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摘 要 浆砌石由于其原材料取材方便，施工简单，在渠道建设中被广泛采用。但普通浆砌石防渗护面主要缺点是糙率大，石料的利用率不高，断面造型呆板。节水改造实施过程中，对普通浆砌石防渗护面结构进行了改进。通过实际运用，改进后的护面结构造型美观，防渗、抗冻及水力学条件优于普通浆砌石防渗护面，而每米造价相对降低15.01%。
关键词 浆砌石 改进 混凝土贴面 应用
在灌区节水改造实施过程中，渠道防渗衬砌形式直接影响工程的寿命和防渗效果，而新疆各地区大多地处北方寒冷地区，冬季长达几个月之久，渠道防渗衬砌结构的冻胀破坏是一个较突出的问题。在干渠改建前，灌区内的渠系均为20世纪六七十年代修建的浆砌卵石渠道。2004年后，各地区新建了一批混凝土预制板支渠和斗渠，从运行情况分析，浆砌石渠道抗冻性能优于混凝土预制板，其主要缺点是糙率大（糙率系数在0.023～0.0275之间），对面层石料的选料要求较高，石料的利用率不高；底脚缝易淘刷进而破坏渠底，维修频繁。混凝土预制板渠道抗冻性能差，板间缝受冻胀应力易开裂，造成混凝土预制板脱落，防渗效果下降，渠道耐久性差。针对上述问题，节水改造渠道防渗结构设计上，我们本着因地制宜的原则，对普通浆砌石进行了改进：即利用丰富的卵石资源，根据各级渠道渠床的地质条件、水流条件、抗冻胀效果、施工难易程度、结构美观等方面综合考虑，在不同级别的渠道上采用改进后的混凝土贴面浆砌石防渗护面，断面选型以弧形底梯形、梯形圆弧坡角形、抛物线形为主，形成了渠道曲线形的最佳断面组合，渠道的抗冻、抗渗、水力学条件得到了明显提高。
一、混凝土贴面浆砌石防渗结构
1.混凝土贴面浆砌石防渗结构。防渗结构厚度的确定须同时满足抗冻、抗渗要求。对于Ⅰ、Ⅱ类强冻胀土基，渠底部及渠顶以下渠深的2/3处总厚度按渠道类别干渠取35 cm；支渠、斗渠取30 cm～28 cm；渐变到封顶为25 cm～20 cm。面层混凝土厚度根据灌区节水改造工程实践，取值一般在3 cm～5 cm，厚度过大，一是不经济，二是浆砌石和混凝土的线胀系数不一致，会因温度不均造成温度应力叠加致使面层混凝土开裂。在侧向排水条件好的Ⅲ、Ⅳ类弱冻胀土基、透水性强的沙土类及砂砾石基础上，总厚度以满足现行规范要求为宜。对于Ⅰ、Ⅱ类强冻胀土基，进行换基处理，置换材料为φ30 mm～φ50 mm河卵石，置换厚度分两种情况：平行于等高线（东西向）布置的渠道考虑阴坡的遮阴，渠底部65 cm，阴坡上部40 cm，阴坡下部70 cm，阳坡上部30 cm，阳坡下部50 cm。垂直于等高线（南北向）布置的渠道，坡面上部30 cm，坡面下部、渠底部50 cm。渠道每5 m设伸缩缝一道，缝宽2 cm，沥青水泥砂浆嵌缝（重量配合比：水泥∶沥青∶砂子=1∶2∶4），缝面灌2 cm厚聚氯乙烯泥止水。
2.砌筑材料。砌筑材料采用细粒混凝土砌筑，混凝土骨料最大粒径20mm，强度等级C15，使用标号为R425普通硅酸盐水泥，水灰比控制在0.5～0.55之间。贴面混凝土与浆砌石砌筑材料相一致，强度等级C15，水灰比控制在0.45～0.5之间。对于有推移质泥沙的渠道，为提高渠道的抗冲、抗磨性能，护面混凝土强度等级采用C20。
二、主要施工工艺
和常规渠道施工工序一样，首先进行渠道开挖和边坡整理，然后进入渠底置换料，并夯筑，渠坡置换料随边坡砌筑高度随砌随填，以免占用砌体空间，以保证砌体厚度。渠底置换料夯填后，即可进入混凝土贴面浆砌石施工，主要工艺如下：
1.安置样模。为保证设计的曲面轮廓几何尺寸准确，在实践中总结了样模挂线法，即根据渠道的设计尺寸，将曲线部分（圆弧形或抛物线等）加工成预制样模。样模宽度10 cm～12 cm，高度以设计渠底厚度的1/2为宜，强度等级不低于面层混凝土标号，每隔10 m～15 m放置一个，以不拖线为宜，用同标号混凝土固定。样模作为结构的一部分不拆除。
2.砌石施工。渠底曲线部分砌石用灌浆法砌筑，渠坡采用坐浆法，渠底、渠坡砌石连续完成不留施工冷缝。砌石顶面以上预留面层混凝土厚度。砌筑前洗净石料，自下游向上游方向衬砌，先中间后两边，沿圆弧切线砌石，每一块砌石要于相同位置的圆弧切线垂直，大头向下，小头向上，三角缝、六面靠、垂直于弧面不倾斜；顶面要平整，起伏误差不得大于5 mm。细砾砼一次性灌浆，要求灌浆饱满、密实。
3.面层混凝土施工。将砌筑好的砌石表面清理浮渣，用清水湿润然后刷素水泥浆一道，将拌和好的面层混凝土按先渠底后渠坡的施工顺序一次浇筑成型，然后，在样模上挂线手工修坡修园。面层混凝土拌和要严格控制水灰比，流动性不可过大。
三、应用条件与技术方法
1.干渠混凝土贴面浆砌石防渗护面。干渠流量在5 m3/s～12 m3/s之间，在水力学计算满足《渠道防渗工程技术规范》SL18-91规定的不冲流速的条件下，断面宜选择弧形底梯形断面，弧形底弦长1.8 m～2.2 m，边坡系数m=1～1.25，圆心角90°～77°，圆弧半径127.3 cm～176.1 cm，弓高37.3 cm～38.6 cm，斜边长度根据实际流量确定。当弧形底梯形断面不能满足不冲流速的条件下，可选用梯形圆弧坡角形断面，底宽2 m～2.4 m，边坡系数m=0.75～1。
2.支、斗渠混凝土贴面浆砌石防渗护面。支、斗渠流量在0.5m3/s～1.2m3/s之间，选择弧形底梯形断面，弧形底弦长0.5 m～1.0 m，边坡系数m=0.5～0.9，圆心角127°～96°，圆弧半径27.95 cm～67.27 cm，弓高15.45 cm～22.27 cm，斜边长度根据实际流量确定。建议使用“U”形或混凝土预制块等其他形式的防渗护面。
四、应用情况
通过已建工程运行情况看，混凝土贴面浆砌石防渗护面具有如下特点：施工简单，材料利用率高，相对于普通浆砌石造价低；抗渗效果优于普通浆砌石，每公里渗漏损失流量少50%；外观上石面不外露，适宜于成型各种流线型造型，水力学条件优越；较普通浆砌石渠道而言，输水时间短，轮灌周期平均缩短1.5d（据灌区调查）。
由此可见，贴面式浆砌石护面技术具有明显的技术经济优势，在灌区节水改造中具有一定的应用前景和推广价值。
关键词 浆砌石 改进 混凝土贴面 应用
在灌区节水改造实施过程中，渠道防渗衬砌形式直接影响工程的寿命和防渗效果，而新疆各地区大多地处北方寒冷地区，冬季长达几个月之久，渠道防渗衬砌结构的冻胀破坏是一个较突出的问题。在干渠改建前，灌区内的渠系均为20世纪六七十年代修建的浆砌卵石渠道。2004年后，各地区新建了一批混凝土预制板支渠和斗渠，从运行情况分析，浆砌石渠道抗冻性能优于混凝土预制板，其主要缺点是糙率大（糙率系数在0.023～0.0275之间），对面层石料的选料要求较高，石料的利用率不高；底脚缝易淘刷进而破坏渠底，维修频繁。混凝土预制板渠道抗冻性能差，板间缝受冻胀应力易开裂，造成混凝土预制板脱落，防渗效果下降，渠道耐久性差。针对上述问题，节水改造渠道防渗结构设计上，我们本着因地制宜的原则，对普通浆砌石进行了改进：即利用丰富的卵石资源，根据各级渠道渠床的地质条件、水流条件、抗冻胀效果、施工难易程度、结构美观等方面综合考虑，在不同级别的渠道上采用改进后的混凝土贴面浆砌石防渗护面，断面选型以弧形底梯形、梯形圆弧坡角形、抛物线形为主，形成了渠道曲线形的最佳断面组合，渠道的抗冻、抗渗、水力学条件得到了明显提高。
一、混凝土贴面浆砌石防渗结构
1.混凝土贴面浆砌石防渗结构。防渗结构厚度的确定须同时满足抗冻、抗渗要求。对于Ⅰ、Ⅱ类强冻胀土基，渠底部及渠顶以下渠深的2/3处总厚度按渠道类别干渠取35 cm；支渠、斗渠取30 cm～28 cm；渐变到封顶为25 cm～20 cm。面层混凝土厚度根据灌区节水改造工程实践，取值一般在3 cm～5 cm，厚度过大，一是不经济，二是浆砌石和混凝土的线胀系数不一致，会因温度不均造成温度应力叠加致使面层混凝土开裂。在侧向排水条件好的Ⅲ、Ⅳ类弱冻胀土基、透水性强的沙土类及砂砾石基础上，总厚度以满足现行规范要求为宜。对于Ⅰ、Ⅱ类强冻胀土基，进行换基处理，置换材料为φ30 mm～φ50 mm河卵石，置换厚度分两种情况：平行于等高线（东西向）布置的渠道考虑阴坡的遮阴，渠底部65 cm，阴坡上部40 cm，阴坡下部70 cm，阳坡上部30 cm，阳坡下部50 cm。垂直于等高线（南北向）布置的渠道，坡面上部30 cm，坡面下部、渠底部50 cm。渠道每5 m设伸缩缝一道，缝宽2 cm，沥青水泥砂浆嵌缝（重量配合比：水泥∶沥青∶砂子=1∶2∶4），缝面灌2 cm厚聚氯乙烯泥止水。
2.砌筑材料。砌筑材料采用细粒混凝土砌筑，混凝土骨料最大粒径20mm，强度等级C15，使用标号为R425普通硅酸盐水泥，水灰比控制在0.5～0.55之间。贴面混凝土与浆砌石砌筑材料相一致，强度等级C15，水灰比控制在0.45～0.5之间。对于有推移质泥沙的渠道，为提高渠道的抗冲、抗磨性能，护面混凝土强度等级采用C20。
二、主要施工工艺
和常规渠道施工工序一样，首先进行渠道开挖和边坡整理，然后进入渠底置换料，并夯筑，渠坡置换料随边坡砌筑高度随砌随填，以免占用砌体空间，以保证砌体厚度。渠底置换料夯填后，即可进入混凝土贴面浆砌石施工，主要工艺如下：
1.安置样模。为保证设计的曲面轮廓几何尺寸准确，在实践中总结了样模挂线法，即根据渠道的设计尺寸，将曲线部分（圆弧形或抛物线等）加工成预制样模。样模宽度10 cm～12 cm，高度以设计渠底厚度的1/2为宜，强度等级不低于面层混凝土标号，每隔10 m～15 m放置一个，以不拖线为宜，用同标号混凝土固定。样模作为结构的一部分不拆除。
2.砌石施工。渠底曲线部分砌石用灌浆法砌筑，渠坡采用坐浆法，渠底、渠坡砌石连续完成不留施工冷缝。砌石顶面以上预留面层混凝土厚度。砌筑前洗净石料，自下游向上游方向衬砌，先中间后两边，沿圆弧切线砌石，每一块砌石要于相同位置的圆弧切线垂直，大头向下，小头向上，三角缝、六面靠、垂直于弧面不倾斜；顶面要平整，起伏误差不得大于5 mm。细砾砼一次性灌浆，要求灌浆饱满、密实。
3.面层混凝土施工。将砌筑好的砌石表面清理浮渣，用清水湿润然后刷素水泥浆一道，将拌和好的面层混凝土按先渠底后渠坡的施工顺序一次浇筑成型，然后，在样模上挂线手工修坡修园。面层混凝土拌和要严格控制水灰比，流动性不可过大。
三、应用条件与技术方法
1.干渠混凝土贴面浆砌石防渗护面。干渠流量在5 m3/s～12 m3/s之间，在水力学计算满足《渠道防渗工程技术规范》SL18-91规定的不冲流速的条件下，断面宜选择弧形底梯形断面，弧形底弦长1.8 m～2.2 m，边坡系数m=1～1.25，圆心角90°～77°，圆弧半径127.3 cm～176.1 cm，弓高37.3 cm～38.6 cm，斜边长度根据实际流量确定。当弧形底梯形断面不能满足不冲流速的条件下，可选用梯形圆弧坡角形断面，底宽2 m～2.4 m，边坡系数m=0.75～1。
2.支、斗渠混凝土贴面浆砌石防渗护面。支、斗渠流量在0.5m3/s～1.2m3/s之间，选择弧形底梯形断面，弧形底弦长0.5 m～1.0 m，边坡系数m=0.5～0.9，圆心角127°～96°，圆弧半径27.95 cm～67.27 cm，弓高15.45 cm～22.27 cm，斜边长度根据实际流量确定。建议使用“U”形或混凝土预制块等其他形式的防渗护面。
四、应用情况
通过已建工程运行情况看，混凝土贴面浆砌石防渗护面具有如下特点：施工简单，材料利用率高，相对于普通浆砌石造价低；抗渗效果优于普通浆砌石，每公里渗漏损失流量少50%；外观上石面不外露，适宜于成型各种流线型造型，水力学条件优越；较普通浆砌石渠道而言，输水时间短，轮灌周期平均缩短1.5d（据灌区调查）。
由此可见，贴面式浆砌石护面技术具有明显的技术经济优势，在灌区节水改造中具有一定的应用前景和推广价值。