王 力,韓繼榮
(濱州市小開河引黃灌溉管理局,山東濱州 256603)
渠道襯砌是灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程中的一項重要內(nèi)容,其工程量大、工期長、造價高。部分灌區(qū)為節(jié)約建設資金,往往對灌區(qū)渠道進行半斷面襯砌,即在渠道襯砌工程中只對渠坡進行襯砌,渠底部鋪設防滲塑料薄膜,覆蓋土方,整平壓實處理。半斷面襯砌渠道在通水運行一段時間后,水中攜帶的草籽等會落在渠底上生長雜草,影響渠道過水能力。為解決半斷面襯砌的渠道中雜草阻水問題,小開河灌區(qū)采取了水泥土護底工程措施。實踐證明:它是一種既節(jié)約工程建設資金,又能固化渠底、減少水滲漏、阻斷草生長的渠底硬化工程方案。
小開河引黃灌區(qū)是國家大型引黃灌區(qū),位于山東省濱州市,涉及7縣區(qū),42萬人口,設計灌溉面積73333.33hm2,設計引水流量60m3/s,年設計引水3.93億m3。灌區(qū)干渠全長96.50km,其中上游輸沙渠51.30km、沉沙池4.20km、下游輸水渠41km、骨干建筑物147座。灌區(qū)輸沙干渠為地上或半地上渠道,采取了全斷面、半斷面襯砌和大比降遠距離輸沙技術(shù)。輸水渠位于小開河灌區(qū)下游,為半斷面襯砌全地下渠道。
輸水渠由于是全地下渠道,設計比降較小,水流緩慢。輸水時黃河水中攜帶大量草籽沉落在沒有襯砌的土質(zhì)河床上,生根發(fā)芽,導致生長旺盛茂密,如:蒲草、蘆葦?shù)?,高度會達到1.50~2m。灌區(qū)輸水時,雜草阻塞河道,減緩水的流速,減小渠道斷面過水面積。若遇上游來水迅猛,到下游時雜草阻隔驟然變緩,導致水流漫出渠道,危及壩體安全。為防止沖毀渠壩,只能小流量輸水,耗費時間長,引水總量小,經(jīng)濟效益差。因此,渠道內(nèi)雜草問題成為影響灌區(qū)供水效能的一大障礙。
為解決渠道過水問題,減少輸水安全隱患,防滲加固渠底,2012年,小開河灌區(qū)在年度續(xù)建配套與節(jié)水改造工程中,在3.55km輸水渠道,采用了渠坡C25混凝土預制板襯砌、渠底水泥土硬化施工方案,利用水泥土硬化后形成的凝固整體將渠底的土質(zhì)層封閉,防止草籽沉落后生根發(fā)芽。
渠底水泥土施工程序主要分為四步:第一步先用挖掘機將渠底沉積的淤泥、草根等徹底挖除,在渠底保留可以用來拌和水泥的合格土料。第二步根據(jù)實驗室出具的水泥土配合比數(shù)據(jù),對保留土料進行翻耕晾曬或灑水保濕,使土料的含水率達到水泥土設計所要求的含水率。第三步是用推土機等機械對渠底土料進行整平穩(wěn)壓,然后按照水泥土配合比設計確定的每平方米水泥用量將水泥散開,均勻攤鋪于渠底,用穩(wěn)定土拌和機拌合,壓實機械壓實。第四步養(yǎng)護成型。
2.1.1 水泥選擇
工程采用的水泥,是硅酸鹽水泥P.C32.5。抽取樣品送試驗室檢測,可以滿足水泥土施工要求。水泥物理性能見表1。
表1 水泥物理性能檢測
2.1.2 土料選擇
在施工渠段采取土料樣品,密封包裝送至實驗室進行檢測。通過對土料最大干密度、天然含水率、顆粒級配、液限、塑限等各項技術(shù)指標進行分析,渠道內(nèi)原土可以滿足水泥土施工要求。土料試驗結(jié)果見表2。
表2 土壤試驗成果
2.1.3 水泥土配合比
根據(jù)渠道底部土樣的工程分類、天然含水率、水泥強度等級等各項指標,經(jīng)水泥土試配比試驗,確定水泥摻入率為12%,壓實厚度15cm。
用挖掘機徹底對渠底進行清理,將爛泥、草根等挖除,開挖深度至設計保留土料上平線。按照水泥土配合比設計要求的土料含水率對渠底土料進行檢測,對含水率大的渠段,進行翻耕晾曬,含水率小的,進行灑水保濕。
用推土機對渠底進行整平穩(wěn)壓。整平后,測量隊進入施工現(xiàn)場,測量場地的尺寸,計算出每袋水泥的攤鋪尺寸和攤鋪厚度,用白灰線標出尺寸格。
將水泥運輸至施工場地,按照標好的尺寸格人工進行攤鋪,用刮板將水泥均勻攤平在白灰格內(nèi)。水泥鋪好后,立即用穩(wěn)定土拌和機進行拌和,拌和深度根據(jù)實驗測定的松鋪系數(shù)1.30,確定拌和深度為19.50cm。
拌和按照從邊至中間的順序進行,拌和次數(shù)不得少于兩遍。拌和完一個施工段后,立即用推土機對拌和料進行穩(wěn)壓。
水泥土混合料用推土機穩(wěn)壓后,用平地機進行整平,壓實機械進行壓實。成型后,及時進行灑水養(yǎng)生,養(yǎng)護時間不少于7天。
渠底水泥土工程于2012年10月開工建設,2012年12月完工。完工后90天測得抗壓強度為1.90MPa,達到了試驗標準值。2013年11月,經(jīng)過灌區(qū)一年的通水運行后,對水泥土進行復檢。檢測結(jié)果顯示:水泥土抗壓強度為1.77MPa,強度值下降7%,低于25%的設計下降允許值。3.55km長的水泥土渠底,沒有一根雜草生長,渠底水泥土層外觀仍堅硬密實,沒有發(fā)現(xiàn)明顯被水沖毀或大面積侵蝕的地方,達到了預期的效果,滿足了工程需要。
本次襯砌工程,施工總長度3.55km,渠底寬度23m。若用混凝土預制板襯砌施工方法,采用8cm厚C25混凝土預制板,市場單價600元/m3(含材料費、人工費、混凝土板運輸費),施工現(xiàn)場人工鋪砌混凝土板費用為270元/m3(含嵌縫材料費),兩項合計870元/m3。渠道護底混凝土板總用量為5528m3,工程總造價為480.93萬元。
采用水泥土護底方案,壓實深度15cm,水泥土總量為12247.50m3。水泥土壓實密度實測值為1820kg/m3,設計配合比(質(zhì)量)12%,使用32.5水泥2674.85t,市場價格305元/t,水泥總價為815829.25元。水泥土施工作業(yè),人工及機械費為3元/m2,總價為244950元。兩項合計,水泥土施工總造價為106.08萬元。
通過上述計算結(jié)果顯示,水泥土施工造價僅占混凝土預制板襯砌造價的22%,節(jié)約資金優(yōu)勢十分明顯。
小開河灌區(qū)輸水渠水泥土護底工程在通水運行一年后加固渠底,既可增加灌區(qū)的安全性能,減小水的滲透量,提高引水的利用率,又能防止渠底雜草生長。實踐證明,在過水流速較小,對渠道沖刷力較弱的輸水渠道中,可采用水泥土作為渠道護底材料。它與混凝土襯砌相比較,具有造價低廉、施工時間短的優(yōu)勢,是一種可以推廣的灌區(qū)渠道護砌方式。