新衬砌技术在小开河引黄灌溉工程中的应用

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平原地区渠道衬砌是实施灌区节水浇灌工程的一项重要内容，其工程量大，投资比例重，机械化程度低，且对渠坡和渠底的防护功能有较高要求，尤其是在石料缺乏区更成为制约平原灌区建设质量的关键问题。小开河引黄灌区的输沙干渠衬砌工程在建设中所有采纳混凝土预制板与土工合成材料相结合的新衬砌技术，取得了良好的效果。

一、基本概况

滨州市小开河引黄灌区地处山东省北部，黄河三角洲腹地。小开河引黄灌区设计流量60m3/s，设计浇灌面积7.33万hm2.区内土地资源丰盛，沿海工业正在崛起。工程建成后，沿线5县23个乡镇500多个村庄的8.23万hm2土地得到浇灌，开发草场1.93万hm2，解决30万人的饮水问题，可为沿海、沿线的综合开发提供牢靠的淡水资源。

该工程自1993年开头动工兴建，1998年完成一期工程开头通水浇灌；1999～2000年完成下游输水渠及配套工程，达到干渠全线贯穿，灌区已具雏形。2023年又完成了小开河引黄灌区续建配套输沙渠二期衬砌工程。至此，共建成输沙渠土渠及渠道初砌51.3km，沉沙池4.2km，输水渠33.8km，累计投资2.3亿元。截至2023年底，小开河灌区的输沙干渠已所有衬砌，共计全断面衬砌20.7km，半段面衬砌30.6km，累计完成混凝土预制板5.2万m3，复合土工膜铺设64.5万m2，塑料薄膜铺设110万m2.

二、新衬砌技术的应用

小开河引黄灌区输沙渠道断面为梯形，边坡均采纳1∶1.75.衬砌渠道断面表面采纳厚6cm的预制混凝土板作为防护层，护坡防护层下铺设复合土工膜，护底50cm细土下铺设一层塑料薄膜，渠底两侧坡脚设高60cm砌石混凝土封顶齿墙，渠底塑膜在齿墙底部翻向渠坡，在渠坡处与复合土工膜搭接使渠道形成整体封闭式防渗体。为避开不匀称沉陷造成裂缝，横向每隔12.4m设置伸缩缝一道，纵向在两渠坡自底部向上第4行板或渠底两侧设伸缩缝，伸缩缝用PT塑料胶泥填充。

1.改进混凝土预制板的生产工艺

①改脱胚式加工为翻转模板或震惊平台加工

以前渠道衬砌用的混凝土预制板，多为脱胚式加工，水灰比大，振捣不充分，内部结构不密实。小开河干渠衬砌用的混凝土板，吸取以往灌区衬砌的阅历，所有用翻转模板或震惊平台架空振捣加工生产。钢板底模按梅花型罗列，每间隔3cm有一个直径3mm的排气孔，并在底模上铺一层中长纤维布。拌和混凝土时将水灰比控制在0.47～0.48之间，仓口坍落度在0.5cm以下。为改善混凝土和易性、均质性，在混凝土拌和时采纳二次投料法，即先将水、外加剂加入拌和机；再投入水泥、砂子搅拌2分钟，成为水泥砂浆；最后加入石子再拌和2分钟，共计拌和4分钟，在加工过程中加强振捣，每模振捣时光不得少于4分钟，且速度相宜，使混凝土内部多余的水和蔼泡排出，使成品内部密实。成型的混凝土板准时举行人工压光，使表面平整光洁。

②使用外加剂

为确保混凝土预制板质量，达到防渗抗冻的目的，并节省水泥降低工程造价，在混凝土板预制加工时掺用了木质磺酸钙减水剂和PC-2型松香热聚物引气剂。木钙的作用是减小水灰比，增强混凝土密实度，提升其强度及防渗性能，试验证实，木钙与PC-2相容性良好，在混凝土中掺入后，减水率达17%左右，节省水泥1.1%左右，且拌和物和易性良好。

经多次实验，木钙掺用量为水泥用量的0.25%，PC-2的掺用量为水泥用量的0.005%，效果比较抱负。木钙的使用办法是：按日用木钙粉剂＝日用水泥量×0.25%和木钙：A水=1∶0.2∶30的比例将固体PC-2融化在70℃～90℃、浓度50%～70%的NaON溶液中配成3.2引气剂溶液，待凉后再加入拌和使用。注重配制引气剂溶液时要使用较纯净的饮用水，如水中杂质较多，则溶液可能浮现沉淀，影响其效果。

预制生产过程中，每个预制厂都设专职质检员，举行全面质量管理，小开河管理局工程科会同山东省科源监理中心的技术人员不定期抽查，并且成立了工地实验室，按要求对原材料、拌和物、预制混凝土板举行检验，保证了产品质量。山东省水科所抽样切块实验，其抗压强度为21MPa，渗透系数2.23×10-8cm/s，抗冻性能可以满足150次冻融循环强度损失低于25%的设计要求。

2.分渠段应用土工合成材料防渗

因为渠道是均质土壤，渗透系数为10-5cm/s，渗透量较大，为削减渗透，降低水头损失，提升渠道水通过系数，小开河引黄灌区输沙渠采纳土工合成材料举行全断面防渗，结合防渗及经济要求，边坡采纳复合土工膜，渠底采纳塑料薄膜防渗。

①复合土工膜的应用

以往本区内其他灌区的渠坡衬砌是用塑料薄膜防渗，在上面铺砌2cm厚的素土垫层或麦秸泥作为介质，庇护薄膜不被破坏，但在实际施工中不易操作，且渠道放水时极易冲坏，渠道修理率很高。小开河灌区衬砌吸取其他灌区的阅历，护坡采纳了复合土工膜防渗，去掉防渗膜与混凝土板之间的介质，具有施工容易，质量牢靠，提升工效，节约投资等优点，真正起到了护膜防渗的效果。

复合土工膜属非孔隙介质，渗透系数普通为10-11～10-13cm/s，具有良好的防渗性能和良好的抗拉、抗撕裂、抗顶破、抗穿刺等力学性能，且具有一定的变形量，对坝坡的高低具有一定的适应能力，应变力较强，与土体接触面上的孔隙压力及浮托力易于消散，能满足护坡结构的力学设计要求，并且复合土工膜具有很好的耐化学性、抗老化性能，满足了护坡耐久性。按照有关资料介绍，将复合土工膜埋在土中或水下可平安使用60年。

经过理论计算，考虑实际应用的平安系数，小开河引黄灌区采纳的复合土工膜，规格为一布一膜，其中上面一层为150g/m2土工布，其表面摩擦力大，防滑效果好，便于安砌混凝土预制板；下面一层为0.22mm塑膜，是主要防渗材料。

为确保混凝土预制板直接铺设在复合土工膜上构成防渗体的施工质量，其详细施工工序及基本要求如下：清理坡面：复合土工膜的支持层土坡一定严格按要求切削平整顺直，以标准坡度面为基准面，清除一切杂物，使坡面平整密实。要求垂直坡面的高低高差不得大于±2cm，延续面积不大于5m2，总量不超过5%.土工膜的搭接：改容易的搭接及粘合剂粘接为机器焊接。为削减坡面纵向焊接，在平整场地先将一幅4m宽和一幅2m宽的复合土工膜焊接成整体。焊接时的搭接宽度不得小于10cm，由厂家负责焊接施工，并采纳双焊缝焊接法。上坡铺设：将焊接好的土工膜顺水流方向滚动式沿坡铺设。混凝土预制板安砌：在复合土工膜以上安砌混凝土预制板时，工作人员严禁穿带钉的鞋，不准在膜上卸放混凝土板及用带尖的钢钎作为撬动工具，以庇护土工膜。铺设时要严格选材，轻装轻放，认真安砌，自上而下，左右均衡，使砌块间结构缝匀称。

②塑料薄膜的应用

为降低工程造价，在小开河输沙渠衬砌工程中，渠底采纳塑料薄膜防渗，塑料薄膜与复合土工膜在齿墙以上边坡处搭接。在塑料薄膜的选材上，经过对省内各主要厂家举行考虑筛选，择优选用了强度高、延长率大、耐久性好的0.22mm聚乙烯塑膜。

在塑膜的铺设工艺上，借鉴已有些胜利阅历，实行上游接头段压下游接头段，即按顺水流方向搭接，搭接长度不小于30cm，与复合土工膜的搭接不得小于40cm.以避开冲刷破坏，在此基础上举行折叠搭接的改进，保证塑膜搭接严密，防止静水压力造成沿接缝的渗漏。塑膜铺设时须在渠底平整、干燥无水的前提下举行。施工中严格执行操作规程，采纳滚动铺设方式，严禁绽开拉伸铺设，且滚动要自然匀称，不得用力拉，尽量削减皱纹，非搭接处不得有折叠现象。固定塑膜一律用土压和光洁重块压固，严禁用木桩树枝等钉固，以保证铺膜质量。

③复合土工膜与土工布结合使用

在小开河干渠衬砌中，因为东支流渡槽至沾无公睡桥的半断面衬砌段属地下渠，挖深大，地下水位高。护坡底部水位变动区以梅花型布置三排带无砂混凝土过滤孔的衬砌板，其下铺设带有反滤作用的400g/m2土工布，因土工布没有带有防渗作用的塑料膜，具有良好的透水性和过滤性，土壤中的水分经过土工布的孔径排出，同时阻挡土壤颗粒的流失，以免造成空穴，是较好的滤体材料，这样可以利用土工布及无砂混凝土的反滤作用，削减渠坡的水压力，对增加边坡的稳定性具有很好的效果。

三、应用新衬砌技术的优势

1.技术优势

混凝土预制板与复合土工膜、塑料薄膜三者结合的衬砌防渗技术与以往的单独混凝土或砌石衬砌相比，变形适应性强，在地下不易老化，寿命长，隔水效果好，施工操作简便，速度快。复合土工膜与塑料薄膜是比较抱负的防渗材料，只需混凝土预制板面层加以庇护，易于施工，便于修理管理。复合土工膜护坡起防渗作用时，将水压力几乎所有传给了支撑它的那部分渠坡，土工膜本身的变形和应力不大，远未达到其极限伸长率和抗拉强度，其受力是十分平安的。采纳新衬砌技术，渠道的水通过系数大大提升，削减了水头损失，经输水运行测试，总干渠水的通过系数可提升至0.95，防渗效果显著。这对于淡水资源缺乏的黄河下游地区具有十分重要的意义。

2.经济优势

采纳混凝土预制板与复合土工膜、塑料薄膜三者结合的护坡结构，可延伸工程使用寿命，大大节约修理工程量和费用。运行3年来，没有浮现土工膜、塑膜被撕裂和混凝土板损坏现象。用混凝土板代替块石，简化施工，缩短工期，削减运送量和劳动消耗，节约投资，特殊是对于缺少石料的黄河三角洲地区具有特别意义。在渠底采纳塑膜代替复合土工膜防渗，既便于施工，又节省投资，该工程