永昌县西河灌区渠道防渗抗冻胀探讨

2016-03-10张建生

地下水 2016年6期

关键词：渠底西河砂砾

蔡玉，张建生

(甘肃农业大学工学院，甘肃兰州 730070)

永昌县西河灌区渠道防渗抗冻胀探讨

蔡玉，张建生

(甘肃农业大学工学院，甘肃兰州 730070)

西河灌区属西北内陆严寒地区，渠道的主要问题是渗漏及冻胀。多年来，通过不断的探索实践，总结渠道防渗及抗冻方面的措施和方法。该方法结合大型灌区续建配套项目节水改造的工程实践经验，在渠道防渗及抗冻胀方面，能对其他灌区开展渠道改造有所借鉴。

西北内陆；渠道；防渗；抗冻胀

西河灌区位于甘肃省河西走廊东段，永昌县城西部，是以引用石羊河水系的西大河水为主，地下水及区内小沟小河来水进行补充灌溉的大型自流灌区，总面积2 640 km2，耕地面积60万亩，灌区地势自西南向东北倾斜，自然纵坡1.7%～5%，海拔在1 980～2 670 m之间。西大河发源于祁连山冷龙岭北坡，源头主要支流有红沙河、鸾鸟沟、平羌沟、脑儿墩沟、古松林沟，是永昌县境内第三大河流，来水主要靠冰雪融水及大气降水。

1 渠道破坏原因的分析

西河灌区骨干水利工程多数建于上世纪六、七十年代，标准低、投资小，垫层厚度设计多为10-20cm，大多支渠没有铺设垫层，支渠两侧大多是耕地，冬灌后水流不畅，渠道基础土体处于饱和状态，导致渠道冻胀破坏严重。这些工程已运行40多年，

渠道超期使用、年久失修，加之受自然冻害和人为破坏的因素，渠道损毁严重，渠坡变形、塌陷，予制块脱落，水量渗漏损失严重，灌溉运行中，倒坝、决堤现象时有发生，效益逐年衰减，安全输水保证率降低，渗漏损失严重。

通过对整个西河灌区渠道现状进行调查，根据现状渠道断面型式、破损型式、破损程度的不同，本工程改建渠道破损形式分为两种：一是现状渠基稳定，变形轻微，仅是衬砌老化、磨损、剥蚀的渠道；二是冻胀变形明显、破坏严重的渠道。

2 渠道修复方案

2.1 方案的选择

第一方案：将部分冻胀破坏严重的渠段拆除后铺设垫层，然后采用现浇砼全断面套衬；第二方案：将全渠段拆除后重新用浆砌石或砼衬砌。

最后根据“经济、安全、高效、美观”的设计原则，经优选后确定改建方案。经两种方案造价比较，累积拆除渠段占改建段长度的百分数低于45%，以第一方案为佳，否则以第二方案为佳。经对渠道现状破损程度调查，并结合渠床地质条件确定西河罐区改建渠道均采用C20砼现浇套衬方案，即第一方案。

2.2 断面型式的形式

对于砼衬砌渠道，可采用平底梯形或弧底梯形断面。弧底梯形断面较梯形断面抗冻胀性好，力学性能优良，在严寒地区，对于拆除重建的渠道，在适当加大垫层厚度的情况下可采用弧底梯形断面。对于砼套衬渠道，由于受原渠断面限制，采用弧底后过流断面减小，因此不推荐采用弧底梯形断面。

2.3 渠道抗冻胀置换措施

在西河灌区，冻害是衬砌渠道遭受破坏的最主要因素之一，故而渠道防渗抗冻措施的采用是否得当至关重要。砂砾石垫层不仅本身冻胀性弱，而且能排除渗水和阻止下卧层水分向表层冻结区迁移，所以砂砾石垫层能有效减少冻胀，防止冻害现象的发生。而且从运行情况看，砂砾石垫层抗冻胀效果较好，且材料丰富，造价较低，施工方便，因此采用砂砾石垫层置换冻胀土层是一种较好的抗冻胀工程措施，对冻胀破坏严重的渠段，应适当加大砂砾石垫层的置换厚度。考虑到渠道整体的受力作用，垫层不易过厚，根据西河灌区已建支渠安全垫层设置厚度，设计取值为各干渠垫层置换厚度渠底65 cm，渠坡65～45 cm，各支渠垫层置换厚度渠底50 cm渠坡为50～40 cm。对于纵坡缓、流速小、含泥量较高的渠道，在砂砾石垫层上增设土工膜是防止垫层污染的有效措施。西河改建大多数渠道纵坡较陡、流速较大，水中泥沙难以沉积于渠底，因此改建渠道在不增设土工膜的情况下，渠道的抗冻胀也是有保障的。

2.4 渠道抗冻胀置换措施

针对西河罐区严寒地区的渠道防渗问题，提出“内防与外柔相结合”的渠道防渗工程抗冻害方法。内防，即防止水渗透到渠基土内，水与土分离；外柔，即外部结构要适应基土变形，允许外部结构有一定程度的变位。我们设计出了先在最底下铺设50～60 cm砂砾石垫层，然后抹3 mm厚砂浆，再在砂浆上面铺设土工膜，最后用混凝土现浇。现浇厚度10～15 cm,混凝土板每隔3 m设置伸缩缝一道，伸缩缝缝宽2 cm，填充材料自下而上依次为聚乙烯闭孔板，聚氯乙烯胶泥填缝，沥青砂浆填缝，起到止水及弹性伸缩的作用。这样不仅使混凝土板不易滑塌，还使混凝土与其相互结合，并在其间形成一道屏障，有助于减少渠水渗漏和渠基水分的增加，可有效地控制渠土冻胀，防渗效果好，适应变形能力强。不但提高了混凝土板的抗变形能力，降低了基土含水量和冻胀量，而且大幅度地降低了渠道防渗中为抵抗冻害而增加的费用。这种形式结构简单，投资也较省，且效果较好，受到广大灌区人们的欢迎，在推广应用中，取得了良好的经济和社会效益。

2.5 渠道防冲、防淤设计

我们在选择渠道断面时，由于部分渠道选择了弧底梯形断面，这样使得渠道在运行时，水流中的杂质、砂砾石全部淤积到弧底，渠底淘刷成坑现象严重，本次灌区改造项目，解决淤积的措施主要是通过曲线裁弯取直，改善水利条件，纵断面设计时，在保证渠道引水高程的前提下，尽量增大渠道纵坡，采用砼现浇护面，减小渠道糙率，选择渠道断面时，尽量选择梯形断面，使渠底均匀受冲刷，减少渠道冲刷破坏。