北疆供水渠道高填方封堵措施滲漏監測技術

沙吾列提汗·對山拜，王安強

（新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局頂山管理處,新疆 福海 836400）

1 工程概況

北疆供水工程總干渠地處大陸北溫帶及寒溫帶,多年平均氣溫3.4℃,最高氣溫39.60℃,最低氣溫-42.70℃,最大凍土深度1.5 m。渠基土為白砂巖、泥巖及風積沙戈壁料組合,土體滲透系數大,且具有遇水膨脹崩解特性。渠道為弧底梯形混凝土襯砌形式,渠深7.5 m,弧底半徑8.4 m,弧長6 m,采用現澆混凝土襯砌層,厚度100 mm,下鋪一布一膜防滲膜及找平砂漿層?；〉咨辖又本€段渠坡,坡長16.7 m,坡比1∶2,頂寬34 m,采用六棱塊預制混凝土襯砌,厚度60 mm,下方為30 mm保護砂漿層、一布一膜防滲膜和30 mm找平砂漿。弧底段與坡面防滲膜分開鋪設,接縫處采用KS熱熔膠粘接,渠道原高度5.5 m,后加高至7.5 m,加高段與原坡段防滲膜采用KS熱熔膠進行粘接［1-2］。

渠道原先采用防滲土工膜與預制襯砌復合防滲體進行防滲,自2000 年通水以來,渠道經過多年輸水運營出現了諸多滲漏破壞問題：其一是渠道土工膜在長期運營后出現老化、破損情況、逐年的渠道局部維修易造成土工膜破損導致渠道滲漏；其二是渠底排水改造過程中,新舊土工膜銜接處難以充分粘結,易產生漏洞,造成膜后積水,冬季停水期積水凍脹從而引起混凝土村砌破壞；其三是常年的水流沖刷造成渠道邊坡襯砌預制塊及塊間勾縫砂漿開裂、沉陷等病害,引發滲漏,停水過程中填方渠堤“仰涌”易引起的渠道襯砌破壞；其四是渠道沿線膨脹泥巖分布廣泛,長期滲漏造成邊坡巖土體膨脹崩解,大大降低了渠道邊坡的穩定性,從而引發輸水運營期渠道邊坡滑塌現象［3］。

以上問題本質在于防滲膜老化破損和施工缺陷嚴重,已無法發揮應有功能。為全面掌握高填方段渠道渠基滲漏形成、發展過程,選取典型斷面,設計了自動化實時監測平臺,動態分析滲漏相關參數,針對監測結果,采用新型的LEAC防滲涂料對滲漏位置進行封堵［4］,并且利用監測系統評價修復效果。

2 防滲涂料施工

該施工作業在渠道高填方滲漏較嚴重的渠道內邊坡襯砌面上進行。施工步驟：基層清理→基層細部找平處理→防水界面劑配制→防水界面劑涂刷→耐水聚合物涂料現場配料→第一遍涂膜→內置專用加筋布鋪設→第二遍涂膜→面層涂膜→防水層驗收。操作要點和技術要求：①基層清理：選用合適的工具將基層清掃干凈,基層表面不得有浮塵、雜物,不得有明水。②界面劑根據現場情況配制,并均勻涂刷在渠道砼砌塊上,③待界面劑固化成膜后檢穩固砼砌塊表面風化層效果,應滿足涂層施工要求。④現場聚合物涂料的配合：在界面劑施工并穩固后,按規定配比進行現場配料。⑤細部附加處理：在施工渠道基礎設施和渠道交接部位陰陽角或變形縫等易發生漏水的部位應增加一層專用加筋布處理。首先采用專用噴涂設備厚度均勻地噴涂一層涂料,并立即粘貼專用加筋布進行增強處理。專用加筋布粘貼時,應推壓平整,與下層涂料貼合緊密,表面再噴涂一至二層涂料,使其完全覆蓋。⑥噴涂第一道涂層：細部節點處理完畢且涂膜干燥后,進行第一道大面涂層的施工。噴涂時要均勻,不能有局部沉積,并要多次涂刮使涂料與基層之間不留氣泡。⑦鋪設加筋布,第一道涂層噴涂完畢后,趁濕立即鋪設一道專用加筋布：專用加筋布粘貼時,應攤壓平整,與下層涂料貼合緊密。⑧噴涂第二道涂層：在第一道涂層干燥后（一般以手摸不粘手為準）,進行第二道涂層的施工,噴涂的方向與第一道相互垂直,干燥后再噴涂下一道涂層,直到達到設計厚度。⑨最后一道涂層采用稀釋的涂料薄噴一道,以提高涂膜表面的平整、光潔效果。⑩為保證防滲涂層耐水沖刷穩定性,在防涂層施工的起始及終點部位,用不銹鋼壓條固定在渠道應力伸縮縫處,并用耐候MS膠和水工專用環氧膠泥封堵。施工耐候MS膠和水工專用環氧膠泥時,應先用角磨機將伸縮縫原砼表面風化層清除。防水層的驗收：施工時應邊噴涂邊檢查,發現缺陷及時修補,現場施工員、質檢員必須跟班檢査,特別要注意平立面交接處、轉角處、陰陽角部位的做法是否正確。自檢合格后報請監理方或建設方進行防水層的驗收。檢査驗收后及時進入下一道工序的施工。

注意事項：日常與當地氣象部門保持聯系,在臺風和惡劣氣象條件來臨前,做好預防準備,特別是在進行渠道防滲噴涂作業前,一定進行天氣確認。風力到5 級以上及風沙天氣停止作業。

3 監測平臺建設

此部分工作在北疆供水工程渠道現場進行。包括：①監測段選擇。選取干渠典型試驗段,對襯砌表面噴涂防滲材料,在噴涂段中心位置選取兩個滲流監測斷面,斷面間距2 m。②鉆孔及傳感器安裝。在監測斷面渠沿石后方30 cm處平行渠坡進行傾斜鉆孔,長度15 m,孔徑110 mm。制備梅花狀鉆孔的PVC管,長度15 m,管徑105 mm,外包無紡布與鐵絲網,底部封閉,待成孔后泥漿護壁完成立刻插入孔內。將滲壓計間隔1.5 m固定于長15 m直徑50 mmPVC管外側,電線通過打孔穿入PVC管內部延伸到渠頂。傳感器測試正常后,將監測孔封閉在孔上方做防水保護,阻止降水和地表積水進入監測孔。③監測設備調試。選取現場開闊處,平整地面后開槽,槽深0.5 m長寬1.5 m,槽內澆筑混凝土基礎,高出地表0.3 m,混凝土硬化后在其上表面通過地腳螺栓固定MCU外箱,并在箱內安裝MCU模塊。從監測管位置到MCU外箱點之間地面開槽,放入PVC線管,滲壓計線穿過線管后接入MCU模塊后,恢復地面。對MCU進行調試,待現場數據顯示正常并且遠程數據傳輸成功后,進行一周維護調試,隨后完成現場試驗段布置?，F場工作所需技術人員兩名,分別負責傳感器安裝、走線和MCU調試,需鉆機一臺及操作員1~2名,負責鉆孔及泥漿護壁,需工人兩名,協助進行地面開槽及混凝土基礎澆筑。在材料、設備到場情況下,預計鉆孔作業1 d,傳感器安裝及走線2 d,MCU外箱安裝固定2 d,模塊調試7 d。

按照上述步驟,現場一共建立2 個高填方渠段“內堵”防滲處理典型監測斷面,通過地溫測量、土壤水分變化配合滲壓計結果,綜合反映“內堵” 前后渠基滲流場、膜后水位變化和滲漏點改善情況。通過多層位移監測,反映渠坡滲流穩定性改善情況。監測布置見圖1。

圖1 內堵技術現場試驗布置及傳感器細部構造

現場監測數據包括渠基膜后水位、水分分布、渠基變形,結合試驗材料滲透性試驗數據,建立內堵渠道三維滲流分析模型。該模型用于分析內堵材料施加前后對渠基膜后水位及渠坡變形、穩定性的改善效果。此外,通過考慮內堵防滲材料滲透性能隨時間、溫度、鹽分的劣化規律,分析與評價內堵防滲技術的長期效果。

4 平臺運行測試效果

該平臺可實現電腦端和手機端同時登陸,隨時隨地查看渠基滲漏情況,并完成數據的曲線統計。見圖2、圖3。

圖2 電腦端登錄

經過通水運行期整個過程平臺測試,所有傳感器運行良好,數據傳輸正常,可全面反映渠道行水過程滲漏規律,及時采取修補措施。見圖4。

5 結語

圍繞高填方渠段滲漏問題處治需求,從提高渠堤防滲性能出發,通過調研、性能比選和經濟性分析,優選出一種適用于高填方渠段的防滲“內堵”噴涂材料,并形成相應的噴涂技術及成套施工工藝,從源頭上解決渠道滲漏問題。在此基礎上,建立2個高填方渠段“內堵”防滲處理典型監測斷面,通過自有云平臺數據直連實現數據實時觀測,在此基礎上,結合數值分析技術論證該技術的防滲及耐久性,從而形成高填方渠段“內堵”防滲及處置成套技術。