“三新”技术在灌区防渗工程中的应用
关键词：“三新”技术 灌区防渗 防渗工程
石津灌区灌溉渠系现有总干渠、干渠、分干渠、支渠、斗渠、农渠6级固定渠道1.4万条，总长1.08万km，其中总干渠1条，长134.23km；干渠8条，总长183km；分干渠30条，总长379km；支渠268条，总长866km；斗渠2429条，总长2973km。
1995年以来，以国家灌溉试点工程和节水续建配套工程的开展，对骨干渠道工程进行了第二次大规模渠道防渗，并利用地方配套资金和群众筹资，对部分支斗渠等田间渠道工程进行了防渗。在建设过程中不断进行新技术、新材料、新工艺的探索和推广应用，取得了一定成效，使防渗工程质量、建设管理和施工水平等方面有了很大提高。
1．以科研为先导，加快新技术的推广应用
多年来，灌区在进行渠道防渗工程建设的同时，结合生产实践，进行了多项试验研究工作，先后完成了渠道测渗试验方法、水泥土水泥砂浆复合材料渠道衬砌实验研究、节水高产稳产示范区试验研究、混凝土防渗渠道防冻胀研究等项目，并及时把研究成果应用到灌区渠道防渗工程中。
近年来，通过灌区内防渗渠道横断面设计经验，根据水流条件、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先后选用了梯形、圆弧底直坡形、抛物线底直坡形、纯抛物线形、U形、高次曲线形等多种结构形式，形成了大型渠道梯形、中小型渠道曲线形的最佳断面组合。通过与河北省南水北调筹备处合作，进行了混凝土防渗渠道防冻胀的研究工作，分别在总干渠和三条分干渠上设立了试验段，重点对梯形、抛物线形混凝土防渗渠道的冻胀问题进行专题研究。从防、抗、导三方面入手，设立不同结构型式的防渗断面，埋设地温、冻胀量等观测仪器、设备，研究探索适宜本区范围内的防冻胀手段和措施，其中基础保温防冻胀研究成果，应用于总干渠、四干渠、军齐南干渠等大型渠道。
2．推广应用新材料，提高防渗工程技术含量
在伸缩缝处理上，除继续沿用具有韧性好、粘接力强、低温不断裂、使用寿命长、施工方便等优点的建筑油膏、806树脂油膏配合砂浆作为填缝材料以外，还应用了PE闭孔泡沫塑料板。在防、抗冻胀结构方面应用了聚苯乙烯泡沫保温板和聚丙烯纤维混凝土。
1) PE闭孔泡沫塑料板的应用
从1997年石家庄市引水入市改善环境北线工程开始，灌区开始使用PE闭孔泡沫塑料板作为混凝土防渗板接缝材料。该材料具有密度小、回复率高、具有独立的气泡结构；表面吸水率低，防渗透性能好；耐老化性能优良；低温不脆裂，高温不流淌；可按断面形状裁剪或粘结，施工方便等特点。我灌区继引水入市北线使用后，陆续在总干渠、四干渠、军齐南干渠等多项混凝土防渗工程中大规模使用，并逐步改进施工工艺，以达到最佳施工效果。
闭孔塑料泡沫板的厚度、间距（混凝土接缝宽度和分块尺寸）根据规范和当地温差确定，一般以厚度10mm、间距3～4m控制为宜，跳仓浇筑时，将其与边模板固定好，木模板可用铁钉固定，钢模板用卡子固定，避免混凝土入仓振捣过程中闭孔塑料板向上移动，混凝土终凝24小时后即可拆模，闭孔塑料板与混凝土已经凝结在一起，覆膜或洒水养护。在跳仓完成3天以后，可补仓浇筑，此时要注意施工人员不能踩踏已浇筑板边缘，避免将已经浇筑好的闭孔塑料板剥离；连仓浇筑时要注意：首块混凝土板浇筑完成后，不能立即撤掉模板，应待第二块入仓振捣一遍后，再将连仓模板拆除，填平放置模板处混凝土，再经过振捣、磨光、压面，依次连续浇筑。为提高板缝的抗渗能力，可在接缝混凝土板下部铺设100mm宽的油毡条。
2) 聚苯乙烯泡沫保温板的应用
1997～1999年建设的引水入市改善环境北线工程，是在现有的石津总干渠和小运河基础上建成的，由于该段渠道使用功能由原来单纯灌溉输水转变为兼顾城市水环境景观输、蓄水的功能，在设计时，考虑冬季运行水面附近部位混凝土板防冻胀的需要，在渠坡上半部分加设了长2500mm、厚30～50mm的聚苯乙烯泡沫板做为保温层，以防止板下土基发生冻胀，同时做为南水北调工程防渗前期研究项目之一，被南水北调筹备处列为防冻胀试验渠段。灌区根据试验研究的成果，从2000年开始连续三年在干渠以上渠道防渗工程中使用聚苯乙烯泡沫保温板，保温防冻胀效果良好。
根据灌区观测试验资料，密度20kg/m3的聚苯乙烯泡沫保温板,厚度每10mm可抵御100mm的冻深。本灌区范围年最大冻土深为470mm，因而，东西向渠道保温板厚度可按阳坡30mm、阴坡50mm选用，南北向渠道按30mm使用。保温板铺设时，每块保温板要结合混凝土板的尺寸定制，尽量减少保温板块数，更要避免现场切割，以减少浪费和提高整体效果。
3) 聚丙烯纤维的应用
聚丙烯纤维是一种新型高分子材料，其采用的化学改性与物理改性及特殊的纤维表面处理技术，有效地提高了与混凝土的握裹力，能防止或显著减少混凝土开裂，改善混凝土变形性能和提高混凝土整体性，对减少各种缩性收缩、离析、水化热温度等因素导致的非结构裂缝，提高抗裂抗渗、抗冲击功能，延长混凝土制品的使用寿命方面起到了极大作用。据试验资料，仅0.1％的体积掺量，抗裂能力提高100～150％，抗渗能力提高70％以上，抗冲磨能力提高50～100％，3～28天龄期抗压强度提高15～30％，抗裂能力提高100％以上。
鉴于这种材料在抗裂抗渗方面的特性，其他工程的施工经验，今年在一干五分干渠道防渗工程中首次采用了聚丙烯纤维混凝土，防渗板厚度分60mm、80mm两档。每m3混凝土掺纤维0.9kg，比普通混凝土只增加材料费50元／m3，施工工艺与普通混凝土相同。需要注意的是：入搅拌机时的投料顺序为碎石、纤维（连同水溶性纤维包装）、水、水泥、砂子，这样搅拌的质量均匀，每盘搅拌量按一小包纤维的配合比计算其他材料重量，切忌拆破纤维包装，避免造成纤维飞扬浪费和污染环境。
3．不断改进工艺和机具，提高水平
虽然混凝土防渗工程的搅拌、运输、支模、振捣、养护与一般大体积混凝土工程基本相同，但渠道防渗工程厚度小面积大，在保证密实度、强度指标要求的同时，表面平整度、光洁度要求较高，因此其工艺、机具必须根据具体防渗断面形式不断完善改进，以期达到内在和外观质量的最佳效果，从1997年开始，我们应用了真空吸水机吸水和电动磨光机磨光两项工艺，研制出了如曲面震捣器、伸缩组合钢模板、矩形长刮杠、长把铁抹子等许多简单实用的器具，提高了工程质量和工作效率。
1) 真空吸艺
该项工艺主要针对秋季防渗。由于冬前工期有限，气温较低，混凝土水化凝固慢，为了尽快完成混凝土板面的收面压光，提高速度，经过现场试验，结合混凝土和易性和振捣工艺，确定合理的真空吸水强度、时间。以下是引水入市北线防渗工程时的真空吸艺试验情况。
真空吸艺试验情况表 | ||||||
部位 | 外加剂 | 试件编号 | 混凝土干密度（kg/m3） | 工艺 | 备注 | |
渠 底 |
| 1 | 2352 | 平板振动器振捣两遍 | 真空吸水、抹平 | 不吸水坍落度为10～20mm；吸水坍落度为30～40mm。 |
DH3 | 2 | 2228 | 不吸水、抹平 | |||
DH9 | 3 | 2336 | 吸水、振一遍、抹平 | |||
| 4 | 2278 | 吸水、振两边、抹平 | |||
DH3 | 5 | 2394 | 振动杠振动两遍 | 真空吸水、抹平 | ||
消泡剂 | 6 | 2213 | 吸水、振一遍、抹平 | |||
DH9 | 7 | 2380 | 吸水、振两边、抹平 | |||
| 8 | 2293 | 不吸水、抹平 | |||
边 坡 | DH3 | 9 | 2354 | 平板振两遍、走杠补平、振一遍、不吸水 | 土工布 | |
DH9 | ||||||
DH3 | 10 | 2337 | 平板振两遍、走杠补平、振两遍、不吸水 | 坍落度小于20mm。 | ||
消泡剂 | ||||||
DH9 | ||||||
根据试验数据和现场具体情况分析，采取了平板振捣器或振动杠振捣两遍、真空吸水再抹平的工艺，比不采用真空吸水提高工效30％以上。
2)可伸缩模板
在1997年～1999年引水入市北线渠道防渗工程中，按设计，渠道边坡坡长是变值（渠底有纵坡，防渗顶无纵坡），每块混凝土板尺寸都不相同，按大尺寸板块制作模板，虽能够周转使用，但使用会很不方便，更不能一个板块单独一套模板，这将耗用大量的模板材料。经过技术人员现场试验，根据“套袖”原理制作了可伸缩的模板，提高了模板的周转使用率，节约了模板用材。
3) 弧面振捣器
石津灌区设计流量7m3/s以下的混凝土防渗渠道，大部分采用的是全抛物线形曲线断面，其中流量在5m3/s左右，断面较大的渠道，振捣设备用普通平板振捣器可以满足需要。流量在3m3/s以下断面较小的渠道，平板振捣器适用性降低，为此对平板振捣器底盘进行改装，制成弧面形式，振捣效果得到很大改善，尤其底面振捣效果最佳。
4)长把铁抹子
无论是曲线形断面还是梯形断面，在边坡混凝土浇筑过程，成型面平整度的控制是一道关键工序，用一般常用的器具如：铁锹、木抹子、压子等，都很难处理振捣后出现的局部凹凸面，即便是熟练工，在平仓、振捣工序都严格按照要求进行操作，都不可避免出现振捣后的凹凸现象，凹处补仓很容易，而凸出部位的处理相对较难，用普通常用工具既费时又费工，鉴于此，经技术人员和操作人员共同分析试验，制作了弧面长把铁抹子。用厚8mm左右的钢板焊制，其重量控制在5～10kg，尺寸350×400mm左右，使用时由下向上搓压，凸面整平效果很好，有效地提高了混凝土表面平整度。
5) 矩形长刮杠
长刮杠是用于混凝土入仓后的平仓工序，根据混凝土分块尺寸确定刮杠长度，一般长度比分块尺寸长1m左右，以便于操作，刮杠本身要具备足够的强度和刚度，重量尽可能要轻一些，刮杠材料可选择木质、钢质或铝合金，边坡使用操作时必须自下而上搓刮，仓面低于刮杠底面时，要及时补仓。使用该刮杠平仓，比其他工具平仓仓面平整度有显著提高。
21世纪是知识时代，面对水资源日益紧缺的现实，大力节程，实施全民节水战略，是新《水法》赋予我们的重要任务。随着机和信息技术的高速发展，越来越多的新技术、新材料、新工艺会应用到灌区防渗节程当中。灌区将在加快节水改造的同时，进行信息化工程建设，抢抓节水续建、南水北调、电气化灌区建设“三大机遇”，锐意改革，把石津灌区建成一个高标准的“窗口示范灌区”。