细石砼砌卵石衬砌渠道在达坂城阿克苏灌区中的应用

张 峰

（乌鲁木齐市水利勘测设计院（有限责任公司），新疆 乌鲁木齐 830001）

1 工程概况

阿克苏河灌区位于达坂城区境内，距乌鲁木齐市区119 km，距达坂城城区24 km。经过近几十年的建设，完成了灌区引水渠首、输水干渠、配水支渠、斗渠、农渠渠系工程的总体布局，布局基本合理，使灌区农业经济发展有了基本保证。阿克苏渠首于1972 年修建在阿克苏河出山口位置，属底格栏栅式引水闸式引水渠首。渠首的右边部分为15 m 宽的底格栏栅式引水闸，中间部分为4 m 宽的2 孔泄洪闸，左边部分为30 m 长的竖向侧堰，设计引水流量8 m3/s，泄洪流量202 m3/s。阿克苏干渠起点位于阿克苏河渠首引水口，末端位于五岔口分水闸，全长11.78 km，始建于1972 年，为细石砼砌卵石弧形底梯形断面渠道，原设计输水流量8 m3/s。由于渠道年久失修，于20 世纪90 年代对破损严重渠段进行维修，维修长度2.5 km。阿克苏河水量不均，3 月～5 月的河道天然径流量仅在年径流量的6.9%，属枯水期。由于没有水库调节，所以春旱现象时有发生。渠道修建时建设标准较低，经过40 多年运行，渠道已接近设计寿命。渠道冲刷磨损严重，渠道部分断面卵石松动、脱落、渠底坍塌，渠系建筑物建设标准低，闸门及启闭设备损毁严重，闸门严重漏水，大部分农桥桥板开裂、卵石脱落。

2 渠道设计

2.1 渠道衬砌材料

由于灌区属于工程性缺水地区，水资源节约利用尤为重要，因此对渠道防渗性能要求很高，尽可能的减少渠道渗漏等输水损失[1-4]。根据该地区的地形条件、天然建筑材料及施工难度，提出以下三种渠道衬砌方案进行比较：方案一，细石砼砌卵石衬砌（见图1）；方案二，现浇砼板衬砌；方案三，底板现浇砼，边坡预制砼板衬砌。

1）方案一：细石砼砌卵石衬砌

根据规范，当渠道水流含推移质较多且粒径较大时，渠道防渗结构厚度宜增加10%～20%。本方案渠道防渗结构采取细石砼砌卵石，渠底及边坡采用C25F200W6 细石砼砌卵石，厚40 cm～50 cm，渠道边坡1∶1.5。

图1 渠道施工现场

2）方案二：现浇砼板衬砌

该方案渠道衬砌形式为：当渠道流速v＜3 m/s 时，边坡和渠底均采用厚度为10 cm 的现浇混凝土板；当渠道流速3 m/s＜v＜4 m/s 时，渠底现浇混凝土板加厚2 cm，边坡不变。采用现浇砼板衬砌，渠道糙率小，有良好的抗冲和防渗性能，有较强的耐久性，但该地区缺水，拌和混凝土的水需购买拉运，在不影响灌溉用水的情况下，工期较紧。

3）方案三：底板现浇砼板，边坡为预制砼板衬砌

该方案渠道衬砌形式为：当渠道流速v＜3 m/s 时，边坡和渠底均采用8 cm 厚混凝土板，边坡采用预制板，渠底采用现浇板；当渠道流速3 m/s＜v＜4 m/s 时，渠底加厚2 cm，边坡不变。采用现浇+预制砼板衬砌形式，渠道糙率小，有良好的抗冲和防渗性能，有较强的耐久性。同样，该地区缺水，拌和混凝土的水需购买拉运，工期较紧。

4）方案比选

三个方案比选结果见表1。由表1 可知：为可保证渠道安全运行、方便管理、节省投资，同时考虑灌区已建防渗渠衬砌材料，本次渠道衬砌形式采用方案一。细石砼砌卵石渠道的允许不冲流速为3 m/s～5 m/s。

表1 渠道衬砌材料方案比选表

2.2 渠道纵、横断面

1）纵断面：纵坡按照地形并参照原有纵坡确定。为避免渠道流速过大，本次通过适当调整设计渠道纵坡降低渠道流速，最大流速取值为2.31 m/s～3.94 m/s。

2）横断面：由于弧形底梯形断面最大的优点就是水力条件好，流量变幅较大时水流较平稳，抗冻胀效果好，其缺点是弧形底梯形断面流速较大，容易被推移质泥砂磨损，弧形渠底施工较复杂；梯形断面水力条件不如弧形底梯形断面，其优点是流速较低，可分散推移质泥砂，相对弧形底梯形渠道渠底坡脚的磨损较小、抗冲性好、结构较优。因此，本文结合各横断面型式的优缺点，考虑已建渠道断面的形式，对渠道断面较大的干渠采用水力条件较好的弧形底梯形断面，其余各支渠采取梯形渠道断面。

3 细石砼砌卵石衬砌渠道施工

3.1 施工工序

本工程细石砼砌卵石是整个工程的核心，组织好卵石备料、砌筑施工是顺利完成整个工程施工的关键。因此施工中应以细石砼砌卵石为重点，同时组织好其它工序的平行施工，本工程施工程序初拟如下：①套衬渠道施工工序：施工准备—冲洗老渠面—灌细石砼垫层施工—渠底及边坡细石砼砌卵石—现浇砼封顶板—渠堤外边坡休整—清除施工垃圾—完工。②新建渠线施工工序：施工准备—清基、清废—渠道开挖填筑碾压—渠底及边坡细石砼砌卵石—现浇砼封顶板—渠堤外边坡休整—清除施工垃圾—完工。

3.2 土方工程施工

土方施工主要产生在渠道开挖和回填过程中，机械采用挖斗为1 m3反铲挖掘机，将表层0.4 m 的废土清除，上部土层全回填至渠道外边坡，下部戈壁土除用于渠身回填，多余部分采用就近平整。渠底及边坡土方开挖至设计断面前应预留0.15 m厚土作为保护层，在衬砌结构施工前用人工清至设计断面并夯实，夯实相对密度≥0.75，回填采用推土机推土，震动碾夯实。

3.3 细石砼砌卵石施工

①垫层施工：垫层为原渠道与改建渠道之间的找平层，采用C25 细石砼找平，用高压水枪冲洗老渠道衬砌表面，冲洗干净后，浇筑C25 细石砼垫层。②砌筑要求：吊线构造，垂直交错，砌筑密实，填充牢固，采用大块封边，表面平整，力求美观。③砌体质量要求：大小均匀，质地坚硬，无风化、裂纹和残茬等。卵石的尺寸应在35 cm～40 cm之间。不允许有宽度大于1.5 cm，长度大于0.5 m 的连续接缝，浮石，空隙和连续接缝。砌体厚度的允许偏差是设计厚度的±10%。用2 m 直尺测量坡度的平整度，不平整度不超过1 cm。④在铺设卵石之前，应将卵石表面冲洗干净并且内部饱和不吸水，但使其外表面干燥。在砌筑过程中保持砌体表面湿润。⑤基础压实后的相对密度≥0.75 时，再进行卵石砌筑。在铺设卵石之前，应先铺设5 cm 的细石混凝土，然后再铺设卵石。用手将卵石的大头朝下、小头朝上放置，将其挤压在三个侧面上，并在六个侧面上倾斜。卵石长边应垂直于渠道的底部或渠边。不要用锤子敲击，以免扰动。将卵石摆好后，将C25F200W6 细石混凝土倒入卵石的缝隙中，然后人工捣实。基础表面上的细石混凝土厚度应为石材的高度为1/3～1/2，每层的厚度应为3 cm～5 cm，随铺细石混凝土随砌卵石，应在卵石间缝隙用细石混凝土填充满并插捣密实，不得无浆干靠。严禁先铺卵石，再用细石混凝土灌缝。⑥砌体的外露面为2 cm～3 cm，应平坦、美观。外露面的接缝处应有大约4 cm的间隙。水平和垂直接缝的宽度为1.5 cm。⑦砌体施工因某种原因中途停止，细石混凝土已超过初始凝固时间，应当在砌体的细石混凝土强度应达到2.5 MPa 后才能继续施工。在继续砌筑之前，应清除原砌体表面的浮渣，并用水冲洗干净。砌筑时，应避免下部砌体受到振动。细石凝结超过初始凝固时间时应视为废料进行处理。⑧卵石勾缝采用细石混凝土浆。勾缝前必须清洁接缝，清理深度为20 cm～40 cm，用水冲洗，使接缝保持湿润。砂浆应次密实地填充到接缝中，并确保没有裂纹和剥离现象。禁止勾假缝或凸缝。勾缝表面开始初凝后，应覆盖草帘并浇水养护以保持砌体表面湿润，勾缝应垂直，水平和对角线对齐。

4 结论

通过对渠道衬砌材料方案进行比较，细石砼砌卵石结构具有运行安全、渠道衬砌材料来源广泛、渠道维修方便、维护费用较低、工程造价低等优点，结合当地已建工程资料，选定细石砼砌卵石衬砌结构，并对渠道纵、横断面进行设计，可为该项目顺利实施提供可靠的支撑，为类似地区的渠道设计提供有益的参考。