沙漠地區渠道襯砌工程施工質量控制

郭云爽

(新疆水利電力建設總公司，烏魯木齊830000)

1 工程概況

新疆某沙漠渠道是額河供水系統的一個重要組成部分，渠道全長167.6 km，由北向南貫穿準葛爾盆地的古爾班通古特沙漠，是我國境內最長的沙漠明渠。該地區氣候以干旱少雨為特征，大風天數較多，且以西北風為主，風沙頻繁，晝夜溫差大，夏季炎熱，冬季嚴寒。該沙漠渠道貫穿砂層厚度在300 m左右的梁窩狀砂壟，地形起伏較大，一般砂坑20～50 m深，砂壟30～60 m高不等;地層為沙漠風積砂，顆粒比較松散、均一、無黏性。渠道最大填筑深度為31 m，最大開挖深度為39 m。

沙漠渠道為干砂筑堤，平臺寬度從54.2 m到65.5 m不等，兩側分別修筑施工、運管道路，通訊光纜等建筑物設施，并在外側布設草方格種草帶，形成一條約300m寬的沙漠綠化帶。渠床內襯采用混凝土預制板(六棱塊)襯砌以及砂礫石的基面，設計流量為55 m3/s。

沙漠渠道為二級建筑物，渠床襯砌采用砂基+編織布+砂礫石的結構型式，在渠床砂基開挖或填筑到設計高程后，在砂基面層填筑厚約40 cm的砂礫石墊層，然后再鋪墊厚約3 cm的當地砂漿找平層(可同時預防鼠害)，再在其上鋪設一層厚約0.6 mm的防滲塑膜(由一布一膜組成，布朝上)，最后再鋪設一層厚約3 cm的水洗砂砂漿座漿?；炷令A制板為邊長25 cm的六邊形，邊坡厚6 cm，渠底則為厚7 cm與砂基座漿勾縫鋪筑。渠道每隔19.4 m布設一道橫向隔梁，確保襯砌板具有足夠的穩定性。

2 沙漠風積砂的碾壓及濕陷問題

砂土變形主要以濕陷變形以及壓縮變形為主，用風積砂進行筑堤，如何在沙漠缺水干燥的情況下進行碾壓時進行砂土填筑的關鍵。本文通過不同含水率、不同鋪層厚度以及不同碾壓次數的對比，對風積砂的特性進行了如下分析，并提出了相應的解決辦法。

現場試驗表明:在含水率＜3%的干燥狀態下風積砂具有良好的壓實性。風積砂的濕陷性及單位沉降量會隨著密度的增大而逐漸降低。當干密度＞1.56 g/cm3，相對密度 ＞0.41時，其濕陷系數 ＜0.015，達到非濕陷土的水平。而根據沙漠風積砂的特性，在天然狀態下的砂層干密度 ρd=1.58～1.62g/cm3，相對密度Dr=0.4～0.6，其濕陷系數δs=0.012～0.048，屬于低壓縮性、輕微～中等的濕陷砂土。由此可見使用干砂筑堤具有可行性。

具體解決方案為:在天然狀態下采用渠道鋪砂形式，砂層厚度控制在45±5 cm的范圍內，并用自重18 t的光輪振動碾壓機碾壓6～8遍，就可使碾壓后砂土的相對密度＞0.75，干密度越大，則砂土的沉降、濕陷變形就越小，可將風積砂的濕陷問題基本消除。但試驗同時發現，碾壓次數過多的話反而會導致干密度降低，其主要原因是沙漠風積砂的“過振”特性所致，因此，墊層的碾壓次數也不宜過多。

3 工程施工質量控制中的不利因素

該沙漠渠道全長167.6 km，采用分段施工，施工戰線比較長，在施工高峰期的襯砌施工強度可以達到900～1 000 m/d，對于水泥、砂石骨料、塑膜等建筑材料的需求量尤為巨大(每公里的渠道水泥需求量約為600 t、塑膜3萬 m3，砂石骨料1 700 m3)。工程運輸量大、運輸距離長且渠道襯砌需要大量施工人員操作，施工組織復雜，質量管理跨度大，導致施工質量水平不一。因此，如何加強工程施工質量控制和做好施工管理是渠道襯砌工程的首要問題。

沙漠地區每年的施工工期限制在4月中旬—10月初，氣候干燥，炎熱少雨。根據實驗室標準環境試驗與施工現場干熱環境試驗對比，干熱環境下水泥砂漿的初凝時間減少，稠度損失加大，不利于進行砂漿的襯砌施工，同時在這種環境下，既要做好砂漿的有效養護，又要節約用水提高用水利用率，是做好襯砌施工質量控制的關鍵問題。

夏季沙漠日照時間長，紫外線強烈，在這種條件下很容易造成塑膜老化，并且在裝卸、運輸、保管和施工過程中都有可能造成塑膜不同程度的破壞，而渠道襯砌結構的防滲功能需要依靠塑膜的完好無損來實現，因此，做好塑膜的保護是控制整個渠道襯砌質量的核心。

4 渠道襯砌施工中的質量控制

4.1 防滲塑膜的質量控制

防滲塑膜采用PE復合土工膜，其質量的好壞會直接對渠道的防滲效果、運行安全以及渠道的使用壽命產生影響。因此，應從土工膜的生產、運輸、保管、施工的各個環節進行控制。

4.1.1 PE復合土工膜的質量標準控制

首先，根據工程實際需要，生產PE復合土工膜的廠家必須具有相應的技術水準，產品經過試驗合格后方能進場，PE復合土工膜的質量標準和指標見表1。

表1 PE復合土工膜的質量標準和指標

4.1.2 預防PE復合土工膜老化的措施

針對PE復合土工膜會在紫外線照射下加速老化，各項指標降低，同時容易破損的特點，應采取以下措施預防:

1)土工膜不能打折包裝，要按長度打卷，分別包裝。在每幅土工膜的外面應附加包裝，以防在裝卸時發生磨損以及運輸過程中的日光照射。

2)土工膜應使用專用車輛進行裝卸和運輸，防止銳器刺穿、磨損土工膜。

3)土工膜應儲藏在日光照射不到的地方，并盡量減少移動、裝卸的次數。

4.1.3 土工膜焊接時出現的問題及其解決辦法

土工膜焊接的常用方法是熱焊接，本工程采用的是1 000 W電熨斗進行熱合焊接，電熨斗最寬為110 mm，焊接寬度應控制在80～100 mm。在焊接時應保證基底表面的干燥，且含水率應低于15%，膜面應擦拭干凈。

土工膜焊接時出現的主要問題是焊接不夠均勻，這是因為焊接速度過快或溫度不夠導致一些地方焊接補上，這時應及時控制、調整好溫度，保持能夠勻速進行;焊接處出現孔洞，這主要是由于焊接速度過慢或溫度過高造成的，這是應及時調整焊接速度和溫度，并對出現孔洞的地方進行補漏。

4.2 襯砌混凝土板的質量控制

4.2.1 襯砌混凝土板存在的主要問題與原因

混凝土砌板的單塊結構尺寸為75cm×50cm×8cm，設計強度為C20，采用組合鋼板進行立模預制，以16塊為一組。在施工存在的主要問題為:混凝土板脫模后損邊掉角現象比較嚴重，表面氣泡眼過多，個別板塊產生裂縫，在運輸發生混凝土板的斷裂。產生此類問題的原因主要是由于混凝土水灰比控制不嚴，粗骨料超徑，沒有隨著環境的改變調整混凝土的用水量，振搗時間長、插入點過多導致混凝土產生離析，脫模時間過短，養護不及時，養護時間不足。

4.2.2 解決辦法

1)將混凝土的粗骨料粒徑嚴格控制在5～30 cm，這是因為混凝土板僅有8 cm厚，粒徑為40 mm的石子就將會占據混凝土板1/2的厚度，如果有石子重疊起來，將會導致混凝土板因砂漿太薄、握裹力不夠而產生裂縫，甚至發生斷板，因此必須嚴格控制砂石粒徑。

2)根據砂、石骨料的干濕狀態以及當地的氣候環境，及時調整混凝土的用水量，并按設計標準嚴格控制混凝土的坍落度值及水灰比，同時混凝土的攪拌時間≥60 s。

3)根據襯砌混凝土厚度薄、體積小的特點，應選擇振動力比較小的30 mm振搗棒，在振搗時快插慢拔，并嚴格控制振搗時間及插入點數。本工程每塊襯砌板一般設置2個插入點，每個插入點的振搗時間應控制在20 s左右，不宜太長以免出現混凝土板的干縮裂縫及損邊掉角問題。

4.3 頂面襯砌混凝土板的鋪設

沙漠地區襯砌工程的工作面一般為裸露的砂基渠床，應渠底加固處理完成后再進行混凝土板的鋪設。首先要用預先制作好的鐵滑梯將預制混凝土板滑到渠底，并在滑梯的梯腳處墊上模板，以防混凝土板撞破下面連接的土工膜，此外在進行混凝土板的鋪砌施工時，應保證土工膜的頂面覆蓋有5～10 cm的中粗砂上墊層，防止日光直接通過混凝土板縫照射到土工膜上，避免土工膜應受日光照射而發生老化。板鋪砌時一定要掛線施工，確保板的平整度及板縫間距滿足設計要求。

5 結語

實踐證明，沙漠地區渠道工程采用混凝土板襯砌，PE復合土工膜防滲，對于提高水的利用效率、建設節水高效的用水渠道具有顯著的效果，但對于沙漠氣候地區施工質量的控制尤為重要，只有嚴格按照設計與施工要求，掌握施工工藝，控制好每道工序的施工質量，才能更好的節水用水，充分發揮工程效益。

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