新疆灌区续建配套与节水改造的新技术和新材料应用分析

孟雨尘

（新疆维吾尔自治区水利管理总站，新疆 乌鲁木齐 830000）

农田水利是发展当地农业生产的主要设施，同时也是提高农民生活水平和生活质量的关键所在，是改善农业生态环境的保障。由于我国的小型农田水利工程数量较多，并且建设时间相对较长，建设标准存在着配套不全，养护不足，抗御水旱灾害能力弱等相关的问题，导致农业生产的保障水平持续下降，严重制约农业的生产能力[1]。而为了恢复灌区的功能，开始对于灌区进行续建配套和节水改造，随着改造的深入，水利工作者开始结合灌区设计、施工以及管理等方面的经验，应用新技术和新材料，并且进行了多项试验，将研究成果应用到了灌区的改造处理中，促进了灌区的发展。

1 新疆灌区背景

黄羊泉水库位于白杨河与克拉苏河之间的高地上，为注入式水库，距白杨河水库15 km。黄羊泉水库是在1989年开工建设，1992年竣工并投入使用。黄羊泉水库的主坝坝顶高程350.0 m，最大坝高25.5 m；设计总库容5800 万m3，调节库容5534.9 万m3；输水洞进口高程332.0 m，过水能力为10.0 m3/s，出库水经转水泵站和DN800 钢管输向白碱滩水库及第二、三净化水厂。因为该水库的建设时间相对较早，经过多年以来的不断运用，在当前已经出现了许多的问题，如水利设施配套不全、工程老化，并且受到水源和水价等因素的影响，导致收益面积严重下降。随着配套和节水改造项目的实施，使黄羊泉水库得到了更多的发展。

2 新技术的应用

2.1 渠道设计断面

基于黄羊泉水库的水流条件、结构美观性、抗冻胀效果施工简易程度等多方面的因素，对于不同级别的渠道分别采取梯形加矩形、圆弧、圆弧底形、U 形、梯形、圆弧坡角形等多种结构，形成大型渠道梯形、大小型渠道曲线型的断面组合。采用梯形断面，并且支渠方面在改建过程中，因为考虑到了当地在冬季的用水问题，所以主要采用上部矩形、下部梯形的形式，以此来解决问题[2]。

2.2 渠道抗冻设计

因为新疆地区属于高严寒地区，所以冻胀问题十分普遍。在设计时，结合黄羊泉水库的实际情况采用抗冻混凝土、苯板保温层、砂砾石防冻层等多种措施，以此来提高灌区的抗冻性能。在灌区下游通过防、排相结合的方式手段进行抗冻处理，采用现浇混凝土衬砌，并在混凝土板底下铺设砂砾石防冻层，因为考虑到冻胀导致的变形问题，加宽混凝土板的纵缝[3]。

2.3 入渠泥沙的处理技术

因为水库存在多泥沙，这导致在实际灌溉过程中，会导致河流中的泥沙大量流入输水干渠，从而对干渠质量造成严重的磨损，需要投入过多资金进行维护。因此，为了可以解决这一问题，需加强对于引水枢纽的运行管理，并在改建灌区的过程中采用入渠泥沙处理技术。利用地形优势，采用螺旋式流排沙技术和漏斗式全沙排沙技术等，能够有效地避免大量泥沙进入到干渠[4]。

2.4 渠道衬砌方式

在对灌区实施节水改造的过程中，渠道衬砌方式的选择是实现节水改造的重点。而当前的衬砌方式中，浆砌石、预制混凝土板、现浇混凝土板以及干砌石灌浆等方式是应用较为普遍的几种。在新疆灌区续建配套和节水改造的过程中，因为各参建部门所负责的区域不同，所以基于区域差异，采用相适应的衬砌方式。黄羊泉水库在进行改建时，上部采用现浇混凝土板衬砌，在底部采用座浆浆砌石，有效地保障了渠道的质量，延长使用年限[5]。

2.5 砂砾石垫层

因为考虑到冬季混凝土防冻胀的需要，在渠底和渠坡换填戈壁料。在铺设砂砾石垫层料之前，需要检测砂砾料的级配料，必须要满足相关的技术指标。而铺料则对于均匀性方面具有较高的要求，铺料之后采用人工整平，并进行洒水以及夯实等施工。表1 所示为砂砾石垫层的承载力。

表1 砂砾石垫层的承载力容许值

3 新材料的应用

黄羊泉水库在续建配套设施时和节水改造时，采用了非常多的新型材料，并且遵循统筹规划、分步实施、整合已建、统筹在建、规范新建的原则，目的是为了避免日后重复建设和资源浪费。

3.1 聚丙烯纤维

该材料属于高分子材料，聚丙烯纤维所采用的化学改性、物力改性以及特殊的纤维表面处理技术可以有效地提高与混凝土之间的握裹力，能够有效地避免或是降低混凝土开裂的情况，对于改善混凝土的变形性能具有良好的效果，同时还可以降低各种缩性收缩、水化热温度以及离析等因素导致的非结构裂缝，提高混凝土的整体性能，促进混凝土技术的发展。

因为聚丙烯纤维应用在抗裂抗渗方面具有非常良好的效果，因此，在灌区中设置防渗板厚度为60 mm 和80 mm 两个选择，而混凝土掺纤维1.0 kg/m3，施工工艺参考普通混凝土的搅拌[6]。但是，在进入搅拌机之前，需要注意其投料顺序，依次为碎石、纤维、水、水泥、砂子。根据这一顺序投料，可以得到更加均匀的拌合物，每盘搅拌量根据一小包纤维的配合比来对与其他的材料质量进行计算，禁止随意拆除纤维包装，造成当地环境造成污染。表2 所示为PE 闭孔泡沫塑料板的性能。

表2 PE 闭孔泡沫塑料板的各项参数

3.2 铺设塑膜，提高防渗率

因为灌溉方式为渠系水灌溉，而这一灌溉方式的最大问题是会损失大量的渠道水，不仅会导致渠系水利用系数下降，还会直接导致灌溉面积缩小。而在灌区的支渠、斗渠以及农渠等部分采用塑膜防渗技术，可以得到明显的防渗效果。

在选择塑料薄膜时，其选择重点主要在于塑料自身的颜色、厚度以及品种。我国的塑料薄膜可以分为聚乙烯和聚氯乙烯两种材料。其中，聚乙烯薄膜质地更加柔软，不易老化，并且其重量相较于聚氯乙烯轻40%，同时还具有耐低温、抗冻性能好的优势。其缺点主要在于抵抗植物穿透的能力远远弱于聚氯乙烯。而聚氯乙烯薄膜的优点在于具有较强的抗穿透能力，缺点则是稳定性差，容易老化。因此，两种材料的塑料薄膜具有不同的优势和不足，而通过对比两种材料的比重、使用温度范围、抗冻性能、单位重量以及抗拉强度等方面进行比较，黄羊泉水库灌区适合采用聚氯乙烯黑色塑膜。

首先，备料：根据灌区要求，对塑料塑膜进行裁剪，避免其受到污染[7]。其次，铺设。铺设步骤采用从上向下，铺设过程中需要松紧适度，贴紧基面；采用搭接的方式将相邻的防渗膜进行连接，平地搭接的宽度预留20 cm。在岸坡和薄膜的连接部分禁止存在空隙，必须要实现紧密结合。再次，覆盖。防渗膜的施工强度需要基于砼的施工强度来确定，随时辐射随时覆盖，避免阳光直射。在开始进行防渗膜接头施工之前，需要通过工艺试验之后进行防渗膜接头施工。利用热熔焊接技术，将杂物清除干净，保证膜面的清洁，而塑料薄膜和膜接头处在平整铺设之后可以开始进行焊接。焊好之后需要采取一定的防护措施，避免日光直晒。

3.3 苯板与聚氨酯伸缩缝

黄羊泉水库的续建配套在对伸缩缝进行处理的过程中，采用两毡三油作为填缝材料，因为材料具有良好的韧性，并且粘结力强、施工方案、低温不断裂以及使用时间长等众多优势。其中，伸缩缝的底部选择的20 mm 厚度的苯板，而上部填缝材料则选择的是聚氨酯以及聚氨酯砂浆等。另外，在对于苯板进行固定时，可以使用卡子。混凝土浇筑过程中，不能对于苯板造成破坏，也不能导致苯板发生上移情况。而其表面部分则主要是选择聚氨酯砂浆、聚氨酯等材料，在填缝之前，将缝面彻底清除干净，而嵌缝深度一般需要达到30 mm。在填缝的过程中，需要在现场进行加热配置，并且严格根据设计要求进行配置，实现即配即用，避免出现砂浆冷却的情况。如果出现冷却，不利于聚氨酯与混凝土的结合[8]。

3.4 PE 闭孔泡沫塑料板

混凝土防渗板的接缝材料主要采用PE 闭孔泡沫塑料板。因为PE 闭孔泡沫塑料板这一材料恢复率高、密度小，表面吸水率较低、耐老化、防渗透性能好，并且还具有独立的气泡结构、高温不流淌，低温不脆裂、施工方便以及能够根据端面形状粘接和裁剪等众多优势。PE 闭孔泡沫塑料板的间距以及厚度需要通过当地的温差和相关的规范进行计算得出，一般是最佳状态为厚度10 mm、间距4 cm，在表面直接采用原浆收面。在跳仓浇筑的过程中，需要固定好边模，避免混凝土在进行入仓振捣时，导致PE 闭孔泡沫塑料板向上移动。而边模的固定中，采用铁钉固定木模、采用卡子固定钢模。结束跳仓之后，经过三天时间进行补仓浇筑，禁止踩踏浇筑板边缘，避免剥离已经浇筑好的PE 闭孔泡沫塑料板。除此之外，在开展连仓浇筑的过程中，要注意在完成第一块混凝土板的浇筑工作之后，禁止立即拆除模板，需要在完成第二块混凝土土板的入仓振捣之后，才可以拆除连仓模板。之后需要使用混凝土填平连仓模板的放置区域，进行振捣、磨光、压面等，实现连续浇筑的目的。

4 结语

综上所述，新疆当地的河流多泥沙，而黄羊泉水库在经过续建配套和节水改造项目之前，充分考虑到了防冻胀、防抗冲等问题，同时还需要将灌区的量水设施加以完善，实现科学节水、合理配水的目的。

通过在灌区中应用新技术、新工艺和新材料，能够有效地提高灌区的灌溉效率和渠系水的利用系数，促进当地农业生产。