北疆供水渠道高填方封堵措施渗漏监测技术

沙吾列提汗·对山拜，王安强

（新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局顶山管理处,新疆 福海 836400）

1 工程概况

北疆供水工程总干渠地处大陆北温带及寒温带,多年平均气温3.4℃,最高气温39.60℃,最低气温-42.70℃,最大冻土深度1.5 m。渠基土为白砂岩、泥岩及风积沙戈壁料组合,土体渗透系数大,且具有遇水膨胀崩解特性。渠道为弧底梯形混凝土衬砌形式,渠深7.5 m,弧底半径8.4 m,弧长6 m,采用现浇混凝土衬砌层,厚度100 mm,下铺一布一膜防渗膜及找平砂浆层。弧底上接直线段渠坡,坡长16.7 m,坡比1∶2,顶宽34 m,采用六棱块预制混凝土衬砌,厚度60 mm,下方为30 mm保护砂浆层、一布一膜防渗膜和30 mm找平砂浆。弧底段与坡面防渗膜分开铺设,接缝处采用KS热熔胶粘接,渠道原高度5.5 m,后加高至7.5 m,加高段与原坡段防渗膜采用KS热熔胶进行粘接［1-2］。

渠道原先采用防渗土工膜与预制衬砌复合防渗体进行防渗,自2000 年通水以来,渠道经过多年输水运营出现了诸多渗漏破坏问题：其一是渠道土工膜在长期运营后出现老化、破损情况、逐年的渠道局部维修易造成土工膜破损导致渠道渗漏；其二是渠底排水改造过程中,新旧土工膜衔接处难以充分粘结,易产生漏洞,造成膜后积水,冬季停水期积水冻胀从而引起混凝土村砌破坏；其三是常年的水流冲刷造成渠道边坡衬砌预制块及块间勾縫砂浆开裂、沉陷等病害,引发渗漏,停水过程中填方渠堤“仰涌”易引起的渠道衬砌破坏；其四是渠道沿线膨胀泥岩分布广泛,长期渗漏造成边坡岩土体膨胀崩解,大大降低了渠道边坡的稳定性,从而引发输水运营期渠道边坡滑塌现象［3］。

以上问题本质在于防渗膜老化破损和施工缺陷严重,已无法发挥应有功能。为全面掌握高填方段渠道渠基渗漏形成、发展过程,选取典型断面,设计了自动化实时监测平台,动态分析渗漏相关参数,针对监测结果,采用新型的LEAC防渗涂料对渗漏位置进行封堵［4］,并且利用监测系统评价修复效果。

2 防渗涂料施工

该施工作业在渠道高填方渗漏较严重的渠道内边坡衬砌面上进行。施工步骤：基层清理→基层细部找平处理→防水界面剂配制→防水界面剂涂刷→耐水聚合物涂料现场配料→第一遍涂膜→内置专用加筋布铺设→第二遍涂膜→面层涂膜→防水层验收。操作要点和技术要求：①基层清理：选用合适的工具将基层清扫干净,基层表面不得有浮尘、杂物,不得有明水。②界面剂根据现场情况配制,并均匀涂刷在渠道砼砌块上,③待界面剂固化成膜后检稳固砼砌块表面风化层效果,应满足涂层施工要求。④现场聚合物涂料的配合：在界面剂施工并稳固后,按规定配比进行现场配料。⑤细部附加处理：在施工渠道基础设施和渠道交接部位阴阳角或变形缝等易发生漏水的部位应增加一层专用加筋布处理。首先采用专用喷涂设备厚度均匀地喷涂一层涂料,并立即粘贴专用加筋布进行增强处理。专用加筋布粘贴时,应推压平整,与下层涂料贴合紧密,表面再喷涂一至二层涂料,使其完全覆盖。⑥喷涂第一道涂层：细部节点处理完毕且涂膜干燥后,进行第一道大面涂层的施工。喷涂时要均匀,不能有局部沉积,并要多次涂刮使涂料与基层之间不留气泡。⑦铺设加筋布,第一道涂层喷涂完毕后,趁湿立即铺设一道专用加筋布：专用加筋布粘贴时,应摊压平整,与下层涂料贴合紧密。⑧喷涂第二道涂层：在第一道涂层干燥后（一般以手摸不粘手为准）,进行第二道涂层的施工,喷涂的方向与第一道相互垂直,干燥后再喷涂下一道涂层,直到达到设计厚度。⑨最后一道涂层采用稀释的涂料薄喷一道,以提高涂膜表面的平整、光洁效果。⑩为保证防渗涂层耐水冲刷稳定性,在防涂层施工的起始及终点部位,用不锈钢压条固定在渠道应力伸缩缝处,并用耐候MS胶和水工专用环氧胶泥封堵。施工耐候MS胶和水工专用环氧胶泥时,应先用角磨机将伸缩缝原砼表面风化层清除。防水层的验收：施工时应边喷涂边检查,发现缺陷及时修补,现场施工员、质检员必须跟班检査,特别要注意平立面交接处、转角处、阴阳角部位的做法是否正确。自检合格后报请监理方或建设方进行防水层的验收。检査验收后及时进入下一道工序的施工。

注意事项：日常与当地气象部门保持联系,在台风和恶劣气象条件来临前,做好预防准备,特别是在进行渠道防渗喷涂作业前,一定进行天气确认。风力到5 级以上及风沙天气停止作业。

3 监测平台建设

此部分工作在北疆供水工程渠道现场进行。包括：①监测段选择。选取干渠典型试验段,对衬砌表面喷涂防渗材料,在喷涂段中心位置选取两个渗流监测断面,断面间距2 m。②钻孔及传感器安装。在监测断面渠沿石后方30 cm处平行渠坡进行倾斜钻孔,长度15 m,孔径110 mm。制备梅花状钻孔的PVC管,长度15 m,管径105 mm,外包无纺布与铁丝网,底部封闭,待成孔后泥浆护壁完成立刻插入孔内。将渗压计间隔1.5 m固定于长15 m直径50 mmPVC管外侧,电线通过打孔穿入PVC管内部延伸到渠顶。传感器测试正常后,将监测孔封闭在孔上方做防水保护,阻止降水和地表积水进入监测孔。③监测设备调试。选取现场开阔处,平整地面后开槽,槽深0.5 m长宽1.5 m,槽内浇筑混凝土基础,高出地表0.3 m,混凝土硬化后在其上表面通过地脚螺栓固定MCU外箱,并在箱内安装MCU模块。从监测管位置到MCU外箱点之间地面开槽,放入PVC线管,渗压计线穿过线管后接入MCU模块后,恢复地面。对MCU进行调试,待现场数据显示正常并且远程数据传输成功后,进行一周维护调试,随后完成现场试验段布置。现场工作所需技术人员两名,分别负责传感器安装、走线和MCU调试,需钻机一台及操作员1~2名,负责钻孔及泥浆护壁,需工人两名,协助进行地面开槽及混凝土基础浇筑。在材料、设备到场情况下,预计钻孔作业1 d,传感器安装及走线2 d,MCU外箱安装固定2 d,模块调试7 d。

按照上述步骤,现场一共建立2 个高填方渠段“内堵”防渗处理典型监测断面,通过地温测量、土壤水分变化配合渗压计结果,综合反映“内堵” 前后渠基渗流场、膜后水位变化和渗漏点改善情况。通过多层位移监测,反映渠坡渗流稳定性改善情况。监测布置见图1。

图1 内堵技术现场试验布置及传感器细部构造

现场监测数据包括渠基膜后水位、水分分布、渠基变形,结合试验材料渗透性试验数据,建立内堵渠道三维渗流分析模型。该模型用于分析内堵材料施加前后对渠基膜后水位及渠坡变形、稳定性的改善效果。此外,通过考虑内堵防渗材料渗透性能随时间、温度、盐分的劣化规律,分析与评价内堵防渗技术的长期效果。

4 平台运行测试效果

该平台可实现电脑端和手机端同时登陆,随时随地查看渠基渗漏情况,并完成数据的曲线统计。见图2、图3。

图2 电脑端登录

经过通水运行期整个过程平台测试,所有传感器运行良好,数据传输正常,可全面反映渠道行水过程渗漏规律,及时采取修补措施。见图4。

5 结语

围绕高填方渠段渗漏问题处治需求,从提高渠堤防渗性能出发,通过调研、性能比选和经济性分析,优选出一种适用于高填方渠段的防渗“内堵”喷涂材料,并形成相应的喷涂技术及成套施工工艺,从源头上解决渠道渗漏问题。在此基础上,建立2个高填方渠段“内堵”防渗处理典型监测断面,通过自有云平台数据直连实现数据实时观测,在此基础上,结合数值分析技术论证该技术的防渗及耐久性,从而形成高填方渠段“内堵”防渗及处置成套技术。