砼異型磚透水襯砌技術(shù)在黑河流域節(jié)水工程中的試驗(yàn)應(yīng)用VIP

1、砼異型磚透水襯砌技術(shù)在黑河流域節(jié)水工程中的試驗(yàn)應(yīng)用楊洪文(高臺(tái)縣水務(wù)局 ，甘肅 張掖 734000)摘 要：簡要分析了渠道砼異型磚透水襯砌的基本條件和工藝,介紹了砼異型磚透水襯砌技術(shù)在 高臺(tái)縣七壩干渠的應(yīng)用,同時(shí)對(duì)砼異型磚透水襯砌技術(shù)的抗凍脹性能和地下水二次回歸利用進(jìn)行試驗(yàn)觀測分析,提 出了透水襯砌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及今后水利工程應(yīng)用的建議 。 關(guān)鍵詞:砼異型磚;透水襯砌技術(shù);潛流 中圖分類號(hào):TV51 1 背景及意義 高臺(tái)縣位于甘肅省河西走廊中部的黑河中游下段,屬大陸性溫帶荒漠干旱性氣候,冬季漫長寒冷,夏季炎熱多風(fēng)，晝夜溫差大 。該區(qū)地勢平坦,地下水位高,工程地質(zhì)條件復(fù)雜,復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造和嚴(yán)酷的氣候

2、條件,使防凍脹破壞成為高標(biāo)準(zhǔn)襯砌渠道的技術(shù)難題 。目前我縣正在實(shí)施的黑河流域節(jié)水改造項(xiàng)目主要是高標(biāo)準(zhǔn)襯砌渠道,由于我縣干渠沿黑河布置，在平行且靠近河道的渠道中地下水位很高,有明顯的潛流滲出，在干渠襯砌中,為了解決既要開源節(jié)流,開發(fā)利用該段地下水,又要 防止渠道凍脹等問題,在設(shè)計(jì)上經(jīng)過多方案比較,采用砼異型磚透水?dāng)嗝娼Y(jié)構(gòu)型式進(jìn)行襯砌的試驗(yàn)應(yīng)用。采用透水襯砌方式,將地下水引入干渠,使有效的水資源發(fā)揮應(yīng)有的效益,因此，解決高標(biāo)準(zhǔn)襯砌渠道既要引取二次回歸的地下水,又要防凍脹的雙重問題,具有重要的意義 。渠道防滲工程技術(shù)是節(jié)水灌溉各個(gè)環(huán)節(jié)中的重要一環(huán),在水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜,地下水位高,凍脹比較嚴(yán)重,且

3、土渠沖刷坍塌嚴(yán)重,輸水糙率大利用率不高的情況下,如何選擇渠道襯砌方案是工程建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了使渠道安全運(yùn)行,采取更為有效的襯砌方案,借鑒其它地區(qū)的成功經(jīng)驗(yàn),在我縣六壩灌區(qū)七壩干渠渠首 0+580至 2+480段采用透水襯砌方式，并且在設(shè)計(jì)工藝上將襯砌渠道砼預(yù)制磚設(shè)計(jì)為空心的正三角形和正六邊形,每條邊寬度8cm，中間用塊石填縫,砼預(yù)制磚和塊石下面鋪墊一定厚度的墊層料,用于緩解凍脹對(duì)襯砌體的變形張力,根據(jù)地下水二次回歸規(guī)律,充分利用地下水。因透水襯砌的砼異型磚與干砌石之間屬于柔性連接,能適應(yīng)一定的變形能力,因此,能保持渠道襯砌的規(guī)則斷面,提高渠系水利用率,延長渠道使用壽命。在工程實(shí)施中,設(shè)置了

4、6組抗凍脹試驗(yàn)段和 1組地下水回歸滲流測流段,為今后應(yīng)用透水襯砌方案積累數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。 2 主要內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù) 砼異型磚透水襯砌技術(shù)主要是確定透水襯砌的斷面、防滲效果和抗凍脹性能。關(guān)鍵技術(shù)是確定適宜的砼異型磚幾何尺寸及墊層厚度 。 試驗(yàn)引用時(shí)采用梯形斷面型式，通過水力計(jì)算及多方案 比較 ，確定透水襯砌斷面參數(shù)為：底寬 l. 5m，口寬49m，渠高 l.36m，水深 l.06m，渠道邊坡1：125，過水?dāng)嗝婷娣e 1299m2。糙率 n為 0020，渠道縱坡確定為 11500，設(shè)計(jì)流量 28m3s。砼異型磚內(nèi)的塊石填縫厚度為 25cm。砼異型磚采用兩種結(jié)構(gòu)型式 ，一種是邊長為 115cm 的等邊三角

5、形 ，一 種是半徑為575cm 的正六邊形 。經(jīng)過抗凍脹設(shè)計(jì) ，確定墊層厚度為 25cm。 21 確定砼異型磚透水襯砌的斷面結(jié)構(gòu)型式 由于七壩干渠渠首 0+580至2+480段 ，渠底基本與黑河底相平，據(jù)渠線探抗揭示 ，地下水在地面以下 0510m之間，而渠深在地面 l.0m 以下,原土渠經(jīng)常有潛流滲入,因此，在襯砌設(shè)計(jì)方案選擇中,依據(jù)渠道縱坡為 11500，提出了四種方案： (1)整修標(biāo)準(zhǔn)土渠,不進(jìn)行襯砌。(2)砼預(yù)制塊剛性襯砌。(3)渠道底部與邊坡均為干砌石，坡角結(jié)合處為漿砌石 。 (4)渠道底部干砌石 ，邊坡為砼異型預(yù)制塊網(wǎng)格內(nèi)填石塊的襯砌型式 ，即邊坡為邊長為 l15cm 的等邊三角形

6、或邊長為 50cm 的正六角形砼空心磚 ，中間輔以塊石填縫。經(jīng)對(duì)比分析，第1方案投資最省，該段渠道土質(zhì)為砂壤土，若仍使用土渠，渠坡滑坡頻繁，淤積嚴(yán)重，要滿足原兩渠輸水要求，渠道斷面太大，且?guī)砬逵俟ぷ髁刻?。?方案投資最大，且渠道處于地下水飽和狀態(tài)，凍脹問題無法解決。第3方案是原始的透水襯砌型式，對(duì)于斷面較大的渠道很難保證質(zhì)量，輸水糙率大，不適應(yīng)高標(biāo)準(zhǔn)襯砌的要求，且美觀程度差，同時(shí)也存在坡腳砌石灌漿困難，坡面砌石容易脫落，又帶來清淤難題。第4方案增加了砼工程量，砼異型磚中間塊石填縫及易于操作又能保證質(zhì)量，且美觀耐久。綜合比較，選擇第4方案，即底部干砌塊石，邊坡為異形預(yù)制磚內(nèi)填塊石的透水襯砌方

7、案。22確定適宜的砼異型磚幾何尺寸及墊層厚度采用的梯形斷面透水襯砌型式，通過水力計(jì)算及多方案比較，確定透水襯砌斷面參數(shù)為：底寬1 5m，口寬49m，渠高13Gm，水深1OGm，渠道邊坡 1：125，過水?dāng)嗝婷娣e12。99m ，糙率n為0020，渠道縱坡確定為11500，設(shè)計(jì)流量28m。s。砼異型磚內(nèi)的塊石填縫厚度為25cm。砼異型磚根據(jù)設(shè)計(jì)斷面的邊坡長采用兩種結(jié)構(gòu)型式，一種是邊長為 115cm的等邊三角形，一種是半徑為575cm的正六邊形，厚度均為15cm，經(jīng)過抗凍脹設(shè)計(jì)，確定墊層厚度為25cm。 砼異型磚幾何尺寸及襯砌圖樣如圖23： 23 同等條件下透水襯砌斷面結(jié)構(gòu)型式與剛性襯砌斷面結(jié)構(gòu)型式

8、經(jīng)濟(jì)比較分析同等條件下七壩干渠0+5802+480段若采用剛性襯砌方案，則每公里需投資555萬元，而透水襯砌方案每公里投資4169萬元，透水襯砌方案比剛性襯砌方案投資低 2488，每公里節(jié)省投資1381萬元，有效地降低了T程造價(jià)見表 1。 （1）等邊三角形(圖)（2）正六邊形(圖) 表l 典型方案經(jīng)濟(jì)分析比較 方案比較l方案(透水襯砌)2方案(剛性村砌) 工程設(shè)計(jì) 梯形段面，底部30cm干砌石，邊坡l 5cm預(yù)制塊網(wǎng)格，內(nèi)填25cm塊石填縫，墊層陰陽坡厚25cm，底部厚20cm?；〉滋菪味蚊妫?0cm漿砌石，邊坡8cm厚預(yù)制塊墊層陰坡厚70cm，底部厚60cm，陽坡厚60cm。 名稱單位數(shù)

9、量單價(jià)(元)合價(jià)(元)單位數(shù)量單價(jià)(元)合價(jià)(元)每m渠道主要工程量土方開挖m36.174.527.77m38.414.537.8土方夯填m33.116.520.22m32.216.514.4塊石填縫m31.37140191.8m301400砂礫石墊層鋪設(shè)m32.0113978.43m37.3739287Cl5砼封頂m30.0626015.6m30.0626015.6Cl5砼預(yù)制塊砌筑m30.26831083.08m30.364310113C1 5細(xì)粒砼漿砌石m31700m30.44617075.8Cl 5細(xì)粒砼抹面 m32750m30.04527512.4經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(元m)416.9556經(jīng)濟(jì)

10、分析單位長度投資比第二方案 少2488，每公里節(jié)省投資 l 381萬元 單位長度投資比第一方案 高2488，每公里增加投資 l 381萬元宗合分析 采用透水襯砌方案 24透水襯砌方案實(shí)施的技術(shù)措施 七壩干渠改建工程標(biāo)段由張掖市水利水電工程局中標(biāo)承建，長度125km，樁號(hào)0+48012+980。其中：樁號(hào)0+58024-480段，長19km，采用砼異型磚透水?dāng)嗝娼Y(jié)構(gòu)型式進(jìn)行襯砌。設(shè)計(jì)為梯形斷面，底部用30cm厚干砌塊石，邊坡用15cm厚C15砼異型磚預(yù)制塊襯砌，砼異型磚內(nèi)的塊石填縫厚度為25cm。砌體下面鋪設(shè)25cm厚砂礫石墊層。在實(shí)施過程中應(yīng)掌握以下技術(shù)措施： (1)渠道開挖修整時(shí)及時(shí)排水。由

11、于地下水位很高，在渠道開挖修整過程中要隨時(shí)進(jìn)行排水，避免造成渠坡滑坡，致使渠道斷面不標(biāo)準(zhǔn)。 (2)墊層鋪筑應(yīng)隨渠道開挖進(jìn)度及時(shí)進(jìn)行。渠道墊層鋪筑時(shí)底部必須一次性達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，渠坡至少達(dá)到設(shè)計(jì)厚度的5O ，以免地下水回升，墊層中的細(xì)粒隨水沖走，淘空坡腳。 (3)塊石選料及干砌石襯砌。塊石應(yīng)清潔、干凈、質(zhì)地堅(jiān)硬、無風(fēng)化、無片狀、兩個(gè)立面尺寸在 25cm以上；在襯砌過程中，將塊石長度方向垂直于水流方向襯砌，要求塊石之間楔緊，砌縫不大于 lOcm，砌面平整，出現(xiàn)水面過高，影響砌底的平整度時(shí)，應(yīng)加大排水力度，保持渠內(nèi)靜水位在砌石面以下，不影響施工。 (4)砼異形磚砌筑及塊石填縫。在襯砌坡面時(shí)，先將異形磚

12、一邊蹬放在底邊坡面上，后面用墊層石墊背，在異形磚中間填以塊石，用碎石將塊石楔緊，相鄰的異形磚相互錯(cuò)縫、抵邊，以提高坡面的整體性、工藝性和平整度。 3試驗(yàn)分析 31抗凍脹效果觀測分析 311試驗(yàn)基本情況 試驗(yàn)應(yīng)用透水襯砌長度19kin，共砌筑砼異型磚1935 m ，塊石填縫12538 m。在試驗(yàn)段取60m分成6個(gè)小段作為觀測段，每個(gè)觀測斷的陰坡、底部和陽坡分別埋設(shè)觀測桿，定時(shí)觀測襯砌渠道運(yùn)行后，冬季負(fù)溫對(duì)渠道凍脹造成的變形量。具體方法是：在每個(gè)斷面的陰坡埋設(shè)兩個(gè)凍脹觀測桿，陽坡埋設(shè)兩個(gè)凍脹觀測桿，底部陰坡埋設(shè)一個(gè)凍脹觀測桿，指定專人定時(shí)對(duì)埋設(shè)觀測桿上確定的測點(diǎn)高程進(jìn)行測量，同時(shí)用鋼尺量取渠道口寬

13、、深度、各測點(diǎn)之問的距離和測桿上的定點(diǎn)距襯砌體表面的長度，量得的數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)作對(duì)比，以證實(shí)透水襯砌渠道受負(fù)溫凍脹發(fā)生的變形量。 312試驗(yàn)觀測 觀測時(shí)間選在2002年和2003年兩個(gè)冬季。每天8時(shí)觀測。通過觀測數(shù)據(jù)整理分析，透水襯砌渠道受負(fù)溫凍脹發(fā)生的變形量較小，渠道經(jīng)過兩年的運(yùn)行，所測項(xiàng)目對(duì)比值不大于30mm(見觀測記錄表)，渠道變形量較小，且凍脹變形量和回復(fù)量基本一致，抗凍脹效果非常明顯。砼異型磚襯砌渠道變形量觀測記錄表2表2313 試驗(yàn)結(jié)論 透水襯砌渠道受負(fù)溫凍脹發(fā)生的變形量較小，使用于高水位、低溫度地區(qū)渠道改建襯砌施工，具有降低工程投資，簡化施工，縮短工期，節(jié)約水量，又可改善生態(tài)環(huán)境

14、，延長渠道使用壽命等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。 32透水襯砌地下水(潛流)二次回歸利用觀測地下水回歸利用是砼異型磚襯砌渠道的一個(gè)主要特點(diǎn)。在渠道輸水間歇期，也就是黑河沿岸引水口向下游均水期，對(duì)透水襯砌段地下水滲出水流量進(jìn)行測定，證實(shí)了回歸水利用特點(diǎn)。 321 觀測的時(shí)問和方法 觀測時(shí)間的選擇：已襯砌的渠道在輸水期間，地下水滲流量對(duì)渠道的輸水量影響很難測定，在渠道引水口閉口均水期間，渠道地下水位升高，地下水經(jīng)透水襯砌段自由滲出，經(jīng)剛性襯砌渠道流入下游，在此期間選擇觀測地下水回歸利用時(shí)段流量，每天觀測l2次，累計(jì)觀測次數(shù)l2次。觀測方法：在渠道透水襯砌段以下的弧底梯形斷面預(yù)制磚村砌段(剛性襯砌

15、)，安裝三角形量水堰測量透水襯砌段的滲流來水量，用直尺量的三角形過水堰水頭高度H，根據(jù)流量計(jì)算公式H=1 343H247，計(jì)算出各次流量觀測的流量見表3。322 試驗(yàn)結(jié)果 渠道通過透水的性質(zhì)，將高于渠底的地下水滲入渠道輸向下游，減輕或消除了地下水對(duì)襯砌體的浮托力，平衡地下水和渠道灌溉水對(duì)襯砌體壓力，有利于保持襯砌渠道斷面的規(guī)則性，延長渠道使用壽命。 4 結(jié)論 綜上所述，用砼異型磚透水襯砌技術(shù)作為地下水位較高的渠道的襯砌方案，經(jīng)過七壩干渠的初步應(yīng)用和試驗(yàn)，砼異型磚襯砌后，一是輸水速度加快，提高了水的利用率。二是抗凍脹效果明顯，襯砌體凍脹變形量在允許范圍內(nèi)。三是對(duì)地下水二次回歸進(jìn)行了有效地利用。四

16、是發(fā)揮了排水治理鹽堿地的作用。在高臺(tái)縣今后水利工程地下水位較高的渠道中可大量采用，能有效防止渠道凍脹破壞，降低工程造價(jià)。 采用砼異型磚透水襯砌技術(shù)具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，渠道透水襯砌與漿砌石和預(yù)制磚剛性襯砌相比較，每m節(jié)省投資1381元，綜合凈效益達(dá)42萬元。本項(xiàng)目完成后，將會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景，尤其是地下水位較高的地區(qū)，采用該村砌技術(shù)效益將更加明顯。 甘肅友聯(lián)灌區(qū)渠道防滲防凍脹技術(shù)應(yīng)用1、灌區(qū)概況 1.1 自然地理概況 地理位置 友聯(lián)灌區(qū)位于甘肅省河西走廊高臺(tái)縣中部，處在祁連山和合黎山的交接平原地帶，北部毗鄰黑河，南靠蘭新鐵路復(fù)線、312國道和 G30 高速公路，東與臨澤縣接壤,西至許三

17、灣沙丘及肅南縣明花區(qū)。控制灌溉面積 33.49 萬畝，其中農(nóng)田 27.07 萬畝,林草地6.42萬畝。 氣候條件 該灌區(qū)屬大陸性溫帶荒漠干旱型氣候，冬夏較長，春秋較短，春季多風(fēng)少雨，冬季較為寒冷。多年平均氣溫4.6，最低氣溫 -22，最高氣溫 33，年平均最大風(fēng)速 21m/s，最大凍土層深 1.2m。水庫位于河西走廊平原區(qū)，多年平均降雨量104.4mm，多年平均蒸發(fā)量 1901.8mm，具有干旱少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈，日照時(shí)間長，太陽輻射高，晝夜溫差大和光熱資源豐富等特點(diǎn)，適宜種植多種作物。 水文地質(zhì)及地貌 灌區(qū)地表徑流以發(fā)源于祁連山的黑河為主，灌區(qū)多年平均灌溉引水量 1.65 億 M3，灌區(qū)貯存第四

18、系松散巖類孔隙水，有潛水和承壓水兩種類型。含水層自南東向北西變淺。城區(qū)附近由于基利用率明顯提高，高效節(jié)水面積進(jìn)一步發(fā)展，管理水平有了很大提高，水資源得到合理配置，保灌面積也有了一定的提高，灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件得到進(jìn)一步改善。還有一部分渠道為土渠運(yùn)行,大部分舊井還沒有得到配套,總體上友聯(lián)灌區(qū)農(nóng)田水利設(shè)施配套率還很低，很大程度上制約了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 友聯(lián)灌區(qū)現(xiàn)有平原洼地水庫8 座，總庫容 2357.1 萬立米；機(jī)電井1447眼；共有干渠19條，總長324.528km，其中高標(biāo)準(zhǔn)襯砌184.319km，襯砌率56.8；支渠26 條，總長115.691km，其中高標(biāo)準(zhǔn)襯砌109.631km，襯砌率94.

19、8；斗渠643條，總長596.167km，其中高標(biāo)準(zhǔn)襯砌 383.8437km，襯砌率 64.38。現(xiàn)有干、支、斗排水溝 228條，總長度 295.74 km，配套各類建筑物 6282 座。目前，大部分排水溝因多年運(yùn)行且缺乏維護(hù)資金已塌陷、淤積嚴(yán)重，排水不暢，建筑物老化失修。 1.4 灌區(qū)管理 灌區(qū)管理機(jī)構(gòu)為友聯(lián)灌區(qū)水利管理處，現(xiàn)有管理人員 167人，水利管理施行灌區(qū)+農(nóng)民用水者協(xié)會(huì)的管理模式，部分渠道施行水票制供水，水管體制改革步伐進(jìn)行健康有序，成效明顯。 2、灌區(qū)渠道防滲防凍脹技術(shù)措施應(yīng)用情況 友聯(lián)灌區(qū)水資源緊缺，為了節(jié)約用水，提高水的利用率，渠道防滲是灌區(qū)迫切需要解決的主要問題。但灌區(qū)地

20、下水位，地質(zhì)條件多樣化，在灌區(qū)內(nèi)輸水明渠渠道主要的防滲措施為剛性襯砌渠道，其他為低壓管道灌溉、溫室滴灌、大田滴灌和噴灌等高新節(jié)水技術(shù)，由于諸多因素的制約，高新節(jié)水技術(shù)控制面積小于明渠灌溉面積，但剛性襯砌凍脹破壞現(xiàn)象嚴(yán)重，渠道抗凍脹設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不很豐富。隨著黑河流域灌區(qū)節(jié)水改造項(xiàng)目的全面實(shí)施，灌區(qū)大量的渠道進(jìn)行襯砌，渠道的防滲抗凍脹技術(shù)措施成為工程建設(shè)的關(guān)鍵。2001 年以前，灌區(qū)內(nèi)輸水渠道大部分為土渠運(yùn)行，渠道輸水滲漏損失大，干渠水的利用系數(shù)為 83.6%，支渠水的利用系數(shù)為 86.2%，斗渠水的利用系數(shù)為 86.4%。農(nóng)渠水的利用系數(shù)為 81.2%，田間水的利用系數(shù)為 89.6%，灌溉水的利用系

21、數(shù)僅為 45.3%，截止 2009年，隨著黑河流域綜合治理項(xiàng)目和灌區(qū)節(jié)水改造等項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)渠道采取了防滲防凍脹技術(shù)處理，渠道輸水損失大大減少，灌溉效率明顯提高，干渠水的利用系數(shù)提高到 85.2%，支渠水的利用系數(shù)提高到 87.9%，斗渠水的利用系數(shù)提高到88.6%。農(nóng)渠水的利用系數(shù)提高到 83.8%，田間水的利用系數(shù)提高到 90.5%，灌溉水的利用率2009年已經(jīng)達(dá)到50.3%，節(jié)水效益顯著，灌溉運(yùn)行管理效益提高。 2.1 渠道的防滲抗凍脹措施 友聯(lián)灌區(qū)工程中常采取的渠道防滲措施為剛性襯砌。防凍脹技術(shù)措施主要有置換措施、保溫措施、適應(yīng)措施、優(yōu)化結(jié)構(gòu)等。 防滲措施 渠道防滲主要采取剛性襯砌，利

22、用當(dāng)?shù)刎S富的混凝土原料：沙子、卵礫石和水泥。對(duì)輸水渠道進(jìn)行砼現(xiàn)澆或預(yù)制砼磚襯砌，渠道高標(biāo)準(zhǔn)襯砌以后，經(jīng)灌溉及輸水量測試驗(yàn)，渠道輸水能力大幅提高，縮短輸水時(shí)間，提高灌溉效率，起到防沖、減淤、防坍塌、穩(wěn)定渠床及保障輸水安全，減少了渠道輸水滲漏損失，大大提高了渠系水的利用系數(shù)，減輕了渠道維護(hù)運(yùn)行管理的投入，同期相比增加了收入，提高了渠道的質(zhì)量和使用壽命。 置換措施 用非凍脹性土置換凍脹性土是目前最常用的抗凍脹措施，具有設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)豐富，已為大家接受的優(yōu)點(diǎn)，但渠道線長，置換工作量大，從經(jīng)濟(jì)上考慮，這種方法一般只適用于當(dāng)?shù)鼗蚋浇休^豐富的非凍脹性土的地方，而且應(yīng)保證置換層在凍結(jié)期為不飽和水和防止在使用期

23、間不受大量的細(xì)顆粒污染。 友聯(lián)灌區(qū)干、支、斗、農(nóng)渠防凍脹技術(shù)措施絕大部分均采取置換措施。非凍脹性土工程上常選用含泥量小于5的砂礫石墊層，若當(dāng)?shù)厝狈ι暗[石而具有豐富的砂，也可考慮用粒徑滿足要求的砂代替砂礫石作置換層，但用砂作墊層具有施工時(shí)不宜夯實(shí)，運(yùn)行期易被細(xì)顆粒污染而失效的缺點(diǎn)。 友聯(lián)灌區(qū)采取置換措施襯砌的渠道，經(jīng)多年運(yùn)行，防凍脹效果非常明顯。目前，除特殊地質(zhì)條件外，所有襯砌的渠道均采取置換措施。但對(duì)渠道開挖高程低于地下水位的渠段，置換層在凍結(jié)期因被水浸泡而失效，置換法在這種渠段不宜采用。對(duì)受田間回歸水影響的渠段置換層易被細(xì)顆粒淤塞而縮短工程壽命，應(yīng)設(shè)置防濾層或土工織物對(duì)墊層料加以保護(hù)。 保溫

24、措施 負(fù)溫是渠道產(chǎn)生凍脹破壞的外因，在渠道剛性襯砌體下面鋪設(shè)一層受力變形小，隔熱性能優(yōu)良的保溫材料，便可削減或消除渠床基土在冬季的凍脹變形，避免渠道的凍脹破壞。 友聯(lián)灌區(qū)在渠道上使用的新型保溫材料是聚苯乙烯泡沫板。聚苯乙烯泡沫保溫板在工廠集中生產(chǎn)，質(zhì)量容易控制，埋在地下不受污染，不易變質(zhì)，幾乎適用于任何地質(zhì)條件，雖然保溫板長期浸泡在水中隔熱性能會(huì)減低，但此種地質(zhì)條件下的渠道已具有排陰功能而無襯砌必要。同置換法相比，保溫法具有施工方便，適用范圍廣，工程壽命長的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)優(yōu)先選用，此外與置換法相比在非凍脹性土不豐富的地區(qū)也具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。 適應(yīng)措施 對(duì)于地下水位較高的地段，采用柔性襯砌可避免渠

25、道的凍脹破壞，或采用容許法向位移大的襯砌形式可減輕渠道剛性襯砌體的凍脹破壞。友聯(lián)灌區(qū)主要采用的是透水襯砌方式。方法有預(yù)制異型磚襯砌法和干砌塊石襯砌法兩種，透水襯砌能夠適應(yīng)一定的變形，解決了高地下水位地區(qū)渠道凍脹破壞問題，但沒解決渠道滲漏問題，不適應(yīng)節(jié)水的要求，在缺水地區(qū)不應(yīng)將透水襯砌當(dāng)作一種新型的襯砌形式而加以推廣運(yùn)用。 優(yōu)化結(jié)構(gòu) 友聯(lián)灌區(qū)在近年來的節(jié)水工程中，干支渠道斷面大多采用弧梯形斷面形式，斗農(nóng)渠斷面多采用U 型渠槽的斷面形式，與梯形斷面相比，弧形斷面、弧底梯形斷面具有較大的容許法向位移，采用這兩種斷面形式有效地減輕了渠道的凍脹破壞。 2.2 技術(shù)措施的應(yīng)用情況 在各種抗凍脹措施中，置換

26、措施雖然應(yīng)用最廣泛，但渠道受田間回歸水影響時(shí)置換層易被細(xì)顆粒淤塞而縮短工程壽命，在非凍脹性土缺乏的地區(qū)采用這種方案工程造價(jià)也相對(duì)較高。襯砌體下鋪聚苯乙烯保溫板是新興的抗凍脹措施，具有適應(yīng)面廣、投資適中、施工方便、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)，與置換法相比工程造價(jià)相當(dāng)時(shí)宜，優(yōu)先采用。在非凍脹性土缺乏的地區(qū)與置換法相比保溫板方案在經(jīng)濟(jì)上也具有明顯的優(yōu)越性，易進(jìn)行全面推廣。 置換措施應(yīng)用情況 友聯(lián)灌區(qū)干、支、斗、農(nóng)渠防凍脹技術(shù)措施絕大部分均采取置換措施。采取置換措施襯砌的渠道，經(jīng)多年運(yùn)行，防凍脹效果非常明顯，應(yīng)用范圍很廣。 保溫措施應(yīng)用情況及效果 友聯(lián)灌區(qū) 2002 年在三清干渠中采用聚苯乙烯泡沫保溫板襯砌渠道

27、1.06公里。為了進(jìn)一步推廣應(yīng)用，20032004年我縣又在友聯(lián)灌區(qū)的納凌干渠、納凌支渠、三清干渠、柔遠(yuǎn)干渠、站家干渠、小壩干渠等渠道中推廣應(yīng)用聚苯乙烯泡沫保溫板襯砌渠道長32公里，推廣應(yīng)用項(xiàng)目從2003 年9月開始至2004年11 月完工，共鋪設(shè)聚苯乙烯泡沫保溫板 32649.59 立米。保溫板方案每公里投資比砂礫石墊層方案 （置換措施）每公里節(jié)約投資約13.2萬元，有效地降低了工程造價(jià)。 采用聚苯乙烯泡沫保溫板襯砌的渠道，經(jīng)多年運(yùn)行，通過渠道上埋設(shè)的凍脹量觀測桿、地溫觀測儀和土壤含水量觀測儀，分別對(duì)渠道凍脹變形、保溫板下基土溫度和含水量進(jìn)行定時(shí)觀測，根據(jù)觀測資料分析，初步得出試驗(yàn)結(jié)論。渠道

28、凍脹變形量均為零，抗凍脹效果非常明顯。從外觀上與墊層渠道相比，無任何變化，渠道線直面平，砌體平整，勾縫密實(shí)光滑無裂縫，工程完好，沒有發(fā)生凍脹現(xiàn)象。 透水襯砌應(yīng)用情況及效果 友聯(lián)灌區(qū) 2003 年在站家干渠中采用透水襯砌襯砌渠道 1.8公里。其它灌區(qū)干渠透水襯砌應(yīng)用4.9公里。 為了定量研究透水襯砌抗凍脹變形能力，在試驗(yàn)段渠道上對(duì)渠道凍脹變形進(jìn)行定時(shí)觀測。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)分析：透水襯砌渠道受負(fù)溫凍脹發(fā)生的變形量較少，所測項(xiàng)目對(duì)比值不大于15毫米，由于透水襯砌能夠適應(yīng)一定的變形，因此渠道襯砌體凍脹量較小，且凍脹量和回復(fù)量基本一致，沒有發(fā)生嚴(yán)重變形現(xiàn)象，抗凍脹效果非常明顯。 采用砼異型磚透水襯砌方案施工

29、的渠道，通過透水的性質(zhì)，將高于渠底的地下水滲入渠道輸向下游，減輕或消除了地下水對(duì)襯砌體的浮托力，平衡地下水和渠道灌溉水對(duì)襯砌體壓力，有利于保持襯砌渠道斷面的規(guī)則性，延長渠道使用壽命。 用砼異型磚透水襯砌技術(shù)作為地下水位較高的渠道的襯砌方案，經(jīng)過站家干渠的初步應(yīng)用和試驗(yàn)，砼異型磚襯砌后，一是輸水速度加快，提高了水的利用率。二是抗凍脹效果明顯，襯砌體凍脹變形量在允許范圍內(nèi)。三是對(duì)地下水二次回歸進(jìn)行了有效地利用。四是發(fā)揮了排水治理鹽堿地的作用。在高臺(tái)縣今后水利工程地下水位較高的渠道中可大量采用，能有效防止渠道凍脹破壞，降低工程造價(jià)。 3、典型渠道措施案例分析 3.1 三清干渠保溫措施試驗(yàn)研究 我縣自

30、 2002 年 6 月份開始，主要在友聯(lián)灌區(qū)三清干渠中進(jìn)行聚苯乙烯泡沫保溫板代替砂礫石墊層作為渠道抗凍脹措施試驗(yàn)研究。在三清干渠樁號(hào) 36+04837+108 段,長 1.06 公里渠道中采用聚苯乙烯泡沫保溫板代替砂礫石墊層作為渠道抗凍脹措施，并在樁號(hào) 37+04837+108 段設(shè)置了 6 個(gè)保溫板試驗(yàn)段（60米），在37+10837+118段設(shè)置了1 砂礫石墊層對(duì)比試驗(yàn)段進(jìn)行抗凍脹觀測試驗(yàn)。從2002 年6月份開始實(shí)施至10月份完成。 三清干渠36+04837+048段，設(shè)計(jì)流量2.5 m3/s，加大流量為3.13 m3/s。渠道設(shè)計(jì)為弧底梯形斷面，底部用12cm厚C15砼現(xiàn)澆，邊坡用8c

31、m厚C15砼預(yù)制塊襯砌，渠深2.96m，渠口寬度6.03m。砌體下面鋪設(shè)聚苯乙烯保溫板作為渠道抗凍脹措施。 保溫板密度設(shè)計(jì)為 25kg/m3，物理力學(xué)性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求。由于聚苯乙烯泡沫保溫板作為砼襯砌渠道抗凍脹措施在甘肅省尚屬首次使用，缺乏設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)，因此設(shè)計(jì)厚度取規(guī)范推薦的上限即為設(shè)計(jì)凍深的110。三清干渠 36+04837+048 段土質(zhì)為重壤土，地下水位在渠底以下 23m，最大凍土深度 1.06m。經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)凍深陰坡 144cm，渠底 135cm，陽坡 99cm；保溫板設(shè)計(jì)厚度陰坡 14cm,底部13cm,陽坡10cm。渠道設(shè)計(jì)橫斷面如下所示(圖1)： 為了確定最佳保溫板設(shè)計(jì)厚

32、度與密度，我們在樁號(hào)37+04837+108 段設(shè)計(jì)不同厚度、不同密度的保溫板 6 組進(jìn)行抗凍脹試驗(yàn)，具體情況見下表（表1）：并設(shè)1組砂礫石墊層對(duì)比試驗(yàn)段，設(shè)計(jì)墊層厚度陰坡10570cm，渠底95cm，陽坡7045cm。 為定量研究保溫板抗凍脹效果，在每組試驗(yàn)段渠道上埋設(shè)凍脹量觀測桿、地溫觀測儀和土壤含水量觀測儀，共埋設(shè)觀測管120根，其中：地溫觀測管36根，地下水觀測管36根，凍脹及凍深觀測管 48 根。在冬季分別對(duì)渠道凍脹變形、保溫板下基土溫度和含水量進(jìn)行定時(shí)觀測，六組試驗(yàn)段經(jīng)過三個(gè)冬季的觀測，均沒凍脹破壞跡象出現(xiàn)，凍脹變形量均為零，說明抗凍脹設(shè)計(jì)最為薄弱的第六組試驗(yàn)段尚有一定的安全富余。

33、 綜上所述，聚苯乙烯泡沫保溫板代替砂礫石墊層是行之有效的渠道抗凍脹措施，在今后水利工程中可大量推廣使用。 該項(xiàng)目完成后，高臺(tái)縣水務(wù)局積極組織申報(bào)了渠道聚苯乙烯泡沫塑料板抗凍脹實(shí)驗(yàn)研究科技項(xiàng)目，2004 年 9 月，張掖市科技局組織鑒定，張掖市人民政府授予市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。 3.2 站家干渠透水襯砌措施試驗(yàn)研究 2003年友聯(lián)灌區(qū)的站家干渠等渠道工程上進(jìn)行了襯砌應(yīng)用。 由于站家干渠 3+1604+960 渠段 1.8 公里，渠底基本與黑河河底相平，據(jù)渠線探抗揭示，地下水在地面以下0.51.0m之間，而渠深在地面 1.0m 以下，該段干渠經(jīng)常有潛流滲入，為了開源節(jié)流，開發(fā)該段地下水，根據(jù)地下水二次

34、回歸規(guī)律，充分利用地下水，將地下水引入干渠，使有效的水資源發(fā)揮應(yīng)有的效益。 在設(shè)計(jì)工藝上將襯砌渠道砼預(yù)制磚設(shè)計(jì)為空心的正三角形和正六邊形，每條邊寬度8cm，中間用塊石填縫，砼預(yù)制磚和塊石下面鋪墊一定厚度的墊層料，用于緩解凍脹對(duì)襯砌體的變形張力。因透水襯砌的砼異型磚與干砌石之間屬于柔性連接，能適應(yīng)一定的變形能力，因此，能保持渠道襯砌的規(guī)則斷面，提高渠系水利用率，延長渠道使用壽命。 該段渠道設(shè)計(jì)流量 1.8 m3/s，渠道設(shè)計(jì)為梯形斷面，底部用30cm 厚干砌塊石，邊坡用15cm 厚C15砼異型磚預(yù)制塊襯砌，砼異型磚內(nèi)的塊石填縫厚度為 25 厘米。渠深 1.36m，渠口寬度4.9m，底寬1.5m。

35、砌體下面鋪設(shè)25cm厚砂礫石墊層。 渠道設(shè)計(jì)橫斷面如下所示(圖2)： 圖2:砼異型磚采用兩種結(jié)構(gòu)型式，一種是邊長為115厘米的等邊三角形，一種是半徑為57.5厘米的六邊形，厚度均為15cm，經(jīng)過抗凍脹設(shè)計(jì)，確定墊層厚度為 25 厘米。砼異型磚幾何尺寸及襯砌圖樣如下： （1）等邊三角形(圖3)（2）正六邊形(圖4)在透水襯砌工程實(shí)施中，設(shè)置了6組抗凍脹試驗(yàn)段和1組地下水回歸滲流測流段，通過觀測數(shù)據(jù)整理分析，透水襯砌渠道受負(fù)溫凍脹發(fā)生的變形量較小，渠道經(jīng)過兩年的運(yùn)行，所測項(xiàng)目對(duì)比值不大于 30mm（見表 2），渠道變形量較小，且凍脹變形量和回復(fù)量基本一致，抗凍脹效果非常明顯。渠道通過透水的性質(zhì)，將高于渠底的地下水滲入渠道輸向下游，減輕或消除了地下水對(duì)襯砌體的浮托力，平衡地下水和渠道灌溉水對(duì)襯砌體壓力，有利于保持襯砌渠道斷面的規(guī)則性，延長渠道使用壽命。 透水襯砌渠道受負(fù)溫凍脹發(fā)生的變形量較小，適用于高水位、低溫度地區(qū)渠道改建襯砌施工，具有降低工程投資，簡化施工，縮短工期，節(jié)約水量，又可改善生態(tài)