一种填方渠道抗冻胀防渗结构及施工方法

摘要

本发明公开了一种填方渠道抗冻胀防渗结构及施工方法，其特征在于：渠道两侧有排水沟；渠底及渠堤两侧有风积砂垫层；风积砂垫层之上有塑膜；渠底和渠堤连接处坡脚为现浇混凝土；塑膜之上铺设预制混凝土块；渠堤顶部有压顶混凝土板。其施工方法包括开挖排水明渠、清理渠道基土、填筑渠堤、铺设风积砂、铺设塑膜、现浇弧形渠底混凝土、砌筑混凝土预制块、铺设压顶混凝土板等技术步骤。本发明消除了常规渠道设计中的渗漏、冻胀破坏，质量不易保证等问题，在渠道底部和两侧渠堤之下换填风积砂垫层，提高地基承载力，减轻冻胀；风积垫层上铺设有聚乙烯塑膜，防止渠道渗漏；聚乙烯塑膜上砌筑砼，防止冲刷和渗漏；现浇砼弧形渠底，受力条件好，防止应力集中；排水明渠，防止地下水滞留，消除冻胀。

说明书

技术领域

本发明属于水工结构工程技术领域，特别涉及水利工程填方渠道抗冻胀防渗结构及施工方法。

背景技术

农业用水是我国的用水大户，据统计，我国农业用水量占全国年用水总量的70%以上，而我国目前己建干、支渠有大量的渠道没有防渗，渠系水利用系数很低，大量的灌溉水在渠道输水过程中损失了，尤其我国这样一个水资源分配不均，而且又十分匮乏的地区，渠道渗漏是导致渠系水利用系数不高的直接原因。通过渠道防渗后，一方面可以提高水的利用率，缓解农业用水供需矛盾，节约的水可以扩大灌溉面积，促进农业生产的发展；另一方面可以降低地下水位，防止和改良盐碱地和沼泽地，有利于生态环境和农业现代化建设。因此，进一步发展和推广渠道防渗工程技术，对缓解我国水资源供需矛盾和国民经济持续发展具有重要的战略意义。

渠道防渗是我国目前应用最广泛的节水工程技术，常用土料、水泥土、砌石、混凝土、沥青混凝土和膜料等材料作为渠道防渗层，达到防止渠道渗漏的目的，国家颁布的《《渠道防渗工程技术规范》》(GB/T 50600-2010)就对各种渠道防渗方法的设计和施工提出了要求。在通常的渠道防渗设计中，一般采用的是塑膜防渗，在有冲刷的地区，也有采用混凝土板和塑膜双防的方法，混凝土板不仅可以抗水流冲刷，而且可以和塑膜起到联合防渗的效果。

但是对于寒冷地区的渠道，除了有防渗的要求，还有抗冻胀的要求。上述的塑膜防渗和混凝土板防渗具有防渗效果好、抗冲刷能力强等优点，但其抗冻胀性能不甚理想。如果抗冻胀问题处理不好，不仅起不到防渗的效果，而且可能由于冻胀使混凝土板及塑膜顶托破坏，浪费资源和资金。

所以对于一些环境恶劣地区的渠道施工不但要求有防渗、又要有抗冲刷，更要求有抗冻要求的技术却没有具体和明确的规定，一定程度上限制和制约了这些地区渠道衬砌技术的发展和推广，因此在寒冷地区的渠道建设中迫切需要一种既能起到防渗、防冲刷又能抗冻胀的经济可行的施工技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种填方渠道抗冻胀防渗结构，克服现有渠道防渗技术不能同时兼顾抗冲防渗和抗冻胀要求的缺陷。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种填方渠道抗冻胀防渗结构，其特征在于在渠道底部和渠堤侧面铺设有风积砂垫层，风积砂垫层之上设置有塑膜；塑膜上设置有混凝土。其中渠底以及渠底和渠堤连接处为现浇混凝土，渠堤内侧设置预制混凝土，渠堤顶部有压顶混凝土块。在渠道两侧设置排水沟。

采用的混凝土板和防渗塑膜不但可以很好的起到复合防渗和防冲刷的功能，而且在渠道底部和渠堤上铺设的风积砂垫层，排水作用较好，并切断地基的毛细水，消除了形成冻胀的水位条件，同时防止了土壤盐分的聚集，具有防治盐胀的效果，保证了渠道衬砌结构的安全稳定；在渠道坡脚的现浇弧形渠底的构造，大大改善了衬砌结构的冻胀受力条件，减小了冻胀的可能，同时渠堤两侧设置的的预制混凝土块系工厂系列化生成，保证了混凝土的密实度和强度，减小了冻融破坏的可能，采用的六棱形的形状也改善了受力条件，最大限度的减轻冻胀。所有的风积砂垫层和混凝土块都根据渠道的向阳和背阴面及渠道水位上下采用不同的厚度，不但减小了工程量，节约投资，而且采用的厚度都综合了气象、水文、地质等环境条件确定，使得方法更可靠和安全。

本发明的另一目的在于提供一种渠道抗冻胀防渗结构施工方法，克服现有渠道防渗技术不能同时兼顾抗冲防渗和抗冻胀要求的缺陷。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种渠道抗冻胀防渗结构施工方法，，其技术特征在于：a、在渠道两侧开挖梯形断面的排水沟；b、在渠堤内铺设砂壤土并进行碾压；c、沿渠道纵向浇筑混凝土隔墙；d、在渠底及渠堤两侧回填洁净的风积砂；e、在铺设好的风积砂垫层上铺设防渗塑膜，渠堤顶部塑膜开挖沟槽埋入，上部用风积砂填埋；f、在渠底部分防渗塑膜之上铺筑水泥砂浆垫层并现浇混凝土；g、在渠堤和渠底连接处铺筑水泥砂浆垫层并现浇混凝土；h、在渠堤侧面防渗塑膜上铺筑水泥砂浆并砌筑预制混凝土块；i、在渠堤顶部现浇或铺设预制压顶混凝土块，混凝土板之间的分缝用细粒混凝土填实。

所述渠底和渠堤连接处现浇混凝土为弧形；所述渠堤预制混凝土块为六棱形；所述防渗塑膜材料可以是聚乙烯、聚氯乙烯或是复合土工膜。

本发明的优点和效果在于：在渠底及渠堤两侧采用风积砂垫层回填，可以起到很好的抗冻、保温效果，同时还有防止盐胀的效果；土工防渗塑膜具有适应变形能力强、施工方便、造价低等优点，不但可以隔断毛细水的上侵，而且可以防止渠道水向下的渗漏，有效提高渠系水利用系数；工厂预制的混凝土块保证了混凝土的强度和密实度，而且六棱形有很好的受力条件，同时混凝土块不但可以防止渗漏，而且还有非常好的抗冲刷效果；渠堤和渠底混凝土块之间采用现浇的混凝土弧形渠底，解决了以往梯形断面渠道受力条件差的问题，增加抗冻胀变形的能力；在渠堤外侧开挖有排水沟，可以有效的降低地下水位，减轻渠道冻胀破坏的诱因。本发明施工工序简明，在传统施工技术的基础上，采用风积砂垫层、土工防渗塑膜、预制混凝土块和排水沟组成的结构起到了复合防冻胀、防渗漏和防冲刷的效果，操作方便、设施简单、经济高效。

附图说明

图1是本发明横剖面图。

图2是本发明平面图。

图3是本发明预制混凝土块大样图。

图4是本发明I-I剖面图。

图5是本发明渠堤压顶大样图。

在图中：1.渠堤基土；2.排水沟；3.渠堤；4.风积砂垫层；5.土工防渗塑膜；6.水泥砂浆垫层；7.混凝土渠底；8. 预制混凝土块；9. 弧形混凝土坡脚；10. 压顶混凝土块；11. 混凝土隔墙；12. 沥青聚氨酯；13.细粒混凝土。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式，如图1，图2，图3，图4，图5所示。本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述。

如图1、2、3、4和5所示，一种渠道抗冻胀防渗结构及施工方法，由风积砂垫层4、土工防渗塑膜5、预制混凝土块8、弧形混凝土坡脚9和排水沟2组成，在土工防渗塑膜5，混凝土渠底7、预制混凝土块8和弧形混凝土坡脚9之间设有水泥砂浆垫层6。

一种渠道抗冻胀防渗结构及施工方法，其施工步骤为：

(1) 用推土机将渠道断面范围内的渠堤基土1清理干净，清理厚度根据地质条件确定，不小于20cm，直到新鲜土体；

(2) 在渠道两侧开挖梯形断面的排水沟2，不但可以降低地下水位防止渠道冻胀，还可以防止土壤次生盐碱化。

(3) 刨松渠堤基土1表面并适当洒水湿润，用自卸汽车将符合要求的砂壤土运至渠堤3位置处，每层铺土厚度不大于20cm，土料不得含有杂草，用施工机械牵引5-7吨的双联羊足碾碾压，机械行进速度不大于3km/h，干密度不小于1.65t/m³，压实度不低于0.98，渠堤3铺设宽度各大于渠道内侧及外侧不小于50cm；

(4) 渠道纵向每隔8~10m设混凝土隔墙11一道，宽不小于300mm，深大于500mm并埋入土体不小于200mm，直接在渠堤及渠底开挖土体并架立模板，现浇强度不小于250#的混凝土。混凝土隔墙11作为渠道的永久伸缩缝，如果衬砌渠道有破坏便于修理和维护。

(5) 人工将碾压好的渠堤3削坡至设计断面，从渠底向渠堤3两侧回填洁净的风积砂垫层4，粒径小于1mm的颗粒含量不大于5%，含泥量不得超过5%，同时进行人工洒水并由人工采用平板振动器振捣密实，压实系数不小于0.96。其中风积砂垫层4渠底厚度不小于15cm，向阳面及水位上厚度不小于6cm，背阴面及水位下厚度不小于8cm。风积砂垫层4可切断地基的毛细水，消除形成冻胀的水位条件，同时防止土壤盐份的聚集，具有防治盐胀的作用；

(6) 在验收合格的风积砂垫层4上铺设土工防渗塑膜5，厚度不小于0.25mm，土工防渗塑膜5应整幅铺设，尽量减少接头，应从上游向下游、渠道一岸向另一岸铺设，搭接处上游一幅盖在下游幅之上，搭接长度不小于30cm，采用热沥青粘接，施工人员必须穿无鞋钉的平底鞋作业，注意不得将土工防渗塑膜5踩坏，有破损之处应及时修补，贴补的土工防渗塑膜5应大于孔洞面积一倍以上。土工防渗塑膜5应紧贴风积砂，气泡应及时排出；土工防渗塑膜5遇到混凝土隔墙11时应进行粘接，并向下弯折，确保搭接长度不小于200mm，同时在渠堤顶部开挖三角形沟槽断面，将防渗塑膜紧贴断面埋入，塑膜之上埋入风积砂并填实；

(7) 在渠底铺设的土工防渗塑膜5上支立现浇混凝土的模板，模板应具有一定刚度，确保浇筑时不会跑位。施工中不得将土工防渗塑膜5踩坏，现浇混凝土渠底7的分块长度根据渠道断面大小而定，一般大于1m。在检查好模板并确认要浇筑混凝土渠底7的土工防渗塑膜5之上铺筑强度不低于100#的水泥砂浆垫层6；

(8) 将拌合好的混凝土料通过溜槽二次倒运至渠底，入仓后用平板振动器振捣，人工抹面。混凝土浇筑过程中严防分离、泌水和塌落度降低，采用分块跳仓法施工，混凝土标号不低于200#，渠底混凝土厚度不小于8cm；

(9) 在现浇混凝土渠底7达到规定强度以后，支立混凝土渠底7和渠堤连接处弧形混凝土坡脚9的模板，也采用分块支设模板的方法，分块长度不小于1m，模板为事先加工好的标准弧形模板，确保弧形模板稳固，施工中不得将土工防渗塑膜5踩坏。检查弧形混凝土坡脚9的模板可靠无误后，在要浇筑的弧形混凝土坡脚9内土工防渗塑膜5之上铺筑强度不低于100#的水泥砂浆垫层6；

(10) 将拌合好的混凝土料通过溜槽二次倒运至已支好模板的混凝土弧形坡脚9，相邻标准弧形木模板拉线确保弧面高程，用平板振动器振捣，人工抹面成型，混凝土标号不低于200#。混凝土浇筑过程中严防分离、泌水和塌落度降低，采用分块跳仓法施工；混凝土弧形坡脚9解决了矩形渠道坡脚容易冻胀破坏的问题，具有较好的受力性能，可以很好的适应冻胀变形，弧形坡脚的混凝土厚度最薄处不小于7cm；

(11) 将在预制构件厂预装好的预制混凝土块8机械运输到渠顶备用，预制块为六棱形，其中向阳面及水位线以上混凝土预制块8的厚度不小于5cm，背阴面及水位线以下混凝土预制块8的厚度不小于7cm。待弧形混凝土坡脚9底板强度达到70%以后，自下向上在渠堤土工防渗塑膜5之上铺筑强度不低于100#的水泥砂浆垫层6。人工将放置在渠顶的预制混凝土块8搬运至施工处，在水泥砂浆之上铺筑预制混凝土块8，六棱块之间分缝宽为2.5cm，确保预制混凝土块8座浆饱满，稳固。六棱形力学特性较矩形好，同时分块较小，可很好的适应冻胀变形；

(12) 将预制混凝土块8之间的分缝统一由人工用100#细粒混凝土13填筑凹缝，伸缩缝填充前用空气压缩机将缝内杂物、粉尘清除干净，保持缝内干燥。混凝土隔墙11的永久伸缩缝填充前也用空气压缩机将缝内杂物、粉尘清除干净，保持缝内干燥，底部采用沥青聚氨酯12，顶部1-2cm采用细粒混凝土13填缝。

(13) 在渠堤上铺现浇或预制的压顶混凝土块10，压顶混凝土块10之间的分缝用细粒混凝土13填实，防止雨水等渗入衬砌渠道的后部，导致渠道防渗和抗冻失效。