石堡川灌区U型渠道毁坏成因分析与防治

雷亚萍 杨佩侠 范维新

[摘要] 本文阐述了五个方面的内容:一是石堡川灌区情况。二是灌区U型渠道改造前的状况。三是U型渠道毁坏的主要成因。四是防治U型渠道毁坏的对策。五是改造后取得的效果。

[关键词] U型渠道 毁坏 成因分析 防治

一、石堡川灌区情况

石堡川水库座落在洛河系——石堡川河上,坝址位于洛川县石头乡盘曲河村东500米处,灌区涉及澄城白水两县的15个乡镇,灌区总耕地面积76万亩,工程控制面积52万亩,设施灌溉面积40万亩。灌区由于特殊的地理位置,海拔高程气候等特征,盛产苹果,且品位特点突出,目前栽植面积已达到设施面积的40%以上。石堡川水库的修建,对长期受水困扰的渭北旱塬注入了新活力,对改善灌区农业生产基本条件,改变低产状况,增强灌区农业后劲建设国家商品粮和优质苹果基地,发挥了不可替代的作用。然而由于诸多因素的影响,灌溉期跑、冒、漏现象十分严重,水量损失造成的缺水现象制约了灌区经济的发展。为改变目前的困境,灌区领导从多渠道筹集资金,使用先进节水灌溉技术,加大渠道防渗工程建设以缓解农田灌溉缺水矛盾。近年来选用的U型渠道是目前公认的具有防渗效果好,输水能力强,抗冻胀,节省渠道占地等优点的一种节水灌溉设施。

二、灌区U型渠道改造前的状况

石堡川灌区八条支渠项目实施前,U型衬砌率为75%,其中完好率为40%,其余已不同程度毁坏,主要表现为:衬砌板膨胀裂缝,隆起架空,板块错位,甚至滑塌入渠,导致渠段淤积严重,失去防渗减糙的作用,增大渠道输水损失,降低了渠道水利用系数。经过对渠道产生的裂缝调查发现:产生不规则裂缝较多,出现的规则裂缝相对较少,衬砌裂缝在断面的曲线段发生较多,在其直线段却出现较少,裂缝出现在渠道阴坡面的情况较多,在阳坡面发生裂缝相对较少。在渠道外倾角较小的断面发生较多。

在项目实施前,通过对以往U型砼渠道破坏成因进行认真地分析,以总结经验教训,为新的渠道防渗尤其是U型渠道衬砌断面的设计提供经验。

三、U型渠道毁坏的主要成因

经过对U型渠道毁坏情况进行分析,产生毁坏的主要因素有以下几个方面。

1.由于施工质量控制不严,砼衬砌厚度不均匀,圆弧段与直线段过渡处衬砌厚度偏薄。经过四、五、六、八支渠破坏段抽查,大多厚度在3～4cm,远小于原设计的7～8cm。属于衬砌强度不够产生砼裂缝。

2.填方渠道回填密实度不达标,经抽查填方段干容重在1.45～1.50范围的占到75.6%。渠道运行一段时间后,受渗漏影响,导致回填土产生湿陷,产生不均匀沉陷,局部地方出现坑、洞、导致衬砌板产生横向裂缝。

3.石堡川灌区属次强度冻土区,多年最低气温-23℃,标准冻深84cm,深层基土含水量较高,加之渭北旱塬设计没有采取防止减弱局部抵抗的设计理念,冻胀破坏是灌区U型渠道破坏的主要原因。

4.渠道伸缩缝填料嵌填粗糙,造成渠道渗漏量大,冬季基土长期处于高含水率状态,使停水后的冻害进一步加剧。

5.衬砌体本身质量,抗裂强度较低。这主要是因为施工以民工为主,砼料拌和不均匀,人工振捣不到位,质量难以控制,强度离差大,致使蜂窝麻面多。

6.原U型渠道外倾角为8.5°,偏小。遇雨后,砌体背后基土饱和,φ、￠值降低,产生较大的推力,导致直线段内倾倒塌。

7.渠道衬砌由于设计不合理,破坏范围大、程度严重,致使工程维修资金投入加大,维护修补技术不能彻底解决问题,长年累积,破坏范围进一步扩大。老化失修严重,只能通过更新改造解决。

四、防治U型渠道毁坏的对策

通过对U型渠道的毁坏成因分析。笔者认为要彻底防治渠道衬砌在使用期内的毁坏,应从设计、施工、日常管护等方面严把关,才能有效的减轻U型砼渠道的毁坏程度。根据几年来的U型渠道工程施工经验总结,应从以下几方面入手做好U型渠道的防治。

1.设计方面

砼U型渠道是反拱结构,抗冻能力强,不易破坏,但U型渠道渠底圆弧夹角应经过力学分析后合理确定,或根据规范在15°为宜,即两侧外倾角为15°,渠深与圆弧直径1:1。对于石堡川灌区这样的次强冻胀区,铺防渗膜,适当提高衬砌砼强度,适当增加衬砌厚度,防止冻胀破坏是解决灌区U型渠道毁坏的重点。

2.施工方面

(1)严把土基回填质量关,一方面是为U型提供可靠的基础土模保证,另一方面也可减少冻胀破坏。这就要求在施工机械、施工方案,质量控制多方面加强。

(2)按要求开挖土模,成立专门的,技术熟练,责任强的专业班组,专门负责土模开挖,质检应把土模厚度做为控制检测项目,做到每平米不少于3个测点,确保砼衬砌厚度。

(3)严格控制衬砌砼施工质量,从原材料质量、砼拌合、运输、入仓振捣、养护、渠堤整修等方面把关。确保U型渠砼达到设计强度。使衬砌率抗裂缝破坏保证率不低于设计要求的96%。

(4)充分认识基土冻胀危害性,合理安排衬砌施工季节,施工时间,控制施工时基土含水量在一定范围,缩减基土冻胀危害程度。

(5)加强渠道日常管理维护工作,推广渠道维修新技术新材料的应用,发现问题及时处理确保渠道正常运行。

五、改造后取得的效果

经过几年的更新改造,灌区U型渠道内在质量满足验收标准,渠道衬砌改造项目被评为优良工程,膜料防渗防冻取得良好效果,运行三年来,整体完好,渠道水利用系数达到0.83～093,收到了很好的经济效益和社会效益,这充分说明,只要对U型渠道的破坏机理有了清楚的认识,采用科学的设计方案,合理的施工方法,以冻胀为主的渠道破坏是完全能够解决的。加上合理的运行管理,保证渠道正常运行,确保渠道衬砌的使用寿命是完全能够做到的。