丘陵灌区渠道防渗措施及效果

2021-01-07李学军段笑晖王惠娟

河南水利与南水北调 2021年7期

李学军，段笑晖，王惠娟

(河南省陆浑水库管理局,河南洛阳 471003)

1 陆浑灌区概况

陆浑灌区位于河南省西部浅山丘陵区，现有总干渠、东一干渠、东二干渠、西干渠和滩渠5条干渠，总长277.80 km，设计灌溉面积1.20×105hm2，有效灌溉面积4.36×104hm2。跨黄河、淮河两大流域。据资料统计，截止2020年底，陆浑灌区输水60亿m3,灌溉农田1.27×106hm2次，增产粮食65亿kg，为灌区农业丰收和当地经济社会发展做出了积极贡献。

2 渠道节水防渗施工技术

节水配套工程实施前，灌区仅在险工段、填方坝和总干渠部分渠段进行了混凝土衬砌，经过40余年运行，大部分已沉降破碎，对工程的安全运行存在着极大的安全隐患。其余渠段均为土渠,梯形断面，渠道节水防渗措施较为贫乏，通水灌溉期间水量损失较大。渠道节水防渗施工技术主要涉及渠道标准设计断面、非渠道标准断面和矩形断面3部分。

2.1 渠道标准设计断面

2.1.1 挖方渠段

节水改造工程渠道标准设计断面(边坡坡比为1∶1.75)均采用100 mm厚的C20F100W6混凝土进行全断面衬砌防渗，坡脚设有350 mm×250 mm齿墙。沿水流方向每隔5 m(总干渠为4.50 m)设一道横向伸缩缝,渠底两侧内坡脚处及两侧渠坡上分别设一道纵向伸缩缝，缝宽2 cm,缝内采用密度为120±5 kg/m、弹模为1.50±0.50 MPa的低发泡沫板填充。坡面伸缩缝底部铺设50 cm宽的150 g+0.30 mm+150 g二布一膜复合土工膜防渗，渠底伸缩缝底部铺设宽65 cm复合土工膜。

该措施很好克服渠道糙率过大和渗水，且稳定性和耐久性好。但施工过程中应注意：渠道沿线分布的岩土体部分具有弱膨胀性，应快挖快衬砌，尽量减少暴露时间，以防渠道边坡膨缩变形；混凝土板振捣时，应自下而上，并严控浇筑温度和及时养护，否则，容易造成混凝土衬砌板裂缝。

2.1.2 填方渠段

灌区共有308座填方坝，大多数系大兵团作战、群众性施工，工程隐患较多。结合通水期间的日常管理记录，进行地质勘探，组织专家评审，决定是否对填方坝体进行充填灌浆和加高培厚。

渠道采取全断面铺设土工膜和混凝土衬砌复合防渗，混凝土衬砌型式同挖方渠道。渠道左堤顶规划有管理道路，宽5 m，右堤顶宽2.50 m。灌浆孔布置：左堤顶设2排，梅花形布置；右堤顶设1排，沿堤顶中心布置，孔距1.50 m，孔深至坝底以下原状土内1 m，造孔应保证铅直，偏斜率不得大于孔深的2%。灌浆前先进行灌浆工艺试验，按设计布孔、造孔、灌浆，观测灌浆压力、吃浆量及泥浆容量、坝体位移和裂缝等，实验孔≥3个。

充填灌浆一般按照《土坝灌浆技术规范》的要求施工，但规范没有明确灌浆质量的检测方法。经过多年实践，并观察灌浆后渠道通水运行情况，利用“检查孔”的方法，控制填方坝灌浆质量。具体步骤为：①检查孔数量及位置：结合坝体长度、高度和灌浆布孔情况，每座坝布孔≥6个，左右坝布孔均≥3个。为真实、客观反映灌浆效果，检查孔的位置除施工方外的其他参建方现场协商随机确定，但上下游坝肩处必布孔1个。左坝在两排梅花形灌浆孔中心，右坝在单排2个灌浆孔中间布孔，孔深应小于相邻原灌浆孔1 m。②检查孔灌浆：采用与灌浆相同设备，均在设计压力下灌注与设计同材料同比例浆液，记录灌浆成果。③当检查孔灌入量小于原灌浆孔末序灌入量，可认为达到充填灌浆设计目的。否则，应据实分析原因，由施工单位按照设计要求进行复灌后，按1∶3比例重新确定检查孔的位置，加密进行灌浆检查，直至满足设计要求为止。

通过检查的3座充填灌浆填方坝，在历次通水期间无任何渗水迹象，排除坝体通水期间稳定隐患，减少管理人员巡查看护频率。可以将此检查方法作为检验与评定填方坝充填灌浆施工质量补充依据。

2.2 非渠道标准断面

非渠道标准断面，又称为陡坡段，均为石渠段，灌区修建时，因当时施工条件所限，没有开挖至标准断面，最长的一段位于东一干渠上段，桩号：1+148.60～1+800，长度为651.40 m。经过实际测量统计，渠道边坡坡比均在1∶0.75和1∶1之间，且90%以上在1∶0.85和1∶1之间，渠底宽度均大于渠道标准断面底宽。

渠道清基：清理表层风化、松动碎石和树木、淤泥等杂物，清基范围根据渠道设计断面并结合实际地形地貌进行调整。

测量放线：陡坡段渠首和渠尾各20 m，测量1个断面；中间渠道，总干渠每隔45 m,其余干渠每隔50 m，在能反映现状的地方(断面偏大)测量1个断面。若与设计不符，由设计单位确认并出具变更施工图。实践证明渠道边坡坡比为1∶0.90和1∶1，不同坡比断面之间采用平顺连接，既经济又便于工程施工，还能满足渠道过水能力。

陡坡段节水改造：首先在渠道边坡岩基较好的适宜位置锚固Φ12 mmHRB400的钢筋，锚筋长400 mm，伸入岩基300 mm，间距2 m，梅花形布置。若坡面凹凸不平，锚杆间距可根据实际情况进行调整。在伸缩缝位置，预留70 cm间距铺设复合土工膜，铺设前先用砂浆找平，且钢筋网在此断开。钢筋网为直径10 mmHPB235钢筋，间距200 mm，纵向分节长度与衬砌板一致，横向伸入渠底衬砌板260 mm。渠底铺设复合土工膜前用砂浆找平，衬砌C20混凝土厚100 mm，伸缩缝位于距坡脚300 mm处。渠坡衬砌C20混凝土厚150 mm，除伸缩缝位置外，均没有铺设土工膜。坡脚不设齿墙，施工顺序先渠底、后渠坡，坡面较大坑洞用C15混凝土找平，待混凝土入仓后，先用小型插入式振捣棒振捣，人工平仓，再用平板振动器自下而上振捣2次，确保混凝土密实度和平整度。

渠段若按照标准断面施工，渠底需要回填，渠坡需要再次开挖，不但增加工程投资，还需要永久性征用土地。而此措施不仅起到防渗效果，还节约工程投资，缩短工期，适用于边坡较陡的石渠段节水防渗处理。

2.3 矩形渠道

由于受当时条件限制，矩形渠道多处于半山腰且右岸切入山体较深，为浆砌石矩形断面渠道，所用块石基本为开山下来的石材，只对底板进行低标号混凝土衬砌。节水防渗改造分为:一是过水断面较大渠道，二是符合设计的矩形断面渠道。

2.3.1 过水断面较大的渠道

拆除原底板衬砌混凝土，对底板及侧墙用C20F100W6混凝土进行衬砌。底板清理、修补找平并铺设土工膜，衬砌厚度为100 mm。侧墙设Φ12 mmHRB400锚筋，长400 mm，外露100 mm，间距2 m，梅花型布置，混凝土衬砌厚度为150 mm。渠道每隔5 m设1道横向伸缩缝，底板两侧和中心各设1道纵向伸缩缝，缝宽20 mm，填缝材料为聚乙烯闭孔泡沫板，迎水面填厚20 mm聚氨酯密封胶。

此种措施可避免大量拆除工程量，合理缩短工期，减少投资，施工方法相对简单，防渗效果明显，对渠堤稳定起到加固作用，但在施工过程中应注意事项：边模高度不超过2 m，分层浇筑混凝土；混凝土按一级骨料配置，充分拌合，入仓用长方形特制漏斗；规划好振捣位置，严格按规划位置逐个振捣。

2.3.2 符合设计的矩形断面渠道

这种渠道较短，只占矩形渠道不足10%。首先清除侧墙砌石缝隙内松动的勾缝砂浆，用高压水枪冲洗干净，用M10砂浆勾缝大致找平，待达到一定龄期后再次清洗。然后全断面浇筑环氧砂浆，分节长度与浆砌石侧墙一致，伸缩缝采用遇水膨胀橡胶止水带及钢板相结合的方法处理。橡胶止水带宽度350 mm，厚度8 mm，外侧设6 mm厚钢板保护，用Φ12螺栓锚固，间距200 mm。环氧砂浆抗压强度≥50 MPa、抗拉强度≥4.50 MPa、抗渗等级≥1.50 MPa、吸水率≤5.50%、收缩率≤0.20%，厚度≤3 cm，环氧砂浆表面要压抹平整。最后在环氧砂浆表面涂刷水泥基渗透结晶型防渗涂料，涂刷厚度≥1 mm，涂刷涂料前将基面清理干净。水泥基渗透结晶型防渗涂料技术指标：抗折强度(7 d)≥2.80 MPa、(28 d)≥3.50 MPa；潮湿基面粘结强度≥1 MPa；抗渗压力(28 d)≥1.20 MPa；第二次抗渗压力(56 d)≥0.80 MPa；抗渗压力比(28 d)≥250%。底板拆除原衬砌混凝土，用C20F100W6混凝土进行衬砌。底板清理、修补找平并铺设土工膜，衬砌厚度为100 mm。

为防止修补体和结合面粘结层在尚未获得足够抗压强度之前受到损害或早期发育不良，应对修补体进行及时养护。矩形渠道的这种防渗措施，尽管起到防渗效果，但左岸渠堤位于半山腰，处于临空状态，对渠堤稳定作用不大。随着渠道逐渐加大到设计流量，通水时还需投入人力看护，以防渠堤突然溃堤。

3 存在问题与建议

灌区干渠和部分建筑物工程的节水防渗措施已基本完成，效果较为显著，通水期间管理工作重点已由看护险工段转为防溺水和科学组织、落实调度计划、合理分配水资源。但由于资金的限制，仍然存在以下需要解决的问题：一是建筑物存在的结构性变形、损坏未进行彻底解决，如渡槽基础下沉、槽体侧板内倾变形和涵洞局部冒顶、坍塌等；二是支渠和田间配套“最后一公里”，尚未进入实施，其原有节水防渗措施完好率较低；三是矩形渠道左堤稳定性没有根除；四是大部分填方坝未充填灌浆，仍然存在安全隐患。这些问题必将进一步限制灌区效益的发挥。建议抓住国家加强水利改革发展和灌区现代化改造的良好机遇，进一步完善灌区工程设施体系，尽快补齐工程短板，以提升城市生活、工业和灌溉供水的保证率。