混凝土贴面浆砌石在灌区节水改造中的应用

王建新

在灌区节水改造实施过程中，渠道防渗衬砌形式直接影响工程的寿命和防渗效果。洪水河灌区地处北方寒冷地带，冬季长达4个月之久，渠道防渗衬砌结构的冻胀破坏是一个较突出的问题。改建前，灌区内的渠系均为20世纪60～70年代修建的浆砌卵石渠道，80年代兴建了一批混凝土预制板支渠和斗渠，从运行情况分析，浆砌石渠道抗冻性能优于混凝土预制板，其主要缺点是糙率大（糙率系数为0.023～0.0275），对面层石料的选料要求较高，石料的利用率不高；底脚缝易淘刷进而破坏渠底，维修频繁。混凝土预制板渠道抗冻性能差，板间缝受冻胀应力影响易开裂，造成混凝土预制板脱落，防渗效果下降，渠道耐久性差。针对上述问题，在灌区续建配套与节水改造渠道防渗结构设计上，本着因地制宜的原则，对普通浆砌石进行了改进：即利用灌区内丰富的卵石资源，根据各级渠道渠床地质条件、水流条件、抗冻胀效果、施工难易程度、结构美观等方面综合考虑，在不同级别的渠道上采用改进后的混凝土贴面浆砌石防渗护面，断面选型以弧形底梯形、梯形圆弧坡角形、抛物线型为主，形成了干、支、斗三级渠道曲线形的最佳断面组合，渠道的抗冻、抗渗、水力学条件得到了明显改善。

一、混凝土贴面浆砌石防渗结构

1.混凝土贴面浆砌石防渗结构

防渗结构厚度的确定须同时满足抗冻、抗渗要求。对于Ⅰ、Ⅱ类强冻胀土基，渠底部及渠顶以下渠深的2/3处总厚度按渠道类别，干渠取35cm，支渠、斗渠取28～30cm，渐变到封顶为20～25cm。面层混凝土厚度根据灌区节水改造工程实践，取值一般在3～5cm，厚度如果过大，一是不经济，二是浆砌石和混凝土的线胀系数不一致，会因温度不均造成温度应力叠加致使面层混凝土开裂。在侧向排水条件好的Ⅲ、Ⅳ类弱冻胀土基，透水性强的沙土类及砂砾石基础上，总厚度以满足现行规范要求为宜。

对Ⅰ、Ⅱ类强冻胀土基进行换基处理，置换材料为φ30～50mm河卵石，置换厚度分两种情况：平行于等高线（东西向）布置的渠道考虑阴坡的遮荫，渠底部65cm，阴坡上部40cm，阴坡下部70cm，阳坡上部30cm，阳坡下部50cm。垂直于等高线（南北向）布置的渠道，坡面上部30cm，坡面下部、渠底部50cm。

渠道每5m设伸缩缝一道，缝宽2cm，沥青水泥砂浆嵌缝（重量配合比为：水泥∶沥青∶砂子=1∶2∶4），缝面灌2cm厚聚氯乙烯泥止水。

2.砌筑材料

砌筑材料采用细粒混凝土砌筑，混凝土骨料最大粒径20mm，强度等级C15，使用标号为R425普通硅酸盐水泥，水灰比控制在0.5～0.55。贴面混凝土与浆砌石砌筑材料一致，强度等级C15，水灰比控制在0.45～0.5。对于有推移质泥沙的渠道，为提高渠道的抗冲、抗磨性能，护面混凝土强度等级采用C20。

二、主要施工工艺

和常规渠道施工工序一样，首先进行渠道开挖和边坡整理，然后进入渠底置换料，并夯筑，渠坡置换料随边坡砌筑高度随砌随填，以免占用砌体空间，以保证砌体厚度。渠底置换料夯填后即可进入混凝土贴面浆砌石施工，主要工艺如下：

1.安置样模

为保证设计的曲面轮廓几何尺寸准确，在实践中总结了样模挂线法，即根据渠道的设计尺寸，将曲线部分（圆弧形或抛物线等）加工成预制样模，样模宽度10～12cm，高度以设计渠底厚度的1/2为宜，强度等级不低于面层混凝土标号，每隔10～15 m放置一个，以不拖线为宜，用同标号混凝土固定。样模作为结构的一部分不拆除。

2.砌石施工

渠底曲线部分砌石用灌浆法砌筑，渠坡采用座浆法，渠底、渠坡砌石连续完成，不留施工冷缝。砌石顶面以上预留面层混凝土厚度。砌筑前洗净石料，自下游向上游方向衬砌，先中间、后两边沿圆弧切线砌石，每一块砌石要与相同位置的圆弧切线垂直，大头向下，小头向上，三角缝，六面靠，垂直于弧面不倾斜；顶面要平整，起伏误差不得大于5mm。细砾混凝土一次性灌浆，要求灌浆饱满、密实。

3.面层混凝土施工

清理砌筑好的砌石表面浮渣，用清水湿润然后刷素水泥浆一道，将拌和好的面层混凝土按先渠底后渠坡的施工顺序一次浇筑成型，然后在样模上挂线手工修坡。面层混凝土拌和要严格控制水灰比，流动性不可过大。

三、应用条件与技术方法

1.干渠混凝土贴面浆砌石防渗护面

干渠流量在5～12m3/s，在水力学计算满足《渠道防渗工程技术规范》（SL18-91）规定的不冲流速的条件下，断面宜选择弧形底梯形，弧形底弦长1.8～2.2m，边坡系数m=1～1.25，圆心角77°～90°，圆弧半径127.3～176.1cm，弓高37.3～38.6cm，斜边长度根据实际流量确定。当弧形底梯形断面不能满足不冲流速的条件下，可选用梯形圆弧坡角形断面，底宽2.0～2.4m，边坡系数m=0.75～1。

2.支、斗渠混凝土贴面浆砌石防渗护面

支、斗渠流量在0.5～1.2m3/s之间，在Ⅲ、Ⅳ类弱冻胀土基条件下，选择弧形底梯形断面，弧形底弦长0.5～1.0m，边坡系数m=0.5～0.9，圆心角96°～127°，圆弧半径27.95～67.27 cm，弓高15.45～22.27cm，斜边长度根据实际流量确定。Ⅰ、Ⅱ类强冻胀土基，推荐使用抛物线形断面，抛物线方程y=0.05×2（cm）。在侧向排水条件好、透水性强的沙土类及砂砾石基础上，建议使用“U”形或混凝土预制块等其他形式的防渗护面。

四、应用情况

洪水河灌区在灌区节水改造实施过程中，于1996年首先应用混凝土贴面浆砌石防渗护面技术，改建益民东干渠上段5km（0+000～5+000弧形底梯形断面，Q=12.0m3/s，i=0.01 ～0.017），经两个冻融循环后全渠检查，护面结构完好，贴面混凝土无裂纹、起鼓现象，而且外观精美，被上级业务部门誉为“精品工程”。自1998～2002年，陆续改建了干渠下段10km,支渠7条16km，配套斗渠5条7.5km，运行至今无维修。

通过已建工程运行情况看，混凝土贴面浆砌石防渗护面具有如下特点：

（1）施工简单，材料利用率高，相对于普通浆砌石造价低。以益民东干十一支为例，在流量（Q=0.6m3/s）、砌石厚度相等的条件下，贴面式浆砌石护面（弧形底梯形断面）与普通浆砌石护面（梯形断面）相比，过水面积减小41.89%，渠内流速增大88.61%，每米造价降低15.01%（19.63元）。

（2）抗渗效果优于普通浆砌石。每公里渗漏损失流量小50%。

（3）外观上石面不外露，适宜于各种成型流线型造型，水力学条件优越。

（4）较普通浆砌石渠道而言，输水时间短，灌水轮期平均缩短1.5d。

由此可见，贴面式浆砌石护面技术具有明显的技术经济优势，在灌区节水改造中具有一定的应用前景和推广价值