永城農(nóng)田灌溉渠道防滲施工及質(zhì)量控制研究

王 蓉，趙海峰，孟宗偉

(1.中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司，安徽合肥230000；2.中國水利水電第四工程局有限公司，青海西寧810007)

防滲是指通過一定的技術(shù)手段，防止液體的滲入或滲出流失，常見手段主要有堵塞和加固等。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，對灌溉渠道的依賴性較高，為節(jié)約水資源，可通過施工技術(shù)改善農(nóng)田灌溉渠道防滲能力。在技術(shù)選取和施工過程中，還應(yīng)根據(jù)施工區(qū)域的特點(diǎn)、灌溉作業(yè)需求等做好分析，保證施工有效性。本文以河南省某地農(nóng)田灌溉渠道建設(shè)為例，對其農(nóng)田灌溉渠道防滲施工及質(zhì)量控制進(jìn)行分析。

1 工程背景

2018年，河南省商丘市永城縣進(jìn)行農(nóng)田灌溉渠道建設(shè)，因當(dāng)?shù)氐靥幤皆杭撅L(fēng)力較大，土質(zhì)條件不理想，滲水性高，擬通過防滲技術(shù)進(jìn)行渠道能力的優(yōu)化。根據(jù)灌溉需求，共需建設(shè)干渠1條，一級分渠6條、二級分渠53條，擬對干渠供水量進(jìn)行二次研究，并應(yīng)用BIM模擬確定供水參數(shù)。同時(shí)考慮到當(dāng)?shù)貧夂驐l件，不適宜應(yīng)用復(fù)合材料防滲，為提升工程長期價(jià)值，擬選取混凝土防滲技術(shù)做渠道建設(shè)。將渠道分為6個(gè)小標(biāo)段，每個(gè)標(biāo)段長352.6 m。各標(biāo)段同步進(jìn)行施工，渠道深度1.22 m，寬度2.06 m，水泥板規(guī)格為90 cm×120 cm，底部鋪設(shè)兩塊，護(hù)坡斜面鋪設(shè)一塊。混凝土板間隙為2.50 mm，以水泥砂漿做縫隙填充。灌溉渠道共6處明顯轉(zhuǎn)折，制作14個(gè)磨具進(jìn)行混凝土灌注防滲。

2 農(nóng)田灌溉渠道防滲施工

2.1 技術(shù)選取與模擬

本次施工以節(jié)約水資源為前提，進(jìn)行農(nóng)田灌溉渠道防滲施工的過程中，結(jié)合建設(shè)要求做技術(shù)選取和模擬。以現(xiàn)代BIM技術(shù)和4D技術(shù)進(jìn)行灌溉渠的工作參數(shù)分析，以4D模擬方式了解灌溉渠的防滲要求，為具體工作方案的確定提供參考。以農(nóng)田的灌溉需求為約束條件，渠道參數(shù)方面，寬度為2.06 m、平均深度1.22 m，屬小型灌溉渠道，默認(rèn)灌溉需求為131.5 m3/h，每日灌溉4 h，總需水量為526 m3。將上述參數(shù)代入到BIM軟件中，模擬獲取不同技術(shù)下的滲水情況，包括混凝土防滲、復(fù)合材料防滲、護(hù)面防滲等。完成初步模擬后，記錄參數(shù)，代入4D條件進(jìn)行二次模擬，4D時(shí)間參數(shù)默認(rèn)為1個(gè)月，加入當(dāng)?shù)仫L(fēng)力條件、土質(zhì)條件、降水條件等動態(tài)參數(shù)，進(jìn)行第二輪模擬。根據(jù)第二輪模擬結(jié)果，選取在惡劣條件下依然能夠保證526 m3水資源輸送要求的技術(shù)方案[1]，擬選取混凝土防滲技術(shù)做渠道建設(shè)。

2.2 混凝土施工

混凝土施工方面，主要借助混凝土材料密度較大、抗?jié)B性強(qiáng)的特點(diǎn)，以混凝土作為主要材料進(jìn)行農(nóng)田灌溉渠道的襯砌施工。

渠道底部混凝土板的寬度達(dá)到渠道底部寬度的105%～110%，用于護(hù)坡斜面的混凝土板參數(shù)，則根據(jù)渠道的作業(yè)壓力確定，如灌溉渠水位處于渠道高度的60%以下，斜面板的長度可取護(hù)坡斜面長度的70%～75%。本次施工中，渠道深度1.22 m，寬度2.06 m，水泥板規(guī)格為90 cm×120 cm。厚度方面，底部混凝土板不宜低于6 cm，下限值為4 cm，本次施工確定為4.5 cm。

施工過程設(shè)置若干工段，各自進(jìn)行混凝土板的鋪設(shè)，兩塊混凝土板之間的縫隙要求在3 mm左右，不能完全閉合的接縫處，應(yīng)用水泥砂漿進(jìn)行填充，較大的縫隙、渠道轉(zhuǎn)彎位置，可制作模具進(jìn)行混凝土澆筑，保證密閉效果[2]。

2.3 護(hù)面防滲

護(hù)面防滲方面，強(qiáng)調(diào)提升灌溉渠道表面的隔水能力，護(hù)面防滲應(yīng)用的為水泥材料，以加強(qiáng)其應(yīng)用的長期性，避免反復(fù)施工的困擾。

土方開挖，對灌溉渠道底部、周邊部位進(jìn)行壓實(shí)處理。結(jié)合區(qū)域氣候特點(diǎn)選取水泥類型，應(yīng)用干硬性水泥。灌溉渠開挖、壓實(shí)工作完成后，對表面進(jìn)行加固處理，提升其抗屈服強(qiáng)度，實(shí)測在25 MPa壓力下，土體形變程度為2.2%。

進(jìn)行灌溉渠各處施工。水泥均進(jìn)行濕拌，在渠道底部、護(hù)坡各處灑水浸潤，自上而下進(jìn)行鋪筑，寬度3 m、長度20 m的工段，鋪筑耗時(shí)標(biāo)準(zhǔn)為45 min。完成鋪筑后，選取類型相同的水泥，于鋪筑各位置表面進(jìn)行抹光處理，提升密實(shí)度效果，提高防滲能力。

3 質(zhì)量控制措施

3.1 關(guān)鍵環(huán)節(jié)分析

根據(jù)灌溉需求確定施工核心技術(shù)，再根據(jù)核心技術(shù)的特點(diǎn)，控制關(guān)鍵參數(shù)。通過BIM技術(shù)和4D技術(shù)確定應(yīng)用混凝土技術(shù)進(jìn)行防滲作業(yè)，需要控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)即混凝土的養(yǎng)護(hù)、避免其出現(xiàn)裂縫、空洞、蜂窩等問題。關(guān)鍵參數(shù)包括混凝土板的規(guī)格、鋼筋強(qiáng)度等。

施工作業(yè)前，將上述各個(gè)條目明確于施工方案中。以混凝土質(zhì)量檢查為例，采用抽樣檢測法測定混凝土板的質(zhì)量，每100塊混凝土板，隨機(jī)選取3件，以超聲檢測法進(jìn)行質(zhì)量評析，對混凝土板表面進(jìn)行磨光處理，選取兩個(gè)對稱的位置，于A面發(fā)生聲波，對應(yīng)的B面進(jìn)行聲波收集，如果聲波信號均勻、強(qiáng)度一致，表明混凝土板質(zhì)量良好，反之則表明其內(nèi)部存在結(jié)構(gòu)損傷、空洞等問題。合格率不足97%的混凝土板不能用于施工建設(shè)。其規(guī)格原則需滿足施工方案要求標(biāo)準(zhǔn)。鋼筋質(zhì)量方面，也要求給出明確的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，表面不允許出現(xiàn)氧化問題，抗彎強(qiáng)度不宜低于2.5 MPa，抗屈服強(qiáng)度不宜低于24 MPa，彎折角不大于1.5°，軸線偏移率不大于2.0%，合格率達(dá)到98%，可用于施工[3]。

本次施工中，混凝土板合格率為99.3%，鋼筋合格率為99.8%，滿足施工要求。

3.2 因地制宜原則

因地制宜進(jìn)行技術(shù)選取，可保證農(nóng)田灌溉渠道防滲施工，滿足具體的作業(yè)需求，契合當(dāng)?shù)毓喔群铜h(huán)境特點(diǎn)。

淮河以南地區(qū)濕度較大、降水較多，土壤強(qiáng)度低，塑性水泥具有低強(qiáng)度、低彈模和大應(yīng)變等特性，彈性模量可達(dá)2000 MPa以下，適用于全地基，同時(shí)又具有很好的防滲性能，是首選材料。淮河以北地區(qū)，空氣較為干燥，不便于進(jìn)行高濕養(yǎng)護(hù)，應(yīng)用干硬性水泥能降低養(yǎng)護(hù)難度。

施工地點(diǎn)在淮河以北，選取干硬性水泥。此外，考慮到當(dāng)?shù)氐匦翁攸c(diǎn)，施工區(qū)域地形較為復(fù)雜，應(yīng)用混凝土防滲技術(shù)，模具制作、混凝土灌注需求復(fù)雜，施工難度較大，局部地區(qū)應(yīng)用護(hù)面防滲技術(shù)，對灌溉渠道表面進(jìn)行防滲能力加強(qiáng)。同時(shí)，當(dāng)?shù)卮箫L(fēng)天氣較多、灌溉渠道為永久性，對可能出現(xiàn)滲水的區(qū)域，額外應(yīng)用復(fù)合材料防滲技術(shù)，降低施工難度的同時(shí)，提升防滲能力。

3.3 防滲材料應(yīng)用

防滲材料在應(yīng)用的過程中，選取需加強(qiáng)的局部地區(qū)，于灌溉渠底部和周邊進(jìn)行薄膜的敷設(shè)，底部5層，護(hù)坡斜面為5層。確保塑料薄膜整體性良好，無明顯的破損、裂口問題，之后逐層平貼。完成一層平貼后，可少量灑水，再進(jìn)行第二層平貼，借助水的聚合效果，分析兩層塑料薄膜之間是否存在氣泡，要求將氣體壓出再繼續(xù)鋪設(shè)。施工中以8.5 m為間隔，設(shè)置小工段，連接部位應(yīng)用防水效果好的膠類物質(zhì)進(jìn)行處理。

為避免薄膜破損，鋪設(shè)前，施工人員應(yīng)用黏土進(jìn)行渠道覆蓋，黏土層厚度為7.5 cm左右，壓實(shí)后為5.5 cm，之后上覆薄膜提升防滲能力。護(hù)面防滲技術(shù)或混凝土防滲技術(shù)的同步應(yīng)用對管理存在具體要求，施工中，避免頻繁的人員活動、交通活動，考慮到振動效應(yīng)的影響，應(yīng)先進(jìn)行混凝土防滲施工。

4 結(jié)語

工程歷時(shí)72 d完成，投入使用后，滲水控制情況良好。為了解其后續(xù)使用價(jià)值，進(jìn)行了動態(tài)模擬，分別調(diào)整工作壓力(階段供水量)、風(fēng)力破壞以及老化破壞，結(jié)果表明，在液面不超過設(shè)計(jì)值的情況下，渠道防滲能力無明顯下降，風(fēng)力破壞不影響渠道防滲能力，渠道工作5 a內(nèi)，老化問題導(dǎo)致的防滲能力下降不明顯。方案要求滲水最大限度為0.15%，實(shí)際滲水控制為0.11%，滿足設(shè)計(jì)要求。