013年11月,经过灌区一年的通水运行后,对水泥土进行复检。检测结果显示:水泥土抗压强度为1.77MPa,强度值下降7%,低于25%的设计下降允许值。3.55km长的水泥土渠底,没有一根杂草生长,渠底水泥土层外观仍坚硬密实,没有发现明显被水冲毁或大面积侵蚀的地方,达到了预期的效果,满足了工程需要。
3.2 工程造价评价
本次衬砌工程,施工总长度3.55km,渠底宽度23m。若用混凝土预制板衬砌施工方法,采用8cm厚C25混凝土预制板,市场单价600元/m3(含材料费、人工费、混凝土板运输费),施工现场人工铺砌混凝土板费用为270元/m3(含嵌缝材料费),两项合计870元/m3。渠道护底混凝土板总用量为5528m3,工程总造价为480.93万元。
采用水泥土护底方案,压实深度15cm,水泥土总量为12247.50m3。水泥土压实密度实测值为1820kg/m3,设计配合比(质量)12%,使用32.5水泥2674.85t,市场价格305元/t,水泥总价为815829.25元。水泥土施工作业,人工及机械费为3元/m2,总价为244950元。两项合计,水泥土施工总造价为106.08万元。
通过上述计算结果显示,水泥土施工造价仅占混凝土预制板衬砌造价的22%,节约资金优势十分明显。
4 结论与建议
小开河灌区输水渠水泥土护底工程在通水运行一年后加固渠底,既可增加灌区的安全性能,减小水的渗透量,提高引水的利用率,又能防止渠底杂草生长。实践证明,在过水流速较小,对渠道冲刷力较弱的输水渠道中,可采用水泥土作为渠道护底材料。它与混凝土衬砌相比较,具有造价低廉、施工时间短的优势,是一种可以推广的灌区渠道护砌方式。