沙漠地区渠道衬砌工程施工质量控制

郭云爽

(新疆水利电力建设总公司，乌鲁木齐830000)

1 工程概况

新疆某沙漠渠道是额河供水系统的一个重要组成部分，渠道全长167.6 km，由北向南贯穿准葛尔盆地的古尔班通古特沙漠，是我国境内最长的沙漠明渠。该地区气候以干旱少雨为特征，大风天数较多，且以西北风为主，风沙频繁，昼夜温差大，夏季炎热，冬季严寒。该沙漠渠道贯穿砂层厚度在300 m左右的梁窝状砂垄，地形起伏较大，一般砂坑20～50 m深，砂垄30～60 m高不等;地层为沙漠风积砂，颗粒比较松散、均一、无黏性。渠道最大填筑深度为31 m，最大开挖深度为39 m。

沙漠渠道为干砂筑堤，平台宽度从54.2 m到65.5 m不等，两侧分别修筑施工、运管道路，通讯光缆等建筑物设施，并在外侧布设草方格种草带，形成一条约300m宽的沙漠绿化带。渠床内衬采用混凝土预制板(六棱块)衬砌以及砂砾石的基面，设计流量为55 m3/s。

沙漠渠道为二级建筑物，渠床衬砌采用砂基+编织布+砂砾石的结构型式，在渠床砂基开挖或填筑到设计高程后，在砂基面层填筑厚约40 cm的砂砾石垫层，然后再铺垫厚约3 cm的当地砂浆找平层(可同时预防鼠害)，再在其上铺设一层厚约0.6 mm的防渗塑膜(由一布一膜组成，布朝上)，最后再铺设一层厚约3 cm的水洗砂砂浆座浆。混凝土预制板为边长25 cm的六边形，边坡厚6 cm，渠底则为厚7 cm与砂基座浆勾缝铺筑。渠道每隔19.4 m布设一道横向隔梁，确保衬砌板具有足够的稳定性。

2 沙漠风积砂的碾压及湿陷问题

砂土变形主要以湿陷变形以及压缩变形为主，用风积砂进行筑堤，如何在沙漠缺水干燥的情况下进行碾压时进行砂土填筑的关键。本文通过不同含水率、不同铺层厚度以及不同碾压次数的对比，对风积砂的特性进行了如下分析，并提出了相应的解决办法。

现场试验表明:在含水率＜3%的干燥状态下风积砂具有良好的压实性。风积砂的湿陷性及单位沉降量会随着密度的增大而逐渐降低。当干密度＞1.56 g/cm3，相对密度 ＞0.41时，其湿陷系数 ＜0.015，达到非湿陷土的水平。而根据沙漠风积砂的特性，在天然状态下的砂层干密度 ρd=1.58～1.62g/cm3，相对密度Dr=0.4～0.6，其湿陷系数δs=0.012～0.048，属于低压缩性、轻微～中等的湿陷砂土。由此可见使用干砂筑堤具有可行性。

具体解决方案为:在天然状态下采用渠道铺砂形式，砂层厚度控制在45±5 cm的范围内，并用自重18 t的光轮振动碾压机碾压6～8遍，就可使碾压后砂土的相对密度＞0.75，干密度越大，则砂土的沉降、湿陷变形就越小，可将风积砂的湿陷问题基本消除。但试验同时发现，碾压次数过多的话反而会导致干密度降低，其主要原因是沙漠风积砂的“过振”特性所致，因此，垫层的碾压次数也不宜过多。

3 工程施工质量控制中的不利因素

该沙漠渠道全长167.6 km，采用分段施工，施工战线比较长，在施工高峰期的衬砌施工强度可以达到900～1 000 m/d，对于水泥、砂石骨料、塑膜等建筑材料的需求量尤为巨大(每公里的渠道水泥需求量约为600 t、塑膜3万 m3，砂石骨料1 700 m3)。工程运输量大、运输距离长且渠道衬砌需要大量施工人员操作，施工组织复杂，质量管理跨度大，导致施工质量水平不一。因此，如何加强工程施工质量控制和做好施工管理是渠道衬砌工程的首要问题。

沙漠地区每年的施工工期限制在4月中旬—10月初，气候干燥，炎热少雨。根据实验室标准环境试验与施工现场干热环境试验对比，干热环境下水泥砂浆的初凝时间减少，稠度损失加大，不利于进行砂浆的衬砌施工，同时在这种环境下，既要做好砂浆的有效养护，又要节约用水提高用水利用率，是做好衬砌施工质量控制的关键问题。

夏季沙漠日照时间长，紫外线强烈，在这种条件下很容易造成塑膜老化，并且在装卸、运输、保管和施工过程中都有可能造成塑膜不同程度的破坏，而渠道衬砌结构的防渗功能需要依靠塑膜的完好无损来实现，因此，做好塑膜的保护是控制整个渠道衬砌质量的核心。

4 渠道衬砌施工中的质量控制

4.1 防渗塑膜的质量控制

防渗塑膜采用PE复合土工膜，其质量的好坏会直接对渠道的防渗效果、运行安全以及渠道的使用寿命产生影响。因此，应从土工膜的生产、运输、保管、施工的各个环节进行控制。

4.1.1 PE复合土工膜的质量标准控制

首先，根据工程实际需要，生产PE复合土工膜的厂家必须具有相应的技术水准，产品经过试验合格后方能进场，PE复合土工膜的质量标准和指标见表1。

表1 PE复合土工膜的质量标准和指标

4.1.2 预防PE复合土工膜老化的措施

针对PE复合土工膜会在紫外线照射下加速老化，各项指标降低，同时容易破损的特点，应采取以下措施预防:

1)土工膜不能打折包装，要按长度打卷，分别包装。在每幅土工膜的外面应附加包装，以防在装卸时发生磨损以及运输过程中的日光照射。

2)土工膜应使用专用车辆进行装卸和运输，防止锐器刺穿、磨损土工膜。

3)土工膜应储藏在日光照射不到的地方，并尽量减少移动、装卸的次数。

4.1.3 土工膜焊接时出现的问题及其解决办法

土工膜焊接的常用方法是热焊接，本工程采用的是1 000 W电熨斗进行热合焊接，电熨斗最宽为110 mm，焊接宽度应控制在80～100 mm。在焊接时应保证基底表面的干燥，且含水率应低于15%，膜面应擦拭干净。

土工膜焊接时出现的主要问题是焊接不够均匀，这是因为焊接速度过快或温度不够导致一些地方焊接补上，这时应及时控制、调整好温度，保持能够匀速进行;焊接处出现孔洞，这主要是由于焊接速度过慢或温度过高造成的，这是应及时调整焊接速度和温度，并对出现孔洞的地方进行补漏。

4.2 衬砌混凝土板的质量控制

4.2.1 衬砌混凝土板存在的主要问题与原因

混凝土砌板的单块结构尺寸为75cm×50cm×8cm，设计强度为C20，采用组合钢板进行立模预制，以16块为一组。在施工存在的主要问题为:混凝土板脱模后损边掉角现象比较严重，表面气泡眼过多，个别板块产生裂缝，在运输发生混凝土板的断裂。产生此类问题的原因主要是由于混凝土水灰比控制不严，粗骨料超径，没有随着环境的改变调整混凝土的用水量，振捣时间长、插入点过多导致混凝土产生离析，脱模时间过短，养护不及时，养护时间不足。

4.2.2 解决办法

1)将混凝土的粗骨料粒径严格控制在5～30 cm，这是因为混凝土板仅有8 cm厚，粒径为40 mm的石子就将会占据混凝土板1/2的厚度，如果有石子重叠起来，将会导致混凝土板因砂浆太薄、握裹力不够而产生裂缝，甚至发生断板，因此必须严格控制砂石粒径。

2)根据砂、石骨料的干湿状态以及当地的气候环境，及时调整混凝土的用水量，并按设计标准严格控制混凝土的坍落度值及水灰比，同时混凝土的搅拌时间≥60 s。

3)根据衬砌混凝土厚度薄、体积小的特点，应选择振动力比较小的30 mm振捣棒，在振捣时快插慢拔，并严格控制振捣时间及插入点数。本工程每块衬砌板一般设置2个插入点，每个插入点的振捣时间应控制在20 s左右，不宜太长以免出现混凝土板的干缩裂缝及损边掉角问题。

4.3 顶面衬砌混凝土板的铺设

沙漠地区衬砌工程的工作面一般为裸露的砂基渠床，应渠底加固处理完成后再进行混凝土板的铺设。首先要用预先制作好的铁滑梯将预制混凝土板滑到渠底，并在滑梯的梯脚处垫上模板，以防混凝土板撞破下面连接的土工膜，此外在进行混凝土板的铺砌施工时，应保证土工膜的顶面覆盖有5～10 cm的中粗砂上垫层，防止日光直接通过混凝土板缝照射到土工膜上，避免土工膜应受日光照射而发生老化。板铺砌时一定要挂线施工，确保板的平整度及板缝间距满足设计要求。

5 结语

实践证明，沙漠地区渠道工程采用混凝土板衬砌，PE复合土工膜防渗，对于提高水的利用效率、建设节水高效的用水渠道具有显著的效果，但对于沙漠气候地区施工质量的控制尤为重要，只有严格按照设计与施工要求，掌握施工工艺，控制好每道工序的施工质量，才能更好的节水用水，充分发挥工程效益。

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