开封柳园口引黄灌区续建改建中渠道防渗工程分析

杨光丽，郭 涌，申彦民

（1.开封市水利建筑勘察设计院，河南 开封 475000；2.开封市农村水利技术推广站，河南 开封 475003）

0 引言

开封市是一个水资源相对缺乏的地区，全市多年平均水资源量为12.47 亿m3，人均水资源占有量为272.9 m3，分别为全省、全国人均水资源量的60%和12%。 全市农业用水主要是地下水和部分黄河水。 随着经济社会的发展、工业和城市用水量的迅速增长，农业用水矛盾日益突出。 为此，大力推广节水灌溉技术，提高灌溉水的利用率，是势在必行的。

渠道防渗是提高农业水利用率的一项重要工程措施。 渠道防渗的种类很多，其中凝土衬砌防渗具有防渗效果好、使用寿命长、施工质量便于控制、外表美观、便于养护管理且经济可行等优点。 根据开封市柳园口灌区渠道的特点，在续建配套与节水改造中，渠道防渗工程优先考虑采用现浇混凝土衬砌防渗措施。

1 工程概况

1.1 灌区总体概况

柳园口引黄灌区原属黑岗口引黄灌区的一部分，1967 年春， 在柳园口兴建了引黄渠首闸后自成体系，目前是河南省大型灌区之一。 灌区北以黄河大堤为界，南至惠济河，东临三义寨引黄灌区，西连黑岗口引黄灌区和惠北泄水渠，涉及开封市的龙亭区、顺河区、开封县及杞县4 县（区），12 个乡（镇），灌区总人口48.44 万人，控制面积407.24 km2，设计灌溉面积3.09×104hm2。 其中，以自流灌溉为主的灌溉面积（陇海铁路以北）为1.25×104hm2，以补源为主的灌溉面积（陇海铁路以南）为1.84×104hm2。

1.2 渠道工程概况

柳园口引黄灌区现有总干渠、北干渠、东干渠、南干渠4 条骨干渠道，总长59.32 km，总干渠设计流量为46.2 m3／s。 在多年的抗旱灌溉中，灌区发挥了巨大作用。 但是，由于该灌区骨干渠道均为土渠，没有防渗措施，占地多、渗漏损失量大，塌坡、淤积严重，致使渠道输水能力低，水资源浪费严重（渠道水利用系数约为0.46）， 从而造成灌区下游用水困难，许多农田不能正常灌溉，工程效益远未正常发挥。

1.3 灌区续建配套与节水改造规划

1999 年12 月，开封市水利建筑勘察设计院编制了《河南省柳园口引黄灌区续建配套与节水改造规划报告》，计划对总干渠、干渠、分干渠及部分支渠进行全断面衬砌，田间工程采用小畦灌、管灌和喷灌等技术， 并进行了相应建筑物配套规划。 得到批复后，国家发展和改革委员会分别于2002、2006、2007、2008、2009 年下达了对柳园口引黄灌区进行续建配套和节水改造工程的投资计划，其主要工程内容是对总干渠18.12km、东干渠11.46km、南干渠15.35 km和北干渠14.39 km 的续建配套和节水改造。 与此相应，开封市水利建筑勘察设计院对此分别编制了年度工程实施方案。

2 混凝土衬砌渠道工程设计

2.1 渠道横断面设计

结合柳园口引黄灌区气温、地下水位、渠道沿线土质、渠道流量及施工条件等因素，选定现浇混凝土衬砌渠道的断面为等厚度梯形单式断面。 衬砌内边坡取1:1.5，混凝土防渗层厚度为10 cm，衬砌超高0.3 m，在衬砌顶部设置水平封顶，板宽0.3 m，并嵌入渠堤内。 渠道断面如图1 所示。

图1 渠道混凝土衬砌断面图Fig.1 Channel concrete lining section

2.2 渠道分缝设计

渠道衬砌采用的混凝土强度等级为C15。 为避免由于热胀冷缩而引起的混凝土裂缝，沿渠道左向每5m 设一道横向伸缩缝，横向伸缩缝沿渠道横断面贯通整个混凝土衬砌层；在沿渠道边坡与渠底的交界处，设两道纵向伸缩缝。 伸缩缝为矩形全缝，设计缝宽1.5 cm、缝深10cm。 施工时，伸缩缝底部8 cm用PT 胶泥灌缝，上部2 cm 用1∶2 的水泥沙浆勾缝。

3 工程施工

3.1 施工准备

渠道防渗工程施工前的准备工作包括以下5 部分：（1）进行详细的施工组织设计。 （2）布置料场、拌和场等施工场地。（3）施工用电、用水和道路的准备。（4）对试验和施工的设备进行检测和试运行，如不符合要求，应予以更换或调整。 （5）修建永久性和必要的临时性排水设施，确保衬砌渠床符合施工要求。

3.2 渠道基槽施工

柳园口引黄灌区渠道多为单式梯形断面土渠，经过长期输水作用，其断面已变成不规则断面。 因此，需按照设计要求测量放线，进行挖、填和修整，夯实出设计基槽断面，并严格控制渠道基槽断面的高程、尺寸和平整度。 夯实前，应清除渠床内的树根、淤泥、腐质土、垃圾等。 渠坡夯实厚度为1.5 m（渠底脚处至堤内侧水平距离），堤顶处夯实尺寸为1 m，形成一个斜梯形。 回填夯实采用分层开蹬夯实的方法，每层铺土厚度≤30 cm，铺土要均匀平整,并严格控制土壤含水量。 若土壤比较干燥，应通过洒水调节土壤含水量；若土壤含水量较大，应采用排水、晾晒、换土等措施，使含水量控制在适宜范围。 夯实机械采用蛙式打夯机,每层夯实遍数不得少于4 遍，夯实后土样干容重不得小于1.55 g/cm3。 一次回填夯实工作面不小于100 m， 渠道内侧应预留20～30 cm的削坡量。 削坡时，应严格控制高程及表面平整度。

3.3 施工材料要求

混凝土渠道所用水泥、沙子、碎石等原材料的质量必须符合设计和施工规范要求。 施工前，应对水泥进行取样，做物理性能试验，对沙子、碎石做级配及配合比试验。 水泥品种以1～2 种为宜，并选择固定厂家供应。 本工程优先采用了强度等级为32.5或42.5 的普通硅酸盐水泥。 沙以天然河沙为好，要求质地坚硬、颗粒洁净，不含有害杂质，细度模数控制在2.2～3.0 之内，含泥量小于3%，含水量小于4%。碎石须质地坚硬、清洁、级配良好，超径含量控制在15%以内， 逊径应小于10%， 针片状含量不大于10%。拌制和养护混凝土应采用饮用水，不可使用工业污水和沼泽水。

3.4 混凝土配合比的确定

现浇混凝土的配合比应满足强度、抗冻、抗渗及和易性要求。 水灰比的最大允许值为0.55，坍落度应控制在1～3 cm，低温季节或渠床面较湿润时，坍落度宜适当减小；高温季节或渠床面较干燥时，坍落度宜适当增大。C15 混凝土采用机械拌和，拌和时间不得少于2 min，水泥用量不得小于25 kg/m3。 根据以往的施工经验， 渠道衬砌1 m3C15 混凝土需水泥291 kg、沙677 kg、碎石1323 kg、水160 kg。

3.5 衬砌模板工程

混凝土浇筑前，应在精削后的渠床基槽上安放钢模板，并固定闭孔泡沫塑料伸缩缝。 模板安装必须按照设计图纸测量放样，对重要结构，应多设控制点，以利于检查校核。 模板要具备支立牢固、板缝紧密、表面平整、线条顺直、标高一致、易支易折等特点。 安装尺寸允许偏差不得超过《水工混凝土施工规范》的有关规定。

3.6 衬砌混凝土施工

混凝土应随拌、随运、随用。 浇筑前，土渠基应先洒水浸润。 浇筑时，应先坡后底，最后浇筑水平封顶板。 渠坡浇筑宜采用分块跳仓法施工，同一浇筑块应连续浇筑，渠底和封顶板浇筑可按一定的方向连续进行。

混凝土运到浇筑现场后，应及时溜槽入仓、人工平仓，用刮杠刮平，用平板振动器振捣。 振动器振动顺序应从下往上单方向振动，严禁过振、漏振。

混凝土浇筑完毕后，应立即用原浆进行收面，不可另外用沙浆收面，亦不可洒水收面。 收面工作要求做到表面平整光滑，无石子外漏、无蜂窝麻面。 混凝土初凝后，即可拆模，拆模必须小心，不得影响混凝土的结构。

3.7 混凝土养护

混凝土的养护是保证和提高混凝土质量的重要环节，最常用的养护方法是在混凝土的表面覆盖湿草帘、湿芦席。 在正常气温下，混凝土浇筑后6～18 h 即可养护。 养护要勤洒水，始终保持混凝土表面湿润状态。 此外，还可在混凝土表面覆盖塑料薄膜，为混凝土提供保温、保湿的环境，从而使混凝土得到充分养护。

3.8 施工质量控制

为了保证工程质量，施工中的各道工序要严格检查验收，以施工、监理、业主3 方签字为准。 未验收合格的，不得进行下一道工序施工。 施工单位应按监理要求，对隐蔽工程适时进行报验。 从开始施工到工程竣工，所有施工质量控制和检查的资料应随时记录在案、登记造册，并归档保存。

4 结语

柳园口引黄灌区节水改造工程自开工以来，已完成了5 个年度的投资计划，工程效益已初步显现：干渠输水时间大为缩短，渠道水利用系数已由改造前的0.46 提高到0.7，灌溉效率显著提高，节水效果十分明显，工程运行安全稳定。 由于混凝土渠道具有良好的防渗效果，在开封市各灌区节水续建工程中得到了广泛的应用。

[1]SL18-2004，渠道防渗工程技术规范[S],2004.

[2] 袁光裕.水利工程施工[M].北京:中国水利水电出版社，1995:153-168.

[3] 郭元裕.农田水利学[M]. 北京:中国水利水电出版社,1997:122-132.

[4] 李安国.渠道防渗工程技术[M]. 北京:中国水利水电出版社，1998:45-63.