全封闭膜下喷滴灌养护技术在渠道机械化衬砌混凝土中的应用

吕 斌

(新疆额河建管局，新疆阿勒泰 836500)

1 工程简介

北疆某引水工程位于新疆境内，该引水工程西起布尔津河，东至额尔齐斯河中游兵团农十师三干渠龙口上游，主要解决生态用水并兼顾沿线农牧业用水。对生态环境、重要水源保护地、重要湿地等区域的生态防护与修护，实现水资源的合理配置。输水干渠工程为Ⅱ等大(2)型工程，渠首拦河闸及沿线输水干渠跨河渡槽为2级，输水渠道及渠系建筑物为3级，输水干渠全长112.39 km，渠道为宽浅式梯形断面，内边坡1∶2.5，外边坡 1∶1.5，马道宽 5 m，渠深 4.6 ～4.8 m，底宽6 m，上口宽30 m，渠道纵坡1/10 000，渠身采用10 cm厚的C20现浇混凝土板机械衬砌，0.6 mm厚的两布一膜防渗，膜下铺设3 cm厚的M10砂浆垫层。

2 工程气候条件

工程区属大陆性北温带及寒温带气候，受阿尔泰山和准格尔盆地古尔班通古特沙漠的影响，主要气候特征为:四季中春秋两季短，冬季气温低、多严寒，夏季酷暑、昼夜温差大，5～10月施工期气候干燥，多风。多年平均气温5℃，极端最高气温39.4℃，极端最低气温－43.5℃，多年平均降水量153.4 mm，多年平均蒸发量1 619.5 mm，多年平均风速3.7 m/s，最大风速32.1 m/s。

3 全封闭膜下喷滴灌养护技术运用技术研究背景

在“冷热风干”，蒸发量多倍于降水量的北方严重缺水荒漠戈壁地区，长距离调水工程具有规模大、线路长、水源点远且少、渠道养护面积大、斜坡养护无法存水的特点，渠道衬砌混凝土板的养护质量决定着调水工程的成败与否。目前国内大型渠道混凝土的养护主要采取以下方式:

3.1 覆盖草帘、毡毯，洒水保湿

为传统养护方式，也是目前国内长距离调水工程采用的主要方式。其长处在于所用的草帘、毡毯材料成本相对较低，缺陷是在覆盖草帘、毡毯的倾斜衬砌混凝土板面上洒水，存在不易保水、养护效果差、混凝土质量无法保证的问题。由于在北方严重缺水的荒漠戈壁地区实施长距离调水工程，所建的渠道往往离水源点较远。因为覆盖物失水较快，为保持混凝土表面的连续湿润，就需要缩短洒水时间间隔，而耗水量的增加，使得运水成本大大提升，配套投入的人力、物力也明显增多，在当今劳动力短缺人工费用大增的形势下本方法已难以施行。

3.2 养护膜:分土工膜或复合土工膜、节水保湿养护膜两种

土工膜或复合土工膜均是利用土工膜的防渗功能，将混凝土表面和空气隔离以保水养护。这种养护方式仍然需要定期向膜下混凝土面洒水保湿，但对铺设在厚度较薄、面积较大的混凝土渠道衬砌板表面的养护土工膜，每次洒水时需要将膜端头处用于闭气及防风吹起的压盖重物移开并将膜掀起，洒水完毕后再压好，既麻烦费工劳动强度又大。这种方式的长处是所用的复合土工膜或厚度大的土工膜可重复使用，保水性能好于草帘、毡毯。

节水保湿养护膜是以新型可控能吸收自身重量的200倍水分的高分子吸水材料为核心，以塑料薄膜为载体，养护期间只需在混凝土面铺设节水保湿养护膜时浇一次水，养护期间混凝土表面可始终保持湿润。但由于材料自身厚度薄，在干热多风的环境下，极易破损并被风刮起而失去作用，该膜只能一次性使用。

3.3 养护剂

养护剂是在混凝土拆模后或初凝后立即在其表面涂刷形成一层封闭的膜，利用混凝土内部自身的水分进行养护，养护期间不需要洒水。养护剂用于斜面或立面较多、涂刷后没有扰动的建筑物，养护效果较好。目前国内市场中，养护剂产品众多，质量好坏难以鉴定，其养护效果差异较大。养护剂根据气温至少要在涂刷24～36 h后才能形成较为稳固的膜，并且养护期还要避免与重物和尖锐物品接触而破坏已形成的封闭膜。而长距离调水工程的衬砌渠道混凝土板是由大型机械铺设完成的，其为连续的大面积板块状，为防止板块收缩产生裂缝，根据气温在混凝土板浇筑完成后的10～36 h必须进行结构缝切割，但该时间却与涂刷养护剂后可进行人工作业的时间相冲突，同时切割作业也难以避免对养护剂形成的封闭膜造成局部的损坏，影响养护效果。因此，本方法在长距离调水大型渠道机械衬砌薄壁混凝土板的养护中未被普遍使用。

综上所述，这3种养护模式均难以保证渠道衬砌混凝土板的养护质量。

4 全封闭膜下喷滴灌养护技术的运用技术介绍

由于北疆“冷热风干”特殊的气候环境，为保证施工质量，在全线大面积机械衬砌以前，先在渠道Ⅰ、Ⅱ标各开展了2 km的试验段，目前试验成功并进行了全线的推广。对于蒸发量大于降水量的北方缺水荒漠戈壁地区，进行长距离调水，实施大型机械衬砌渠道工程中，全封闭膜下喷滴灌养护为混凝土板在其养护期提供一个封闭的湿养环境，可保证混凝土强度增长，供水简捷，节水节材，降低养护成本，减轻了劳动强度，明显提高了养护质量。

全封闭喷滴灌养护渠道衬砌混凝土板的装置由布设在渠道边坡顶部的喷滴灌管道、覆盖在渠道衬砌混凝土板和喷滴灌管道上的复合土工膜、粘接各复合土工膜接缝的胶带、包裹覆盖在复合土工膜上、下端部的毡毯组成，喷滴灌管道顺渠道走向安放在渠道顶部，管体上开有朝向渠内排布的出水孔，自制喷滴灌管道与进水管、水箱或水罐车顺序连通。主要工序如下:

1)管道切缝工序完成后布设，做到及时养护。管道出水孔向渠内45°布设，覆盖养护膜前放水检查出水孔是否堵塞，及时疏通并排污。单侧管道控制长度≤150 m，养护面保证每2 d供水1次。衬砌混凝土采用全封闭膜下喷灌养护28 d。

2)切割面要保持湿润，可采用沿工作面布设打洞透水软管供水和人工辅助洒水养护方式。切割完成后清扫板面，然后立即洒水覆盖养护膜，并将养护膜接头处使用胶带粘接闭气，坡顶和坡底用毡毯包裹覆盖养护膜，压盖密实。

3)为延长养护膜使用寿命，养护膜可采用从下向上依次折叠和顺渠道方向打卷的方式。养护膜出现破损应及时修补或更换。

4)养护用水可使用水车移动(带压)、水箱(带泵)、供水管道供水，定时与衬砌面布设的喷滴管道连接供水保养，确保养护质量。

应用全封闭喷滴养护方法，实际测算结果如下:养护长度为300 m，面积为4 200 m2的渠道衬砌混凝土板，每2 d供水1次，用水10 m3即可保持48 h的连续湿润。节约养护用水可＞80%，水源地越远效费比越高。复合土工膜4周转使用6次的成本就与毡毯相同，周转使用＞6次，使用成本将进一步降低。

100 m长渠道单侧坡长14 m养护14 d成本对比表

续表1

由于在渠道衬砌混凝土板表面覆盖复合土工膜和喷滴灌管道的滴、喷交替给水，就保证了养护供水能非常均匀地分布到该板表面，而不受切割缝的影响，湿养效果良好。因在养护期内营造了一个封闭的湿养环境，膜下的湿度与试验室养护湿度基本相同，使得渠道衬砌混凝土板早期塑性阶段由于水分过早散失而产生的无规则的干缩裂缝得到有效控制，混凝土强度增长得到保证，养护质量明显提高。本装置操作管理简便，节水＞80%，减轻劳动强度。所用设施、材料拆装倒运便捷，可重复利用，养护成本降低，易于推广。

5 图例

如图1、图2所示，养护渠道衬砌混凝土板的装置由布设在渠道边坡顶部的喷滴灌管道2、覆盖在渠道衬砌混凝土板1和喷滴灌管道2上的复合土工膜4、粘接各复合土工膜4接缝的胶带5、包裹覆盖在复合土工膜4上、下端部的毡毯6组成。

图1 养护渠道衬砌混凝土板的装置结构示意图

图2 喷滴灌管道供水单元结构示意图

喷滴灌管道2顺渠道走向安放，每10～200 m长为一供水管道单元，单元管道端部由阀门或堵头分隔，管体上开有朝向渠内的间隔排布的出水孔，喷滴灌管道2与进水管连通，进水管两侧的喷滴灌管道2上分别装设有阀门。

可将两个或以上的供水管道单元相连，组成管道供水系统，只需将喷滴灌管道2最外端的两个管口用阀门或堵头封堵，两个喷滴灌管道2接头处以阀门相连即可。

复合土工膜4为一布一膜，其由200 g/m2的短纤针织无纺布和厚0.2 mm的聚乙烯塑料薄膜热复合而成。每两块相邻的复合土工膜4接缝处粘有胶带5，以避免膜下水分的散失。复合土工膜4上、下端部包裹覆盖有毡毯6。

装置实施顺序:渠道衬砌混凝土板1打好后，在渠顶安装喷滴灌管道2，在混凝土板1和喷滴灌管道2上覆盖复合土工膜4，聚乙烯塑料薄膜的一面朝下，坡顶和坡底处的复合土工膜4用毡毯6包裹后用重物压盖，复合土工膜4接缝处用胶带5黏接，以防止水汽散失，延长保水时间。在20～38℃高温天气时，养护面每1～2 d供水1次。养护用水由水罐车拉运，储存在渠道上端附近设置的移动水箱内，水箱与进水管连通。亦可将水罐车直接与进水管相连。自出水孔喷出的水均匀喷在一布一膜的聚乙烯塑料薄膜上，由于该膜紧贴渠道衬砌混凝土板1，故水顺其表面在膜下缓缓流向坡底，使其长期保持湿润。

养护期结束后，卷起复合土工膜4，拆下进水管，连同喷滴灌管道2、水箱运至下一待养护的渠段。

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