韩墩引黄灌区渠道衬砌方案技术特点分析及建议

刘龙

摘 要：从韩墩灌区干支渠衬砌的各种断面形式、护坡材料、护砌方案分析不同护坡方案优缺点。提出了在设计、施工及運行管理方面的建议。

关键词：渠道衬砌；方案 ；特点 ；建议

韩墩引黄灌区位于黄河三角洲腹地，山东省滨州市境内。灌区呈南北狭长形状，自引黄闸延伸到渤海湾。范围包括滨城区、沾化区以及东营市利津县，13个乡镇，504个自然村。灌区控制面积203.41万亩，可耕地面积120万亩，设计灌溉面积96万亩。该灌区始建于1958年，1959年开灌，1962年停灌，1968年复灌。 1988年被水利部列为节水灌溉试点灌区，1990年和 1991年完成了21.75 km总干渠全断面铺塑防渗边帮砼预制板护砌工程。工程运用后输水能力由原来的 50 m3/s提高到70 m3/s，同时输沙能力也得到了极大的提高，渠道落淤量的减少可使灌区每年减少300余万元的清淤费用，发挥了巨大的效益。

1 渠道衬砌设计情况

1.1 衬砌断面

（1）全断面衬砌--渠底和两边坡全部衬砌；

（2）半断面衬砌--只衬砌两边坡。

渠道的断面形式为梯形，衬砌渠道两底角设有抵抗坡面下滑力的砌石（或砼）齿墙，为保护护坡及防止雨水进入渠道护坡后，在护坡顶部现浇砼封顶（或称压顶）。边坡分别选用1： 1.5（1990、1991年衬砌总干渠的21.75km）、1：1.75（2009年衬砌过徒干渠干渠的14.575km等）、1：2（2000年衬砌总干渠的8.25km）。

1.2 主要采用的衬砌坡面材料

（1）砼预制板；

（2）砌石；

（3）现浇砼；

（4）砌石预制板混合（下部砌石上部预制板）。

1.3 结构设计情况

为了避免因温度应变引起砌体破坏设伸缩缝，预制板渠底（宽22～27m）设纵向伸缩缝（顺水流方向）间距7～9米，横向伸缩缝间距12.4米；预制板坡面（坡长4-5米）只设横向伸缩缝间距12.4米；现浇渠底纵、横向伸缩缝间距均为4～6米，现浇坡面的横向伸缩缝间距为4～6米，纵向伸缩缝设在坡面的中间（坡长在4m到5m）；砌石只设沉降缝。伸缩缝宽度40mm，下部充填塑料胶泥预制条（后来改用聚乙烯闭空泡沫板），顶部厚20mm采用M5水泥砂浆填实（后来改用双组份聚硫密封胶抹平）。预制板的结构缝宽度为40mm，填料采用C20细石混凝土，提浆抹平。

1.4 预制板外形

⑴矩形板一般采用尺寸为 580×380× 60 （或80或100）mm；

⑵正六边形板，外接圆直径 580mm厚60（或80或100） mm。

1.5 预制板的砌筑方法

矩形板采用长边水平放置水平缝为通缝竖缝交错的砌法。

正六边形采用了两种砌法：平行对边水平放置和平行对边竖向放置两种砌法，它们均无直线通缝。

2 特点分析

2.1 预制板衬砌特点

该方案优点是护坡糙率小、适应性强，施工方便，由于预制板可提前异地预制，渠道衬砌施工工期较短，对灌区输水运行影响较小。缺点的是破坏率较高，稳定性较差，特别是边坡m较小时，易发生大面积下滑，造成底部凸起，也易出现因冻胀而造成凸起破坏。维修费用较大。1990、1991年衬砌总干渠的21.75km的边坡采用的就是m=1.5，通过几年的实际运用，发现底部凸起破坏较严重，所以在2000年的总干渠衬砌采用m=2.0，至今没发现这种破坏。

从预制板形式和砌筑方法上分析：矩形板坡面一般采用矩形板长边水平放置，水平缝为通缝，竖缝上下交错的砌法，由于水平缝为通缝，缝是护坡的薄弱部位，易产生折断出现凸起破坏。据观察护坡破坏折断缝一般发生在倒数第一至第三道板间缝处。而正六边形板坡面平行对边竖向放置砌法的缝是以锯齿形波浪线，没有水平通缝缝，破坏率较矩形板长边水平放置的砌法低。

从制作运输施工方面看，正六边形板制作和砌筑施工难度较大，而运输装卸破损率较低；而矩形板则正好相反，制作和施工难度较小，而运输装卸破损率相对较高。

2.2 浆砌石衬砌特点

优点是护坡稳定性好，抗冻效果好，便于冬季凌期供水，适应性强，使用年限长；缺点是糙率相对较大，施工耗费人力较大，且由于当地缺乏石材，材料较高。 该灌区没有采用全部砌石断面的衬砌渠道，只是在建筑物的衔接段使用一部分，一般长度都在100m以内。

2.3 砌石预制板混合护坡特点

（1）应用在地下水位的变化部分，由于地下水位冬季下降，夏季抬升。地下水位的变化造成板下土坡的稳定性的变化，夏季处于地下水位抬高至渠底以上的部分时这部分的稳定性就变差，所以这种情况一般采用下部（较地下水位变化区稍大）采用浆砌石作为衬砌材料渠坡，上部采用砼预制板。

（2）使用在阴坡易造成冻胀破坏的部位，阴坡的下半部水分大温度低产生的冻胀严重，加之上部坡面的推力作用及若施工留下结构缺陷等使得下部易产生凸起破坏。所以在阴坡的下部也采用砌石护坡提高护坡的稳定性。

（3）穿越城市须景观衬砌的渠段地下水位以下部分，土坡的稳定性差也适宜该方案，达到美观经济的目的。

该方案综合了砌石护坡和预制板护坡的特点，对基层稳定性差的部位使用砌石护坡，保证了该部位护坡的稳定；对阴坡易发生冻胀破坏的部位达到抗冻的效果，便于冬季凌期供水，适应性强，使用年限长；糙率相对稍大（介于其他二者之间），材料、施工耗费人力稍大，造价稍高（也介于其他二者之间）。

2.4 现浇砼（C20）坡面特点

该灌区在1990年和1991年进行了260m保温层上现浇砼坡面的实验，边坡系数m=1.5，护坡基层同一般预制板衬砌坡面，基层上先铺设保温板然后现浇砼坡面（厚度分别为50mm和60mm），横向伸缩缝间距4m，坡面中间设一道伸缩缝，伸缩缝宽度30mm。该现浇坡面已经20多年了，边坡系数m还是较小的，但至今没有发生破坏。现浇坡面整体性好，稳定性当然就好，糙率低（没有预制板间的结构缝，表面更光滑），不计保温板的话，造价小（节省预制模板及预制场内运输、装卸，总运输距离也较预制板短）。缺点是施工期长。

3 在设计、施工和运行管理中的建议

3.1 设计方面

⑴根据具体土质情况和经济合理的原则选择安全稳定的边坡，防止因边坡失稳给衬砌坡面造成土压力；⑵改善填缝材料的粘接力增加坡面材料的均匀性；⑶适当增加坡面下部预制板的厚度，以增大在垂直于坡面方向上的惯性矩，提高稳定性，替代砌石预制板混合护坡；⑷采用有利于坡面稳定和整体性的砌法和板的形式；⑸封顶外侧设挡水坎，防止雨水从封顶水平面外侧灌入板后；⑹在条件允许的情况下，采用现浇坡面。研制现浇机械提高效率和质量、降低成本、缩短工期；⑺填缝材料采用粘接力和强度高的材料，使坡面材料的性能更加接近，降低缺陷程度。

3.2 施工方面

施工过程中要严格执行质量标准，确保土坡填筑质量和坡面预制板的填缝质量。

3.3 运行管理方面

⑴首先坚持定期检查和雨后检查制度，发现问题及时处理，以防破坏面扩大；

⑵堤顶养护过程中要保持顶面外侧要洼一些以便使其雨水排向坝外，或选择路面易积水的部位设泄水簸箕，同时要注意封顶板以上部分土坡种草以保护土坡和防止雨水流入板后；

⑶引黄渠道梯形断面两底角部分如有少量淤土可以适当保留，它对保护底角稳定和防冻是有好处的。