膨胀土地区渠道衬砌结构优化研究与应用

董战营

【摘 要】渠道作为防渗节水工程中不可或缺的重要组成部分，能够将水输送到渠道当中，实现稳定的水源引入和引出。但是，国内膨胀土地区渠道衬砌结构的项目并不多见，相应的施工技术也并不十分成熟，仍然处于探索与完善当中。本文着手于膨胀土地区渠道衬砌结构的研究，结合膨胀土地区实际情况进行分析，总结膨胀土地区渠道衬砌结构优化研究与应用，为我国在渠道建造方面的能力提供理论性研究依据。

【关键词】膨胀土地区 渠道衬砌结构 优化研究 应用

渠道作为防渗节水工程中不可或缺的重要组成部分，能够将水输送到渠道当中，实现稳定的水源引入和引出。因为膨胀土地区的土地性质特点，无法采用常规的渠道建造方法，如果采用水泥土构建渠道，不仅水泥费用会很高，并且渠道断面较小、施工可操作性很差、施工效率低下，质量无法保证。对此，膨胀土地区渠道衬砌结构优化研究与应用显得格外重要。

1 项目简介

埃塞阿巴萨姆尔水电站地处典型的非洲黑棉土地带，进场后通过实验确定，该土属于强膨胀土。水电站属于引水式电站，引水明渠长4公里，渠道的原设计采用40cm水泥土护坡外加20cm干砌块石衬砌。根据施工经验，40cm水泥土的方案并不能保证完全解决强膨胀土的破坏问题。因为埃塞阿巴萨姆尔的水泥价格是我国国内价格3倍，所以使用水泥的建造成本也非常高，并且渠道断面较小、施工可操作性很差、施工效率低下，质量无法保证。对此，为了更好的开展该工程，进行渠道衬砌结构优化与应用，最终实现提高施工质量的目的。

2 施工原理及方案

2.1 膨胀土治理原理

膨胀土治理的关键是减少膨胀土与外界水分的交换，避免膨胀土含水量的显著变化，采用复合土工膜（两布一膜）能够有效隔绝膨胀土与外界水分的交换，使膨胀土含水量保持在一个相对稳定的比例，避免膨胀土发生明显的涨缩破坏[1]。同时通过边坡干砌石护面，增加边坡稳定性。

2.2 施工方案

施工方案主要分三步：（1）对膨胀土的处理方法进行综合分析。膨胀土治理方法主要有三种，即膨胀土换填、改良和隔离。本渠道引水明渠全线均为黑棉土，附近沒有非膨胀粘土料场，不具备全线换填条件[2]。（2）针对复合土工材料隔离方案，最终选定可操作性强的衬砌方案；（3）借助渠道优化方案的实施，逐渐完善施工方法和熟练施工工艺，形成应用成果。

2.2.1 复合土工材料选择

土渠道防渗设计建议采用“SN2/PVC-16-400-0.2”的短纤针刺非织造/聚氯乙烯，两布一膜复合土工膜，幅宽不小于5米，表面加糙。土工合成材料的材料检验应按GB/T17642、GB/T17688、GB/T17639、GB/T17638等相应规程规范的相关要求执行。

2.2.2 复合土工膜（两布一膜）加干砌石衬砌方案

渠道断面底宽3.606m，左右侧边坡与底板衬砌材料采用复合土工膜加30cm厚干砌块石。渠道左侧（山坡侧）渠顶沿线设置浆砌块石挡坎，挡坎顶部高出右侧浆砌石护面顶部20cm，挡坎内每隔3m 布1 根管径100mm 的PVC 排水管，排水管倾向渠道内，端部包有土工布反滤；右侧（河道侧）渠顶以上顺坡开挖或回填，回填高度为渠道设计护面顶部以上1m，堤顶布置堤路，堤路宽度3m，两侧坡比均为1：1.75。渠道右侧内侧坡面均采用20cm 厚度的浆砌块石防护。堤路采用火山渣路面。

2.2.3 土工布加干砌石衬砌方案

渠道断面底宽 3.606m，左右侧边坡和底板衬砌方式为土工布加30cm厚干砌块石。渠道左侧（山坡侧）渠顶沿线布置与复合土工膜方案相同，设置浆砌块石挡坎，挡坎顶部高出右侧浆砌石护面顶部20cm，挡坎内每隔3m 布1 根管径100mm 的PVC 排水管，排水管倾向渠道内，端部包有土工布反滤；右侧（河道侧）渠顶以上布置同复合土工膜方案相同，顺坡开挖或回填，回填高度为渠道设计护面顶部以上1m，堤顶布置堤路，堤路宽度3m，两侧坡比均为1：1.75。渠道右侧内侧坡面均采用20cm 厚度的干砌块石防护。

2.2.4 渗漏试验

在上述两种方案施工完成后，进行储水试验。对渠段内注水至设计水深，观察并记录水面降落情况，观察时间不少于2d。注水观察完成后，抽干渠道内水，待渠道处于干燥、无水状态下2d后，重新注水至设计水深，观察并记录水面降落情况，观察时间不少于2d。储水观察试验过程中，应确保除渠道本身，无其余渗漏通道。

通过现场试验观测发现，复合土工膜（两布一膜）和土工布2个试验段注水试验观测结果如下所示：复合土工膜（两布一膜）试验段两次观测水位下降高程分别为24mm和27mm，同期实测水面蒸发量约20mm，实际水位下降高度分别为4mm和7mm，平均值为5.5mm。土工布试验段两次观测水位下降高度分别为135mm和145mm，扣除蒸发因素20mm，实际水位下降高程分别为115mm和125mm，平均值为120mm。

由上述观测数据可知，复合土工膜（两布一膜）方案防渗效果要远远优于土工布方案，最终采用复合土工膜（两布一膜）方案进行施工。

3 施工结果

通过试验段施工，复合土工材料（两布一膜）在膨胀土地区引水明渠衬砌中应用较为成功，达到了预期效果，通过后续主体施工，进一步验证了其工艺简单、施工快速、施工质量易于保证、降低成本等优势，具有良好的经济效益和广阔的应用前景。通过现场试验与实际应用效果，通过对施工现场进行观察试验与分析，整理与对比分析总结出一整套用于渠道复合土工膜（两布一膜）加干砌石衬砌的经济的、可行性的施工工艺。经现场验证，应用上述施工方法能有效解决渠道防渗、施工工期和降低施工成本等问题。

4 结语

综上所述，国内膨胀土地区渠道衬砌结构的项目并不多见，相应的施工技术也并不十分成熟，仍然处于探索与完善当中。因为该工程规模较大，施工周期较长，受气候、天气、地下水、土质状况等不良因素的影响，为施工带来了许多的困难。

参考文献：

[1]陈晨.南水北调中线工程大型渠道施工技术研究[D].兰州：兰州交通大学，2015.

[2]王丹.输水渠道衬砌结构冻害防治及优化设计研究[D].大连：大连理工大学，2013.