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高強耐磨粉煤灰混凝土在渠道改造中的應用

文檔作者：盧建獻文檔來源：甘肅省水利水電勘測設計研究		點擊數：	更新時間： 2024年06月07日
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第52卷第5期甘肅水利水電技術V01．52．No．5
2016年5月GANSU WATER RESOURCESAND HYDROPOWER TECHNOLOGY Mav．2016
·施工技術·
高強耐磨粉煤灰混凝土在渠道改造中的應用
盧建獻
(甘肅省水利水電勘測設計研究院甘肅蘭州730000)
摘要：昌馬灌區(qū)新總干渠經多年運行，在高流速水流、大粒徑推移質作用下，渠道沖刷磨損嚴重，無法滿足輸水要求。工
程改造設計中結合該渠道運行現狀、所選用的改建方案，總結并探討了工程施工中所選材料的特點和施工工藝。
關鍵詞：新總干渠；混凝土沖刷磨損；HF高強耐磨粉煤灰混凝土；施工；材料
中圖分類號：TV43l+．9：TV67 文獻標志碼iB 文章編號：2095—0144(2016)05—0058—03
1 工程概況
昌馬灌區(qū)是疏勒河流域農業(yè)灌溉工程三大灌區(qū)
中規(guī)模最大的灌區(qū)，位于疏勒河中游，灌區(qū)現狀灌溉
面積68．9萬畝。灌區(qū)新、舊總干渠承擔下游輸水任
務，主要包括通過疏花干渠向花海灌區(qū)輸水，以及通
過三道溝輸水渠向雙塔水庫輸水與灌區(qū)灌溉輸水。
灌區(qū)新、舊總干渠平行布置，新總干渠布置于舊
總干渠西左側，總長32．33 km，設計輸水流量為30．0
m3／s，現狀實際最大流量為18．5 m3／s。新總干渠為梯
形明渠，渠基置于中更新統(tǒng)酒泉礫石層(plQ2)t-_，渠
線地下水位埋深大于15 m。沿渠道左側建有3座梯
級電站，電站在渠道輸水時段利用渠道灌溉引水發(fā)電。
2新總干渠運行存在問題及原因分析
(1)人渠泥沙多，推移質粒徑大。夏秋雨季洪
水，將大量的砂石攜帶至引水渠首，砂石中卵石居
多，砂子較少，最大推移質粒徑達到300～400 mm。
從輸砂時段分布來看，全年灌溉用水時段中，春秋季
為枯水季節(jié)，渠道進砂量少，夏灌期間的6—8月既
是汛期，也是灌溉引水的高峰期，大量的砂石被帶到
了渠首，渠首設置了沖砂閘和二次排砂道，但由于渠
首排砂閘沖砂不暢或是受灌溉用水的影響而排砂較
少，排砂設施作用不明顯，為了保證灌溉，只能允許
泥沙入渠，加速了渠道的沖刷磨損。
(2)渠底襯砌材料抗沖耐磨性能低。原設計為
全斷面現澆混凝土渠道，渠底和邊坡混凝土強度等
級為C15，抗沖流速為3～5 m／s，耐磨混凝土的泥沙
允許粒徑為50。100 mm，現狀渠道設在計流量下流
速已經大于5 m／s，砂石粒徑已經達到300 mm，已經
超過了襯砌混凝土的抗沖耐磨允許參數，在較高流
速水流攜帶的泥沙磨損、碰撞打砸下，混凝土中的細
顆粒先被沖刷磨掉，降低了底板本身的穩(wěn)定性，導致
底板形成大面積的沖坑，隨時間推移，破壞日益加
劇。渠道前段在1 997年左右對渠底和坡腳進行過套
襯，套襯厚度過薄，混凝土強度等級較低，經過長時
間運行后，渠底及邊坡沖刷磨損仍很嚴重。
(3)渠道設計縱坡較陡，設計流速大，施工過程
中現澆混凝土邊坡厚度不足，邊坡的整體強度降低，
伸縮縫漏水，導致邊坡失穩(wěn)，在大流量運行時混凝土
板極易垮塌和鼓脹破壞。
3新總干渠改建方案
針對新總干渠現狀存在的問題，結合渠道現狀
混凝土襯砌形式，沖刷磨損嚴重及大流量運行時出
現混凝土板滑塌等水毀事故等存在的問題，擬定對
拆除重建和套襯方案進行比較。
(1)拆除重建方案：對新總干渠道縱坡進行調
整，將原設計渠道縱坡進行調整，或將渠底加寬，渠
道斷面加大，以降低渠道在設計流量下過流流速。擬
定將渠道縱坡由現狀底坡調整至平均縱坡1／300，需
增加落差建筑物40余座；渠道斷面加大同樣需拆除
重建渠道現有的28座渠系建筑物。如采用拆除重建
方案，需拆除渠道全部現有建筑物，并增加大量落差
建筑物，此方案工程量大、對渠道現有建筑物影響大。
(2)套襯方案：在現有渠道底板和邊坡套襯現澆
混凝土，通過提高混凝土標號和增加抗沖耐磨材料，
收稿日期：2016—05—17
作者簡介：盧建獻(1987一)，男，甘肅會寧人，助理工程師，學士，主要從事水利水電工程設計，E—mail：421373228@qq．com。
萬方數據
第5期盧建獻：高強耐磨粉煤灰混凝土在渠道改造中的應用第52卷
以滿足渠道高流速的過流要求。此方案工程量小、
對渠道現有完好建筑物可以重復利用，不再拆除重
建，對現有渠道斷面及建筑物影響較小。
綜合考慮認為新總干渠改建維持原渠道縱坡不
做調整。對現狀渠坡局部鼓脹或破損段，拆除渠道
現有C15混凝土，將渠基進行翻夯，表面灑水平整
后，采用低標號C20混凝土填補恢復到原渠道斷面
后采用套襯混凝土方案，對于邊坡和渠底穩(wěn)定、沖刷
磨損段采用套襯方案。
4套襯材料選擇
渠道混凝土套襯設計方案選定后，依據渠道現
狀沖刷磨損嚴重的問題，對于流速大于5 m／s的渠
段，根據DlJr 5207—2005((水工建筑物抗沖磨防空
蝕混凝土技術規(guī)范》要求，抗沖磨混凝土的最低強度
等級應大于等于C35；抗沖磨混凝土側墻厚度不宜
小于20 em，底板厚度不宜小于30 cm。由于本規(guī)范
主要針對泄水建筑物的一些規(guī)定，改建渠道現狀流
速在4～6 m／s，渠道問題主要是為推移質人渠產生
磨蝕和原有厚度過薄產生的滑塌。設計選用具有抗
壓與抗磨強度大、干縮性較小、耐久性好，施工相對
簡單的HF高強耐磨粉煤灰C40混凝土。
HF高強耐磨粉煤灰混凝土中的外加劑為HF，
水利水電工程中應用于抵抗水流沖刷、泥沙磨損、高
速水流空蝕破壞的高性能水工抗沖耐磨護面材料。
與硅粉混凝土比較具有抗磨抗空蝕性能相當，和易
性好，不易產生離析和泌水，易于振搗密實和抹面，
抗裂性好及造價低廉等許多優(yōu)點。
HF外加劑除具有減水和改善混凝土和易性的作
用之外，還可激發(fā)優(yōu)質粉煤灰的活性，使粉煤灰可以
起到與硅粉同樣的作用，即顯著提高混凝土的整體強
度，并使混凝土的膠凝產物致密、堅硬、耐磨，改善膠
材與骨料間的界面性能，使混凝土形成一種較均勻的
整體，提高了混凝土的抗裂性和混凝土的整體強度，
提高混凝土抵抗高速水流空蝕和脈動壓力的能力，達
到提高混凝土抗沖耐磨性能，并且克服了硅粉混凝土
施工和易性差、易裂、難以抹面、造價高等缺點。
HF高強耐磨粉煤灰C40混凝土原材料需滿足
表1要求。
表1 HF高強耐磨粉煤灰G40混凝土原材料控制
5 HF混凝土施工
5．1 HF混凝土套襯底面處理
對現狀渠道運行中存在沖刷磨損段，套襯時
先將原渠道表面水銹清除，并進行鑿毛處理，使混
凝土骨料裸露，然后在渠底套襯25 cm厚的C30
混凝土；渠坡自下而上采用0．25～0．15 m的漸變
厚度C20混凝土套襯，套襯后使原渠道混凝土與
新套襯混凝土一起抵抗沖刷磨損，套襯后渠深變
為2．0 m。
對現狀渠道斷面已發(fā)生垮塌或有嚴重鼓脹破損
段拆除現有破損混凝土后，將原基礎表面灑水夯實
后采用C20混凝土進行斷面補修，恢復原渠道斷
面，待C20混凝土達到設計強度后采用上述尺寸套
襯施工。
5．2 HF混凝土套襯細部施工
(1)為了增加套襯后渠道底板和邊坡的穩(wěn)定
性，渠道每隔50 m設一防沖齒墻(沿橫斷面方向)，
防沖齒墻處拆除原混凝土渠底及渠坡，寬度0．3 m，
深0．6 m，采用現澆HFC40混凝土。
(2)按照渠道混凝土結構設計要求，每隔5 m
設伸縮縫一道，接縫處混凝土渠道底部垂直縫寬鋪
60 cm的復合土工膜(150 g／o．3 mm／150 g，兩布一
膜)，填縫材料由下至上依次采用閉孔泡沫板和聚氯
乙烯膠泥(圖1)。
萬方數據
2016年第5期甘肅水利水電技術第52卷
圖1渠道伸縮縫大樣圖
6結語
(1)設計采用了HF高強耐磨粉煤灰C40混凝
土套襯方案，其優(yōu)點是工程量小，施工進度快，既保
證灌區(qū)灌溉期農業(yè)用水要求，又克服了渠道運行中
平整度。澆筑的渠道表面未出現龜裂，也未出現蜂窩
麻面現象。
(3)一般在有新老混凝土之間有結合要求時，
應加強其結合面的連接設計，結合面混凝土標號不
宜相差過大，以防由于干縮性不同導致結合面新老
混凝土脫離。HF混凝土具有干縮率小，不易產生干
縮裂縫，也不易產生混凝土表面塑性龜裂現象，它克
服硅粉混凝土存在易于產生裂縫的問題。同時，與普
通混凝土相比，HF混凝土中的水泥用量顯著減小，
混凝土的水化熱溫升降低，混凝土不易產生溫度裂縫。
(4)HF混凝土在新干渠施工中，施工方法簡易
可行，操作性強。抽樣檢測表明，其28 d抗壓、抗拉
強度保證率均滿足設計要求。經通水運行，實踐證
明，加固改造技術方案是成功的。
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