水库移民农田水利配套排水渠设计及施工分析

辛 龙 宋淑梅 刘玉庆

（呼伦贝尔市水利事业发展中心，内蒙古 呼伦贝尔 021000）

近年来，早期修建的小型水库坝坡变形和溢洪道阻塞淤积等问题日益突出，生产运行存在很大的安全隐患，需新建大中型水库［1-3］。在保证当地大中型水库建设的同时，如何保障移民搬迁之后的正常生活是亟待解决的问题。针对此，以某大中型水库移民后期农田水利配套项目建设问题为例，从排水渠排水量计算、排水渠布置方案选取、排水渠施工工艺及施工技术展开研究，以保障水库移民生产生活有序进行。

1 工程概况

此次排水工程总投资共247万元，新挖排水渠781.27 m³，涵管工程312 m。排水渠宽度修建与底梁一致，排水渠纵坡不小于5‰，同时设计相关排水建筑物。在排水施工过程中秉持减少占地、科学施工的原则，选取复式断面排水渠，既可排涝排碱，又可减少占用耕地，保证排水渠施工占地最少、施工成本最低［4-5］。

2 排水渠工程设计

2.1 设计方案比选

该排水渠建设区域建筑物较为密集，通过现场勘测考察和对当地水文资料和地理环境的调查研究，最终提出2种合理的排水渠施工方案。

第一，排水渠的建设需考虑当地建筑物分布和地形地势的影响，设计在某村的西侧开挖排水渠，将水运送至总排水渠。该方案的优点是占用耕地面积相对较少，开挖新渠总长最短，排水渠施工位置建筑物少，施工空间大，可节省大量施工成本。

第二，排水渠在某村的南侧改建，再穿过较为密集的建筑物进行开挖，最后将水运送至总排水渠。该方案的优点是可借助部分原有排水渠；缺点是当地密集的建筑物存在交叉，施工难度较大，需穿过道路，排水渠也需采取较高大的结构，施工成本大幅增加。

因此，考虑到施工成本和施工难度的影响，最终该排水工程采用第1种方案作为施工最优方案。

2.2 水力计算

2.2.1 排水量计算。排涝模数可按经验公式计算：q=KRm An。式中，q为排涝模数；K为综合系数；R为设计暴雨径流深；A为设计排水面积，km2；m为峰量指数；n为递减指数；m、n和K取值则按平原地区计算，K取0.02，m取1.1，n取0.3。由此可得出，设计排涝模数q为0.175m3/（s·km2）。

2.2.2 排水渠结构设计。某村排水渠施工场地与农田相邻，考虑节省施工成本，减少占地，目前常用的排水渠主要有钢筋混凝土结构和浆砌块石结构，二者的基本参数如表1所示。综合考虑施工成本，本排水工程采用复合式明渠，即开挖新的排水渠道，排水渠道下部利用砌石做防护挡坡，排水渠外侧铺设无纺土工布。排水渠底宽1.5 m，排水渠墙高0.8 m。

表1 钢筋混凝土结构和浆砌石块结构排水渠参数

表2 排水渠水力计算表

3 排水渠施工分析

3.1 材料要求

3.1.1 石料。浆砌石砌筑用石料（主要是块石）应达到质地均匀、坚硬、无裂缝、不易风化等标准，且石面无风化屑、泥迹、污垢。石料要通过抗压试验，承受极限在25 MPa以上。选择的块石应方正，无锋楞凸角，顶面及底面应较为平整，厚度不小于20 cm，并且大于自身的宽度及长度。同时，要尽量选用较大的石块砌筑。片石应具有2个平行的面，厚度不小于15 cm，其中一条边长不小于30 cm。但大部分条件下施工段的石方多为风化石，不满足水保砌筑技术要求的材料条件，因此这种情况下需要购买满足条件的石料。

3.1.2 砌体及勾缝砂浆。砌体及勾缝砂浆均采用7.5号砂浆。砂浆所用水泥采用P.032.5R水泥，砂采用中砂或粗砂，要求颗粒洁净，级配良好。砂浆的混合比例严格按照相关项目部要求的砂浆混合比例为标准，并且要求砂浆的混合材料如水泥、砂、水等的质量标准与混凝土工程相应材料的质量标准相一致。砂浆制作时间控制在3～5 min，现配现用。砂浆中所用的砂宜采用中砂或粗砂。若是条件缺乏中砂及粗砂，也可采用细砂，但细砂的最大直径不能超过5 mm，而且必须在此基础上增加水泥用量。检查砂浆的方式：抓一把砂浆放在手里，将砂浆揉捏成一个小团，松手后观察砂浆小团的形成状态。如果砂浆小团没有松散，也不是干硬状态，即可使用。在正常的操作环境下，配置比例合格、稠度适宜的砂浆制作完成后，应在3～4 h内使用完毕，搁置时间较长会影响砂浆的质量。在高温环境下，如环境温度在30℃以上，高温会加快砂浆的变质劣化速度，因此要比正常情况下提前1 h使用完毕，也就是将使用时间控制在2～3 h。众多情况中，也不免出现一些特殊情况导致砂浆离析泌水。若出现这种问题，应重新配制融合砂浆，使其达到使用标准后再投入利用。对于已经彻底凝结的砂浆，目前没有更值得借鉴的处理办法，只能遗弃处理，然后重新配制砂浆。

3.2 测量放线

本排水工程根据当地各控制网点坐标和高程，布设三维网。在施工区设立了高程控制点，点位选择在受自然环境干扰小、方便施工位置。同时，定期对坐标高程控制点进行复测。施工测量放样工作开始之前，根据精度指标，选择用全站仪和水准仪结合的放样方法。

3.3 排水渠开挖

开挖的顺序应自上而下，自下而上的倒悬开挖方法是绝对禁止的。开挖前保持使用区域内的整洁，务必将开挖所用区域内的障碍物清理干净，常见的障碍物有树根、杂草、垃圾等。在开挖的过程中，相关专业技术人员要根据施工图纸检测、校对、审核开挖平面位置、水平标高、控制桩号、水准点和边坡度等是否满足预设标准，对施工过程中的瑕疵部分进行正确指导并提出整改方法，保证施工稳定安全地进行。施工途中要制作一定的坡势用来排水，避免边坡因稳平而出现积水。施工时开挖的土层易被风化，若开挖后不能及时回填，在风化影响下容易发生崩解，因此需要在土层上建立保护层避免问题发生。开挖时，若遇到边坡上有地下水渗流的情况，要及时采取有效的疏导和保护措施，为之后的边坡修整和加固提供便利条件。在施工工作中，不免碰到狂风暴雨天气，雨水会冲刷边坡，侵蚀地基和土壤，出于对整体工程施工质量和安全性考虑，应该采取有效措施预防此类事故发生。

3.4 砌石工程

砌筑前将准备好的石料冲洗干净，确保石料清洁，保证石料表面湿润，符合砌筑的要求。沙浆砌石的砌石方式采用的是分层法，在垒砌石块前，要在基础底层铺一层浓稠的沙浆，厚度要求为3～5 cm。

砌石的顺序为角石、面石、腹石。其中，角石发挥着举足轻重的作用，用来标记建筑物的位置和作为砌石开头的基础，因此选用角石需要更加小心。角石的选择要求是方正的，在有略微瑕疵的部位可以稍加修凿，然后可以将符合标准的角石进行安放。放置角石时注意摆放位置，一切完成妥当后开始砌石，砌完角石后再把样线放上去。面石的选择要求没有角石苛刻，由于面石需要与腹石参差摆放，因此面石的选取更倾向于长短不一。和砌角石前的准备一样，面石也需要稍加修砌改凿，放置面石前在角石表面上铺好一层沙浆，然后安置面石，这时需要将面石下压挤紧沙浆，增强砌石的稳固性。腹石的选择要求是体积小，其放置在砌石整体的最上面，因此不必要过于关注其形状。同样，在安放腹石前也要铺一层沙浆。第1个的腹石摆放应该把更大的腹石面朝下放稳，为了使石与石之间的缝隙缩至最小。对于存在的缝隙，处理方法是将沙浆充填进去，充填的空间为1/3～1/2，剩余的1/2与2/3可以用小石块来填满，使用锤子将小石块轻轻锤到缝隙里，避免小石块脱出，影响砌石整体的稳固性。

砌石的方式为分层式，每层铺满三四个石块，之后每一层都要以这个要求铺设，要求每层的高度相一致，交错放置石块产生的细缝要大于8.0 cm，砌缝的宽度控制在2.0～3.5 cm，砌石的整体高度务必≤1.2 m。必要情况下可以设置拉结石，禁止在外面使用大块石、中间直接填心，也要避免石块与石块之间直接接触，以免导致砌石整体的稳固和安全存在隐患。若是工作过程不连续发生中断，必须保留最大高度不超过1 m的阶梯形斜搓。待可以继续施工时，沙浆的强度要超过2.5 MPa，才符合施工标准。

3.5 沉降缝、勾缝及养生

根据施工段20～50 m分段砌筑的长度，设置沉降缝应在10～15 m，再用沥青、麻絮或其他防水材料填充沉降缝。勾缝以凹缝的形式呈现出来，其使用的沙浆强度为M7.5，要求勾缝嵌入砌缝深20 mm。这就需要砌缝有足够的深度给予勾缝嵌顿进去的条件。如果出现砌缝的缝槽深度不足的情况，就要打凿缝槽到足够深再勾缝。养生是用湿润的草帘覆盖砌好的部分，并且定时在草帘上洒水保持湿润状态。这种养生持续时间至少是7 d，多则15 d。养生过程中也要注意对砌石的保护，外部的激烈碰撞、震动，或使砌石承受强的重力，都会在一定程度上影响养护的效果。

3.6 池底渗水处理

农村的蓄水池时常因为底部的裂缝等其他原因出现渗水漏水现象，为解决此问题，目前使用价值最高的是聚乙烯土工膜。聚乙烯土工膜是一个理想的防渗材料，在出现裂缝或经常漏水的部位贴上土工膜，可以有效防渗。土工膜最明显的特点是防渗、安装简单。此外，其存在价值是能提高蓄水池水资源利用率，减少电能消耗，具备良好的卫生条件，在充分发挥其使用价值的同时达到节能环保的目的。

3.6.1 土工膜简单的粘接制作。首先需要构建出蓄水池的形状，测量蓄水池的大体尺寸，按照这些标准准备足够的土工膜，遵从宁多勿少的原则，土工膜的每个方向都要有5%的空余。将准备好的土工膜用聚乙烯黏合剂粘好，以备后续使用。

3.6.2 蓄水池内壁和底部的处理。安装土工膜前，要在蓄水池底部铺设油毡纸或薄膜，避免土工膜直接与蓄水池底部接触而出现被划破现象。蓄水池的内壁用沙浆处理即可。

3.6.3 土工膜安装。整体安装前，先把粘好的土工膜按蓄水池的长、宽方向大致铺好，等待安装。最需要注意的是，在有预埋管处，土工膜的安装。步骤如下：先找到预埋管的预埋位置，找到后将土工膜对准预埋管的管头，用橡胶垫把土工膜套在预埋管管头上，之后套上压垫，最后套上螺母并且拧紧，再把堵在预埋管关口的土工膜剪开。这种方法既能对蓄水池起到保护作用，也能不影响预埋管的使用。

安装土工膜时，不少地方需要进行搭接缝合。搭接宽度为15 cm。搭接的主要方式是采用缝纫机将土工膜下方的土工布缝合，再用热焊机焊接缝合搭接处，焊缝2道。此外，在焊接之前搭接面务必保持干净清洁，可以使用干燥清洁的抹布清理缝合后的土工膜和土工布。最后使用充气法检验土工膜焊缝的质量。

3.6.4 土工膜老化条件和更换期限。任何物品不注重防护和保养，使用年限都不会长久，土工膜也不例外。若是土工膜长期暴露在风吹日晒、冰霜雨雪的环境里，老化时间会大大加快，几乎不到3 a就会失去其弹性而变老变脆，丧失使用价值。短期内更换土工膜花费的人力物力与其带来的价值相比更高。相关资料表明，放置在地下或者水中，避免直接接触外界环境的土工膜，保存时间高达30 a。这一项科学统计解决了土工膜快速老化的问题。事实上，蓄水池的使用年限最多为20 a，因此注意土工膜的放置环境，那么在蓄水池使用期间不用考虑更换土工膜的问题，除非人为破坏，否则不会影响使用。

4 施工问题与改进措施

排水渠工程完工后，最大的问题在于局部地方的砼压顶开裂，影响了整体的美观性。经反复查究确定是由于砂浆搅拌机工作失误，促使沙浆质量不合格而导致坚固性受损。这就迫使施工人员亲自配制、拌合砂浆，耗费人力的同时阻碍了施工进度。这种解决办法的时间成本较高，因此不提倡采用。对此，目前提出了2种改进方法：第一，施工前务必检查此项工程需要使用的全部砂浆搅拌设备，性能差、故障多的不合格设备一律不予使用，杜绝设备“带病”作业的情况发生；第二，施工过程中，曲线段做加密处理，保证每2～3 m设置1个控制桩，用以确保产生圆顺的曲线。

5 结语

通过详细介绍水库移民配套工程排水渠设计及施工，针对工程排水量计算、排水渠布置方案、排水渠施工工艺进行分析。项目完成后，提高了水资源利用率，节约了电能，可彻底解决该地区农村排涝排碱问题，最大限度地避免洪涝灾害对当地耕地及居民生活的影响，保障水库移民的日常生产生活。