白沙灌区南干渠直墙段渠道衬砌优化方案

□杨晓克 □宋 倩 □杨志超

（1河南省白沙水库管理局 2河南省水利科学研究院）

1 工程背景及由来

白沙灌区直墙段渠道位于南干渠上游，原断面为矩形断面（桩号2+104~2+564，共计460m），始建于20世纪50年代。该渠段上下游与梯形渠道用一字墙连接，全断面为干砌石勾缝护砌，底宽5.50m，两侧直墙渠坡高度为2.40m，设计流量13.01m3/s，正常水位1.78m，加大水位1.90m，纵坡坡降1/3500，全段位于白南村内。该渠段右堤顶为当地群众住房，左堤顶为不足3m宽堤顶路，道路交通极不便利。由于超期服役，渠道输水能力明显降低，尤其是该段渠道，砌石勾缝大部脱落，目前过水能力不足设计值的一半。

2011年春，白沙灌区遭遇50年一遇的重大旱情，抗旱灌溉迫在眉睫，依照河南省政府、省水利厅的文件精神，应尽快优先实施“卡脖子”工程和渗水严重渠段。为此白沙灌区2011年续建配套与节水改造项目正式启动，并被列入年度抗旱应急工程（包括该渠段）。

2 衬砌方案的拟选

由于工期紧、任务重，加之该渠段在前期设计阶段深度不够，后经参建各方商议后，提出3种施工方案。

2.1 方案Ⅰ

翻修增补松动、脱落的砌石，清理老化的砌石勾缝后，对原干砌石面采用M7.5砂浆重新勾平缝。勾缝前剔缝，缝深20~30mm，清水洗净，缝内分次填充砂浆，压实、抹光、勾齐，最后洒水养护。

2.2 方案Ⅱ

在原砌石断面上加衬混凝土面板。衬砌厚度10 cm，混凝土采用二级配，强度等级为C20，抗冻标号F150，抗渗标号W6。沿水流方向渠坡及渠底每隔5m设置横向伸缩缝一道，渠坡与渠底横缝应错缝布置，纵缝是渠坡与渠底的接触缝，纵横缝宽1 cm，缝内填充聚乙烯低发泡沫板。渠道两侧直墙混凝土衬砌采用分层整体立模、分层浇筑原则进行。

2.3 方案Ⅲ

在原渠道两侧墙上采用锚喷混凝土。强度等级C20，厚度10 cm，锚固采用φ10二级钢筋，长度l=30 cm，间距1.00m×1.00m，锚喷表面挂一层钢筋网片。渠底仍采用C20现浇混凝土，沿水流方向每隔5m设置横向伸缩缝一道，缝内填聚乙烯低发泡沫板。

3 方案比选

防渗、节水是此次灌区改造项目的主题。虽然方案Ⅰ投资较低、工期较短，施工简单易行、难度较小，但砌石勾缝糙率高、耐久性差、易遭到破坏，且防渗节水效果不好，与后两种方案防渗能力比较有一定差距，达不到节水目的，经考虑后弃用方案Ⅰ，只对方案Ⅱ、方案Ⅲ进行比选。

3.1 投资费用分析比较

此次投资费用分析依据河南省水利厅、发改委、财政厅颁发的《河南省水利水电工程概预算定额及设计概预算编制规定》（豫水建〔2006〕52号文）文件标准执行，主要材料价格按照许昌市造价信息第一季度价格水平编制，其它材料价格参照当地市场价格。为简单直观，只对两方案直接费和增加项目费投资分析比较。

表1 两种方案直接费用和增加项目费分析表单位：元

表1中为2种方案混凝土的成本费用比较。表中方案Ⅱ的增加项目费是渠道两侧直墙浇筑1m3混凝土所需整体立面模板费用。表中方案Ⅲ的增加项目费是渠道两侧直墙锚喷1m3混凝土所需锚杆制安和钢丝网片费用。通过两种方案费用比较，方案Ⅲ费用低于方案Ⅱ，费用投资控制更加合理。

3.2 质量、进度控制分析比较

在现有施工条件下方案Ⅱ和方案Ⅲ相比较，一是方案Ⅱ施工设备和人员较为普遍，施工方法也更为灵活，相比之下方案Ⅲ施工设备和人员较为专业、稀少；二是衬砌厚度只有10 cm，方案Ⅱ在混凝土浇筑时多为人工振捣，容易漏振和振捣不密实，施工质量不易控制。而方案Ⅲ是借助喷射机械，利用压缩空气做动力，将拌和料通过高压管道输送，高速喷射到受喷面上凝结硬化而成，反复连续撞击压密混凝土与砌石面有很高的粘结强度；三是方案Ⅲ中混凝土与钢筋网片联合使用，可很好的在结合面上传递应力，比方案Ⅱ受力更好、耐久性更强、与砌石面结合整体性更高；四是方案Ⅱ模板周转次数高，易发生变形，容易涨模；五是方案Ⅲ机械化程度高，喷射速度快，施工更加快捷，利于工期控制，相比方案Ⅱ需投入较多人力，施工强度偏低，难于满足工期；五是施工区道路交通极不便利，不利于方案Ⅱ中整体模板的运输和调运。下面就两种方案主要优缺点对比分析，见表2。

表2 两种方案主要优缺点对比分析表

4 结语

综合分析，方案Ⅲ无论在工程投资、质量、进度等方面都优于方案Ⅱ，最后选定方案Ⅲ为最终方案，即锚喷混凝土。经建后几年的运行，事实证明该渠段在工程质量和防渗节水方面情况较好。如今虽然锚喷技术由于受各种条件的限制，不宜在灌区节水改造项目上广泛应用，但其快捷有效的防渗加固手段，对于灌区特殊渠段的治理改造具有一定的实用性，也为今后在灌区节水改造中使用该技术积累了一定的经验。