渠道防渗防冻胀技术应用讲座

第二期:大型灌区渠道防渗防冻胀技术应用(二)

八、 陕西泾惠渠灌区渠道防渗防冻胀技术应用

陕西省泾惠渠管理局隶属于陕西省水利厅管理,管理的泾惠渠灌区位于关中中部,是一个自泾河自流引水的大型灌区。灌区农作物以小麦、玉米为主,在灌溉的保证下粮食持续高产稳产。灌区灌溉引水为黄河水系渭河支流泾河水源,在泾河张家山出山口设坝引水。但是每年汛期,泾河高含沙水严重影响了灌区的夏灌工作。管理局自1958年开始对渠道高含沙引水灌溉进行不断研究,对各干支渠的挟沙能力进行计算分析,取得了显著成效,有力的指导了灌区的灌溉管理工作。同时,针对灌区冬季渠道易产生冻胀破坏的特点,结合历年渠道衬砌改造工程的实施,摸索探讨出了适合灌区特点的渠道衬砌结构形式,为灌区渠道衬砌改造工程效益的长久发挥奠定了科学基础。现就灌区泾河泥沙特性级渠道冻胀破坏试验研究情况汇报如下:

(一)灌区概况

陕西省泾惠渠灌区,位于陕西省八百里秦川腹地,是一个自泾河自流引水的大型灌区。灌区所辖咸阳、西安、渭南三市的的三原、泾阳、高陵、临潼、闫良和富平六个县(区)的48个乡镇,602个行政村,总人口120万人,其中农业人口97.9万人。灌区规划灌溉面积为145.3万亩,有效面积131万亩。

泾惠渠灌区是我国最古老的三大水利工程之一,秦•郑国渠的延续,历经二千多年的兴衰变化,由近代水利大师李仪祉先生主持规划设计,于1932年6月建成通水。渠首设于泾阳县王桥镇的泾河张家山峡谷,为低坝自流引水枢纽,渠首设计引水流量46立方米每秒,加大流量50立方米每秒。

1、自然概况

灌区北依仲山,西起泾河,东至石川河西岸,南临渭河,地理坐标介于东经108度34分至109度21分,北纬34度25分至34度41分,东西长约70km,南北宽约27km,总面积1180平方千米;地形总趋势是自西北向东南倾斜,海拔标高450~350m,地面坡降一般为3.33‰~1.66‰,平均坡降2.5‰左右;灌区北邻黄土台塬,西、南、东三面有泾河、渭河、石川河环绕,清峪河由灌区北部自西向东穿越,为一较完整的水文地质单元,地面和地下径流排泄条件好,地下水(潜水)平均埋深15.8m,最大埋深40.2m,最小埋深5.0m(2008年观测统计资料);第四纪河流冲积成因的黄土状亚粘土在灌区广为分布,土层自然容重1.4~1.6吨每立方米,空隙率为40~50%;土壤物理性状基本良好,土壤耕层容重、孔隙度比较适宜。

灌区属大陆型半湿润半干旱季风气候,多年平均降水量538.9mm,年平均降水77.5天,降水时空分布极不均匀,7~9月降水量占年降水总量的50~60%;年蒸发量1212mm(E80—E20观测值),总日照时数2200小时,无霜期232天,年平均气温15摄氏度,最低气温-4摄氏度~-23摄氏度,属季节性冻土区,土层冻深20~40cm。

灌区自然灾害以旱灾为主,据建国60来统计,灌区共发生干旱15次,成灾10次,有三年一旱的规律。同时,近二十年来,灌区大量开采地下水,地下水位呈连续大幅度下降趋势,部分地区机井大多"吊空",致使灌区三水平衡失调。

2、灌区水土资源及工程设施概况

(1)水资源状况

灌区由泾河张家山自流引水,张家山引水枢纽以上流域面积占总流域面积的95%。据渠首张家山水文站1956~2005年水文观测资料,该段系列多年平均实测径流量16.88亿立方米,按水利年度统计,实测年最大径流量发生在1963年9月~1964年8月,为31.086亿立方米,实测年最小径流量发生在1999年9月~2000年8月,为0.683亿立方米,大于均值的年份有21年,小于均值的年份有29年。连续大于均值的有1962~1971年,共10年系列,平均年径流量22.97亿立方米,连续小于均值的有1995~2003年,共9年系列,平均年径流量10.52亿。实测最大洪峰流量9200立方米每秒(1933年8月8日),最小枯水流量0.7立方米每秒(1954年6月29日),常流量15~20立方米每秒;在夏灌期的7、8、9三个月,呈大流量、高含沙同步出现,径流量占全年63%,年输砂达2.65亿吨,最大含沙量1040千克每立方米。与灌区灌溉用水相匹配,灌区日平均含沙量小于等于13%的河源来水量,其多年平均值为12.68亿立方米。

灌区地下水80%以上为重碳酸盐水,矿化度1~3克每升,宜于灌溉,埋深一般在5~30m,最大埋深38m,主要靠灌溉回归水和大气降水入渗补给。灌区现有机井1.39万眼。地下水宜开采量1.5~2.0亿立方米,多年平均实际开采量为2.29亿立方米。全灌区在扣除井灌面积后,25%、50%、75%保证率计算全年渠灌需水量分别为16322、30110、46082万立方米。75%保证率亩均须渠灌水量317.15 立方米每亩。采用长系列操作法逐日计算1976~2005年30年水文系列,灌区多年平均灌溉需水量37468万立方米,供水量28522万立方米,占需水量的76.1%,缺水量8946万立方米。

(2)土地资源状况

泾惠渠灌区设施灌溉面积145.3万亩,有效灌溉面积131.0万亩,其中自流灌溉面积111.02万亩,抽水灌溉面积19.98万亩,渠井双灌面积110万亩,中低产田面积99.3万亩,田间节水工程灌溉达到标准的只有36.5万亩。排水工程控制面积103万亩。

(3)水利工程设施状况

灌区水利工程设施包括:水源工程、灌溉渠系骨干工程、排水渠系骨干工程和其他工程等。

①水源工程

灌区渠首有张家山水库一座,大坝为微拱砼溢流重力坝,坝高35.7米,坝顶加设10.3×8m拦河闸6孔。总库容1060万立方米,有效库容427万立方米,防洪标准按30年设计,200年校核,系Ⅱ等Ⅱ级建筑物。设计灌溉引水流量46立方米每秒,加大流量50立方米每秒,属低坝自流引水。另有泾惠渠西郊水库一座,位于三原县城以西约2km的清河干流上,是一座渠库结合的中型水库,处于灌区北干渠的末端。水库大坝为均质土坝,坝高42m,坝顶宽度15.0m,坝顶长度208m。溢洪道布置在大坝右岸,为岸边开敞式,导流排沙泄洪洞布置在大坝与溢洪道之间。总库容3405万立方米,有效库容1984万立方米,水库充库水量主要是利用泾惠渠引泾河来水,通过灌溉渠道进行充库,水库年调节水量3050万立方米,设计正常蓄水位420.0m。抽水站位于坝上游右岸400m处,为岸坡斜拉式抽水站,安装6台高压潜水泵,装机容量1680kw,设计扬程25.2m,设计抽水流量4.8立方米每秒,最大抽水流量5.67立方米每秒。

③灌溉渠系骨干工程

现有干渠5条,长80.6km,支渠25条,长336.21km,有各类建筑物2520座,目前衬砌渠道占干支渠总长的64.8%。斗渠593条,长1477.5km,已衬砌511公里,占斗渠总长的34.6%。分渠4787条,长2042.07km,已衬砌693.32公里,占分渠总长的34%。沿灌区总干渠、北干渠、一支渠建有张家山、官苗、寨子沟、云阳、徐木等5座抽水站,总装机10933KW,设计抽水总流量11立方米每秒。

④排水渠系骨干工程

灌区排水渠系工程比较完善,有泾永、雪河、仁村、陵雨、大寨、滩张、清河北等7个排水系统,干沟10条,长118.7km,支沟75条,长377.1km,分毛沟334条,长375.1km,配套各类建筑物1913座,控制排水面积686.7平方千米,占灌区总面积的58.2%。

④其他工程

灌区有坝后电站一座,安装3台水力发电机组,总装机容量7500kw,单台满载发电需水流量为16立方米每秒,年平均发电量2000~2200万度。另有渠道水力发电站一座,位于南干渠进口段,装机2台共1600kw,年发电量580万度,单台发电需水流量为7立方米每秒。

3、社会经济状况

灌区地处陕西关中平原中部,素有关中"白菜心"之美誉,灌区经济基础条件好。据统计,2009年灌区国内生产总值达959630万元,农业总产值469706万元。灌区辖602个行政村,止2004年底,总人口120万人,其中农业人口97.9万人,农户24.09万户。农民人均纯收入已达2703.5元。耕地面积146.9万亩,人均耕地1.50亩,人均水浇地1.36亩。灌区农作物以种植小麦、玉米为主。粮经比7.6:2.4,两年三熟,复种指数1.75,灌区2009年作物种植面积237.66万亩。其中小麦103.1万亩,玉米99.8万亩,棉花7.31万亩,经济作物种植面积14.8万亩,果林种植面积10.4万亩,其它粮食作物2.2万亩。

泾惠渠灌区开灌以来,灌区农业生产条件明显改善,社会效益十分显著,灌区粮食平均亩产目前已达560公斤。据灌区1949~2009年间的60年资料统计,灌区已累计生产粮食215.3亿公斤。灌区以仅占全省2.5%的耕地,却生产出了占全省5.8%的粮食,对我省农业生产乃至国民经济的发展做出了巨大的贡献。

(二)泾河泥沙特性

泾河系多泥沙型河流,河水暴涨暴落,泥沙时大时小,来水含沙量大极高,而且颗粒细,粘粒含量多。泾河水流含沙量极高,张家山站1932~2001年资料显示,其多年平均含沙量144.5千克每立方米,汛期为252千克每立方米,实测最大断面含沙量1430千克每立方米。经沙量还原计算,其多年平均输沙量2.86亿吨,其中,实测悬移质2.73亿吨,推移质0.03亿吨,还原量0.10亿吨,输沙量在年纪间变化甚大,年内分部极不均匀。最大输沙量11.44亿吨,最小为0.54亿吨;汛期(7~9月)平均输沙量2.58亿吨,占全年输沙量的90.5%。

在泾河泥沙资料中,1964~1980年有分析统计的数据,然而随着泾河上游的建设和发展,该数据有所变化。2007年,为了建设渠首排沙漏斗工程,对泾河泥沙进行了详细的泥沙试验,泾河悬移质颗粒级配已有变化。1964年~1980年17年资料统计分析,泾河泥沙以悬移质为主,悬移质颗粒级配如下表:

泾河悬移质颗粒级配表

项目 平均小于某粒径含沙量百分数 中值粒径(mm)
粒径
  0.005 0.010 0.025 0.05 0.10 0.25 0.5 1.0 0.035
总数 6928730 911032 17370000 31700300 44029900 42649700 46597400 46724000
% 14.8 19.5 37..2 67.6 94.2 99 99.7 100

2007年,《泾惠渠渠首排沙漏斗工程泥沙原型观测报告》,泾河泥沙以悬移质为主,悬移质颗粒级配如下表:

项目 平均小于某粒径含沙量百分数 中值粒径(mm)
粒径(mm)
泥沙组成 0.007 0.010 0.025 0.05 0.10 1.0 0.012
含量% 28 12.3 39.7 17.1 2.9 0
泥沙沉降速度(m米每秒) 0.0252 0.0514 0.335 1.29 4.97  

(三)灌区渠道结构及冻胀破坏形式

1、灌区渠道衬砌的结构形式和运用情况

灌区衬砌渠道中,从断面形式上主要分为两种,一是梯形断面,二是"U"型或变"U"型断面。结构形式主要有浆砌石和砼两种,在多年的实践中,管理局对不同的断面和结构进行了组合试验,分别介绍如下:

(1)梯形断面衬砌形式

①予制砼板护坡。1962年开始搞渠道衬砌时,为了施工方便,采用50×25×8和50×50×8cm小块予制板护坡,缝的布置是水平通缝,垂直错缝,经过一年运行就发现水平缝裂开,而后鼓起,板块滑落。64年在南干渠永乐、庄头等段改用较大的砼予制块(予制板规格有:75×75×8、100×60×8、110×75×7、100×100×10、150×100×10cm),缝的布置改为水平错缝垂直通缝。80年代以前,采用这种形式衬砌的干支渠长度达67km,但不论板块的大小和形状如何,阴坡均遭到冻胀破坏,而板块小的,破坏更早,更为严重。八十年代以后这种形式在干、支渠道上除翻修外,再没采用过。

②现浇砼板护坡。64年开始在南干渠永乐、宝丰寺等段采用200×斜长×10cm的等厚板和8~12,11~13cm的楔形板现场浇筑的试验。其中780m在护坡中间加设腰缝的,阴坡全部沿水平腰缝鼓裂,上部砼板下滑。其它一坡到顶的也相继冻胀断裂。

③砼梁板结合护坡。在现浇板也未能抵挡冻胀破坏的情况下,管理局先采用了几种梁板结构。其形式主要有三种。

a、予制钢筋砼梁、现浇砼板。64年的南干渠永乐试验衬砌40m,运用至今,个别予制梁向渠中心有3~5cm位移,但钢筋砼梁完好无损,只是造价较高。

b、现浇砼梁结合予制砼板。现浇梁又分素砼土梁和钢筋砼梁。七十年代在南干、南二干渠采用的素砼梁压予制板已遭冻害。80年代在南二干朝李闸西改为现浇钢筋砼梁压予制板衬砌300多米,92年调查时仍然完好,又经过10年来运行,现表面已剥蚀严重,但渠道运行稳定。

c、现浇砼肋梁板。有素砼肋梁和钢筋砼肋梁两种。素砼肋梁板69年在南干渠衬砌1.2km,现衬砌高1/2以上部位均出现裂缝,80%已鼓起破坏。钢筋砼肋梁板,82年在四支渠衬砌200m,现基本完好,但相当一部分出现纵裂缝。

d、予制砼槽型板、78年以后曾在二支、三支、四支渠采用,至今已运行二十多年,基本完好。砼多孔板衬砌,八十年代开始应用于南干、北干、南二干、四支等渠段,九十年代应用于一支渠、南干等渠段,除南干磨子桥段局部出现纵向裂缝外,其余渠段均基本完好。

e、复合式板模衬砌结构,即在渠槽基土之上全断面(或阴坡半断面)铺设沥青玻璃丝布油毡,或塑料薄膜以及0.25mmPE100克每平方米复合土工布膜,然后再安砌予制砼板。此种结构形式近些年来曾在北干、二支、三支、四支等渠段采用,运用效果较好。

f、浆砌石衬砌结构,浆砌石梯形衬砌,是早期普便采用的一种衬砌形式,70年代在总干渠、南干渠、北干渠大部分采用,经过30多年运行,除水位变动区有少量脱缝外,无任何肉眼可见到的冻害。我们曾炸开砌石考察,其基土较为干燥,说明其防渗效果良好。

(2)"U"型断面或变"U"型断面衬砌结构形式

①"U"型断面砼衬砌。78年以来先后用人工或半机械、机械施工,在二支、北干分支、六支、十支等流量小于2.5立方米每秒的支渠上衬砌4.4km。较早衬砌的二支渠、北干分渠的"U"型渠槽已运行二十余年,虽有裂缝但整体仍稳定,运行基本正常。但未设伸缩缝的渠段每隔5m左右不同程度的出现横向裂缝。

②"U"型断面浆砌石衬砌。90年代曾在十支渠采用,经91年冬季低温(-16.5摄氏度)考验,未出现纵向裂缝。

③弧形坡角梯形断面,其衬砌结构形式有,现浇砼肋梁板、现浇砼板下铺沥青玻璃丝布油毡防渗膜料、予制砼板下铺沥青玻璃丝布油毡、现浇砼板下铺保温板(珍珠岩板或聚苯乙稀泡沫板)等,上述结构形式1990年开始,在四支渠进行衬砌试验,经过了1991年冬(20年一遇)的低温考验至今基本完好。自97年以来新衬渠道,将原设计板下膜料改为0.25mmPE100克每平方米复合土工布膜,从目前施工和运用效果来看,均比较理想。

另外,2000年在一支渠采用浆砌石弧脚梯形断面衬砌,由于所砌渠段地下水位高,我们在砌体后增设了反滤排水体,经过两年运行观测,无冻害发生。但造价较高。伸缩缝的结构曾采用过矩形、三角形、楔形、梯形等,经多年观察,不同的缝,对护坡板和填料稳定、防渗效果没有显著的差别,后来选用矩形和楔形缝。过去,缝的填料采用沥青水泥沙浆、油毡涂沥青和沥青玛蹄脂等,这类填料夏天有被挤出流淌现象,效果不理想,近年来采用粘结力和伸缩性较强的煤焦油塑料胶泥填充材料,虽然施工方法采用了浇灌和安装成型煤焦油塑料胶泥两种形式,从渠道渗漏测验看,伸缩缝处理,仍是渠道衬砌的薄弱环节,需进一步对施工工艺和伸缩缝填缝材料进行研究。

2、不同衬砌结构的抗冻性能

渠道衬砌的冻害,缘于基土冻胀,而基土冻胀力与土质、水分、温度有关,在其它条件相同的情况下,由于冬季阴坡不易受到阳光照射,基土温度低、土壤冻胀力大,这是阴坡比阳坡冻害严重的原因。

经调查,阴坡裂缝出现的位置多在冬季水位变化范围,如南干渠冬季引用流量9~17立方米每秒,裂缝位置在0.9~1.55m范围,与渠道水位是相应的。这一带冻害较严重,其原因有二:一是外界温度。据气象资料,灌区元月份最低气温为-4摄氏度~-23摄氏度,二月份最低气温为-2.2摄氏度~-16.2摄氏度,常水位以下水温大于0摄氏度,所以水位以上板后基土通过砼面散发热量比水下大,基土温度比水下的低。二是导热性能,砼的导热系数随含水量增大而增大,当渠道水位降低,导热系数较大的饱和状态的砼板表面暴露于大气中,板下基土的热量通过砼板很快传导散失,形成"冷带",因而冻层深,冻胀量大。这种不均匀的冻胀量会使衬砌板产生位移,直至破坏。

①予制砼板:在泾惠渠灌区渠道阴坡衬砌中,予制板安砌是遭受冻害最严重的一种形式,这是因为它接缝多,而接缝是易遭冻害的薄弱环节,温度应力就可使之断裂,根据温度观测(夏季至春季),在渠水位以上,砼板面与板后温差达6~12摄氏度,由于两面温度不同,形成砼板的不均匀变形,使砼表面产生受拉现象,其强度虽小于砼抗拉强度,但大于砂浆的抗拉强度,更大于砂浆与予制板粘结面的抗拉强度,因此在砼板与砂浆接缝处首先产生裂缝,渠水由此渗入板下,增加了基土水分,遇到冬季低温,基土冻胀,薄弱的接缝首先破坏,这是予制板安砌比整体现浇板易遭受冻害的主要原因。

②现浇砼板:现浇砼板比予制板安砌抗冻性稍强,原因是,现浇板施工缝少,整体性强;另一方面现场浇筑,经过振捣,砼与基土结合较好,而予制板安砌,板与基土间难免有空隙,易形成渗水串流,增加了基土水分和冻胀量。但这种现浇板在灌区连续低温行水的情况下,水位线以上的基土和砼板冻结成整体,产生冻胀量,向外鼓起,而水下未冻的板在自重、坡脚的静磨擦力和静水压力共同作用下,阻止板向外变形,当截面抗弯强度大于外荷产生的弯矩时,板就会弯曲、折断;另一方面,虽然基土温度回升可以融沉,但冻胀板产生相应的位移一般不能复原,而要剩留一部分变形量,被折断的上段又无外力作用,故无法复位,位移量逐年积累鼓起,导致滑落破坏。

③砼梁板衬砌结构:现浇素砼梁板的抗冻性强于平板,是因为梁增强了刚度,且梁卡入土槽中既加强了粘结作用,又阻隔了渗水串流,可削弱基土冻胀,但在冻胀量大的渠段仍然遭受冻害。

为了增强梁板结构的抗冻害能力,管理局改素砼为钢筋砼梁,梁的配筋计算是假设衬砌板的上部与基土冻结成整体,作为悬臂梁的支座,产生冻胀量为支座位移其下部砼板自重,坡角阻力和静水压力为下段悬臂梁的外荷,即把砼板由于受法向冻胀力产生断裂的计算简化为悬臂梁的结构计算,采用每米一根梁,梁高20cm,梁宽15cm,板厚10cm,裂缝下段板的长度以1/3坡长计,用100#砼,不计板的抗弯作用,安全系数取1.0,计算得阴坡衬砌钢筋砼梁的配筋值如下表,这种钢筋砼梁板结构,由于钢筋砼梁具有较强的抗弯、抗剪强度,故大大提高了抗冻性能。

梁板结构钢筋砼梁配筋值

渠名 流量(立方米每秒) 衬砌高 (m) 坡长 (m) 1/3坡长弯矩(吨.米) 配筋量 备注
南二干 8.0 1.7 2.55 0.25 2φ6 现浇予制梁板80年建,完好。
四支 6.0 1.7 2.55 0.25 2φ6 现浇整体梁板82年建,完好。

④素砼槽型板:槽型板的四周肋梁具有增加抗冻胀的能力,板下空间空气导热系数小,对基土可起保温作用。同时,由于槽型板仅四周接触基土,槽腔内大面积板面呈悬空状,与基土不接触,可以减少由于基土作用于板面的冻胀力。

⑤砼多孔板:由于多孔板厚度大于同方量的砼实体板,又在迎水面加了φ4钢筋2~10根,抗弯截面及抗弯强度增大,且多孔板有4孔直径11cm的空腔,我们又把多孔板的两端封闭,空腔内的空气不易对流,空气本身是导热的不良导体,可以对基土起到保温作用,减少或避免了基土的冻胀破坏。

⑥"U"型变"U"型衬砌断面:这种断面与梯形断面相比,不仅具有湿周短,水利条件好,流速快,输沙能力强,省工省料,省地等优点外,还由于能改善渠道坡脚附近冻胀产生的应力集中情况,使冻胀应力在渠道横断面上分布较为均匀,可适应较大的冻胀力和融沉变位,运用情况良好。

(四) 针对泾河泥沙采取的措施

灌区近十年因高含沙影响灌溉生产天数年平均为18.35天,特别是2000年,因高含沙停水8次,共计31.5天。加之近年来农业结构的调整,灌区夏灌用水高度集中,水量供需矛盾日益突出,使灌区农业生产受到严重影响,主要农作物玉米得不到充分灌溉,部分面积遭到绝收。如1995年大旱,灌区下游近20万亩农田没有种上秋禾,12万亩减产,3万亩绝收。2001年由于水源不足,秋粮减产7370万千克,直接经济损失约6500万元。泥沙问题已成为制约灌区灌溉生产的主要因素,严重制约着灌区的农业发展。为了消除泥沙对灌溉的影响,管理局主要采取了工程措施和运行管理措施。工程措施上修建了总干排沙漏斗工程,运行管理措施上根据各渠道具体情况限定行水沙限和抽取西郊水库库水进行掺清。

1、修建总干排沙漏斗工程。为了解决灌区夏灌引用泾河高含沙水源问题,灌区引进专利技术,修建了总干排沙漏斗工程。该工程的建成和投入使用,有效地降低了渠水含沙,提高了水源利用率和灌区年引水时间,极大程度地保证了灌区农田及时灌溉。

2、限定渠道行水沙限。泾惠渠灌区干支(分)渠道从上到下断面结构形式多样、设计比降不同、糙率系数不同、衬砌时间不同,灌区结合各级渠道实际,通过水力计算,计算出各级渠道的挟沙能力,确定了各级渠道的引、停水含沙率,通过配水站严格进行调度和控制。通过多年运行,这样可最大限度引用泾河高含沙水源进行农田灌溉,保证灌区农作物高产稳产,又可消除泥沙对灌溉渠道的淤积,保障各级渠道按照设计流量行水和减轻灌区渠道清淤工作量。

3、抽取西郊水库库水掺清。对于灌区西郊水库可以抽水灌溉的干支渠,如北干渠系一支渠、二支渠、北干分支渠及南干渠渠系下游的渠道,在引用泾河高含沙水时,同时抽取西郊水库清水进行掺清灌溉。以掺清的形式进行农田灌溉,可以大幅度提高渠首引水含沙率,最大程度引取泾河水源,保证灌区农田及时灌溉。

(五) 针对渠道冻胀破坏采取的措施

泾惠灌区多年来的渠道防渗衬砌,对减少渠道渗漏,提高渠道输水夹砂能力,保证渠道输水安全发挥了重要作用。采用合理的衬砌断面形式和防渗抗冻措施,是提高渠道抗冻能力和使用寿命的关键。为此,管理局积极借鉴以往试验研究成果,学习外地先进经验,主要采取了以下技术处理措施:

1、断面形式。灌区渠道防渗衬砌改造采用四种形式:第一种为梯形断面,适用于流量大于20立方米每秒,且不具备改造成弧脚梯形断面的大型渠道;第二种为弧脚梯形断面,对流量为8立方米每秒~20立方米每秒的中型渠道,优先采用;第三种为弧底梯形断面,对流量为2.5立方米每秒~8立方米每秒的中型渠道,优先采用;第四种为U形断面,一般适合流量小于2.5立方米每秒的小型渠道。

2、结构形式。主要采用砼板与防渗膜料结合的板膜复合结构。砼板一般采用等厚板,板下全断面铺设PE土工膜,膜厚0.18~0.3mm,布厚100~200g。大型渠道或渠基有较大冻胀或沉陷变形时,边坡多采用底厚顶薄的楔型板,个别渠段还采用钢筋砼空心板。现浇板厚度多为8~12cm,预制板一般为6~8cm。砼板伸缩缝横向间距为3~5m,纵向5~6m,宽度2cm~3m。缝内下部填充聚氯乙烯胶泥,上部水泥砂浆或细石砼填封。对整体现浇的"U"型渠道,多采用单一的砼板结构。对地下水位较高的渠段,多采用浆砌石衬砌,并设置有排水体。

3、提高渠基土夯实密度和砼标号。要求渠基土压实系数不小于0.95,砼标号采用R150、W4、D50。

4、施工方法。干、支渠采用分层外模板衬砌,插入式振捣器振捣和滑模法浇筑技术,该方法对保证砼衬砌质量,提高施工工效效果明显。

以上技术措施中,采用U形和弧底、弧脚梯形断面,提高了砼衬砌整体性和基土抗冻胀力,较好地缓解了冻胀变形;采用复合膜料、加大基土夯实密度及砼标号,减少了基土含水率和冻胀量,降低了基土负温,削弱了基土冻胀破坏,提高了防渗抗冻胀性能。

总之,在解决泾河水源含沙量高和灌区防冻胀破坏方面,管理局在多年试验研究总结的基础上,取得了一定经验和成效,但离彻底解决这一问题的困扰还有较长的路要走。期望水利部和省厅对我灌区加大支持力度,给予资金支持,使灌区能够加大对泾河高含沙水的引用试验研究,同时继续加快灌区各级渠道的冻胀破坏研究,尽快使灌区摆脱这些问题的困扰,快步走上可持续发展道路。