HEC土體固結(jié)劑在渠道防滲工程中的應(yīng)用

1、HEC土體固結(jié)劑在渠道防滲工程中的應(yīng)用    摘要：山區(qū)的渠道工程建設(shè)，目前一般采用水泥砂漿砌條石防滲。該防滲工藝雖能就近取材，但防滲效果不理想，河砂運輸困難，建設(shè)活動對環(huán)境影響大。四川省平昌縣利用hec土體固結(jié)劑作為膠凝材料，在渠道防滲工程中進(jìn)行了應(yīng)用研究，取得了滿意的效果，克服了前述防滲工藝的不足，為山區(qū)的渠道防滲提供了全新的施工方案，具有較大的推廣應(yīng)用價值。 關(guān)鍵詞：水利 新技術(shù) hec土體固結(jié)劑 防滲 應(yīng)用   一、概述    hec土體固結(jié)劑全稱“hec高

2、強(qiáng)高耐水土體固結(jié)劑”，是武漢大學(xué)研制的一種新型膠凝材料，近年來廣泛應(yīng)用于包括三峽、黃河小浪底等工程中，被國家科學(xué)技術(shù)部列入“九五”國家科技成果重點推廣計劃項目。用其固結(jié)的材料范圍廣，尤其是可以充分利用當(dāng)?shù)馗鞣N土料作建材，能使工程總造價下降20%左右。并且具有早期強(qiáng)度高、后期強(qiáng)度穩(wěn)定發(fā)展、水穩(wěn)定性好、耐久性好等特點。hec產(chǎn)品目前在四川省水利工程建設(shè)中還處于試點應(yīng)用階段。平昌縣選用適合水利項目及基礎(chǔ)工程的hec-1產(chǎn)品，研究在川東丘陵區(qū)hec與不同土體，采用不同配比在渠道防滲工程中應(yīng)用的可行性、技術(shù)優(yōu)越性，總結(jié)了配合比方案、施工技術(shù)要點。 二、實驗 項目實驗設(shè)計指標(biāo)為：防滲體強(qiáng)度c5，抗?jié)B標(biāo)號s

3、5。 hec產(chǎn)品外觀與水泥相近，同為粉末狀材料，其固結(jié)對象為土體，與水泥固結(jié)砂礫石的施工工藝不一樣。試驗按sl237-1999土工試驗規(guī)程、dl/t5150-2001水工混凝土試驗規(guī)程的原則方法進(jìn)行。實驗方案為： 1、在當(dāng)?shù)厝煞N分布較廣并具有代表性的土樣作土工試驗；得到土樣的物理指標(biāo)，對土樣定名。該試驗由四川省水利水電勘測設(shè)計研究院水電科研所承擔(dān)。 2、無側(cè)限抗壓試驗。取兩種土樣分別以10%、12%、15%的hec含量做抗壓試件，模具為7.07cm×7.07cm×7.07cm標(biāo)準(zhǔn)試模，分二層夯筑成型，試件24小時脫模，灑水養(yǎng)護(hù)七天。該試驗由平昌縣建筑質(zhì)量監(jiān)督檢驗所承擔(dān)。

4、3、取兩種土樣分別以12%、15%的hec含量做抗?jié)B試件，試模尺寸為高15cm，上口直徑17.5cm，下口直徑18.5cm，分四層夯筑成型，試件24小時脫模，灑水養(yǎng)護(hù)七天?？?jié)B試驗由四川省水利水電勘測設(shè)計研究院水電科研所承擔(dān)。 4、取兩種土樣分別以15%的hec含量用振搗法在u型渠模具內(nèi)預(yù)制渠槽，該試驗由平昌縣水槽預(yù)制構(gòu)件廠承擔(dān)。 5、取兩種土樣分別以15%的hec含量用u型渠液壓成型機(jī)壓制渠槽。該試驗由平昌縣水槽預(yù)制構(gòu)件廠承擔(dān)。 試驗成果為： 1、兩種土樣分別定名為粘土、重壤土，同屬粘性土，其物理指標(biāo)如下表：      項目   指

5、 土   標(biāo)  樣    比 重   ds    液 限 wl (%)    塑 限 wp (%)    塑性 指數(shù) ip    分散 度 (%)    天  然 含水量 w (%)    最  大 干密度 dmax (g/cm3)  &#

6、160; 最  優(yōu) 含水量 wo (%)    粘  土    2.67    42.1    20.2    21.9    39.7    13.6    1.64    20.4  &

7、#160; 重壤土    2.69    37.0    21.7    15.3    43.6    14.9    1.69    17.7   2、試件七天抗壓強(qiáng)度如下表：      

8、60;    hec含量 土    強(qiáng)  樣     度(mpa)    10%    12%    15%    粘  土    4.08    4.62    5.89 

9、60;  重壤土    3.97    4.45    5.46   兩種土樣摻和hec的含量越高，其抗壓強(qiáng)度越高；按15%hec含量配制的試件其七天抗壓強(qiáng)度能夠達(dá)到設(shè)計抗壓強(qiáng)度。 3、試件七天抗?jié)B試驗采用逐級加壓法，經(jīng)歷時間16h-18h，終了水頭20m-60m，成果如下表：              hec含量 土

10、   滲透系  樣   數(shù)k(cm/sec)    12%    15%    粘  土    0.53×10-8    0.27×10-8    重壤土    5.56×10-8    3

11、.83×10-8   兩種配比制作的試件其滲透系數(shù)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計滲透系數(shù)1×10-5cm/s，達(dá)到設(shè)計抗?jié)B要求。 4、利用鋼模用插入式振搗棒預(yù)制u型渠槽。鋼模長100cm，設(shè)計預(yù)制件厚5cm，采用直連式單相振動棒(z1d-01-35)，功率0.60kw，振動棒直徑3cm。利用該套模具制作“hec土料”混凝土u型渠槽沒有成功，其主要原因是由于土料的粒徑細(xì)微，c值較砂大，與hec拌合后，其坍落度很低，流動性差，在機(jī)械振搗作用下拌合物迅速在振動棒周圍結(jié)團(tuán)，不能在模具內(nèi)形成均勻密實的預(yù)制件。結(jié)論是僅靠振動施工無法完成預(yù)制構(gòu)件的工作。 5、壓制“hec土樣”混凝土u型渠槽。

12、液壓u型渠成型機(jī)的壓力為50kg水壓，能夠生產(chǎn)長50cm的各型u型渠槽(安裝不同型號的u型渠模具)，分層壓制成型，立即脫模。該試驗未能成功。其原因是雖然在模具表面抹了一層礦物油，但是土料的粘性大，脫模時“hec土料”拌合物粘附在模具表面，不能形成一個完整的構(gòu)件，而且需經(jīng)五次壓制才能達(dá)到設(shè)計密實度，工效低。 以上試驗結(jié)論為：對我縣分布較為廣泛的粘土、重壤土按hec土料水為1(56)(0.4-0.5)的配合比配制“hec土料”混凝土，采用夯筑方式制作的構(gòu)件能夠達(dá)到強(qiáng)度c5、滲透系數(shù)k1.0×10-5cm/s的設(shè)計要求，能夠滿足水利工程渠道防滲體的各項指標(biāo)，其要點是土料含水量控制在20%以

13、內(nèi)，hec拌合料含水量控制在22%以內(nèi)。5. 比降變化對泥沙輸移的影響 比降是河流洪水輸移演進(jìn)的動力。比降在沖積河流調(diào)整過程中，不象河槽橫斷面形態(tài)變化那樣劇烈，經(jīng)過一場洪水塑造即可使斷面形態(tài)發(fā)生巨大的變化，從而對輸沙產(chǎn)生明顯的影響，其變化一般是緩慢的。沖積河流的比降一般是沿程變緩的，呈下凹形，但河流的調(diào)整，往往使得流速沿程變化不明顯，沒有因比降的變緩而使水流的流速降低，而是始終保持某一固定的數(shù)值，甚至沿程增大，與河道比降的變化相反。其調(diào)整的機(jī)制主要是通過河寬的變化，來調(diào)整水深值，從而保持流速始終處于較高的數(shù)值。往往是比降變緩，河寬減小，水深增加，從而使流速不變。表7-1給出黃河下游主槽1973

14、、1977年汛期實測流量3000m3/s水深、流速的沿程變化表明，比降由小浪底站的8 ，到艾山以下河段減小到1 ，平均流速并沒有減小，而是由2.0m/s增加到2.5m/s，因此使得平灘流量的水流挾沙能力沿程不會降低。    渭河下游河道的比降變化也較大1，圖7-7給出耿鎮(zhèn)渭淤13#，比降由4.5 過渡到2.1 ，渭淤13#斷面到渭攔2#斷面，比降由1.72 變緩到0.57 ，由圖中給出的各斷面的形態(tài)可知，水面寬是沿程減小，由上段的700800m，到華陰以下河段減至250m，使得流速沿程不降低。圖7-8給出北洛河下游河道河槽形態(tài)沿程變化也表明同樣的情況2。

15、因此，使河流沿程輸沙特性不因河流比降的變緩而受到影響。從表6-5給出渭河高含沙洪水沿程主槽的沖刷情況說明，隨著比降的變緩，主槽在洪水期沖刷深度，并沒有減弱，而是略有加強(qiáng)。根據(jù)渭河下游、北洛河下游、三門峽庫區(qū)151場洪水，流量變化范圍505150m3/s，含沙量變化范圍10786kg/m3，比降0.274.50 ，得出的輸沙公式： ,比降的方次僅為0.006，接近于零，對輸沙的影響很微弱。造成上述輸沙特性當(dāng)然還與含沙量增加、流體粘性增大、沉速大幅度降低、輸送更容易有關(guān)。 從表4-1給出的不同河流的比降的變化范圍可知，幾乎在同一比降條件下，不同河流所以均能達(dá)到輸沙平衡，是由于洪水塑造了不同的河寬。

16、如北洛河主槽寬僅100m，流量200300m3/s的高含沙洪水均可輸送，渭河下游華陰以下，比降不足1 ，河寬僅250m，1000m3/s洪水均可輸送。因此形成大水塑造大的河寬，小水塑造小的河寬，且均可輸送流域的來沙。 綜上所述，在沖積河流實測比降的變化范圍，看不出對洪水輸沙的明顯影響。    6. 調(diào)水調(diào)沙與河道整治相結(jié)合是改造寬淺游蕩河段的有效途徑 早在30年代，德國著名治河專家恩格斯教授，就指出在游蕩性河道形成中水河槽的重要性。并得到眾人的認(rèn)同。沈怡在評述各家治河主張時，對治理中水河槽給予高度的評價。他指出：“因為種種病象均由河無定槽而起，所以如果要

17、治河，必須首先使河槽定”，“無論何人來治河，都必須這樣做”?？梢娋哂泻硬鄣闹匾５绾涡纬芍兴硬垡恢笔侨藗冴P(guān)心的問題。也是游蕩性河道治理的關(guān)鍵。 通過對游蕩河道河槽形態(tài)調(diào)整變化規(guī)律研究，我們認(rèn)識到單純用河道整治工程治理游蕩性河道是有困難的。新中國成立以后，黃河下游整治實踐說明高村以下河段通過護(hù)灣導(dǎo)流，河道穩(wěn)定，整治獲得成功，然而對高村以上的寬淺河段，雖然也采用同樣的整治辦法，目前的擺動范圍雖然有所減小，但在洪水期仍經(jīng)常發(fā)生河勢的突然變化，造成平工出險，給防洪造成被動。其主要原因是前者具有窄深河槽，河道容易控制。而后者河槽極為寬淺散亂，整治工程無法控制主流的自由擺動。 因此，首先要通過小浪底水

18、庫調(diào)水調(diào)沙運用改變進(jìn)入下游的水沙條件，然后加速寬河道整治工程建設(shè)，使其塑造的新河槽盡快穩(wěn)定。兩者必須緊密結(jié)合，其原因是： 我們雖然能按照沖積河流形成最有利的來水來沙條件,制定小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙運用方式,但在水庫運用的初期和正常調(diào)沙期將長時間下泄清水,在高村以上河段將產(chǎn)生較強(qiáng)烈的沖刷,經(jīng)“八五”攻關(guān)方案計算初期最小累計沖刷量仍達(dá)9億t,清水沖刷會造成灘地的大量坍塌,使河槽趨于寬淺，在水庫排沙時還需要重新塑窄深河槽，從而增加了河道的淤積量。這是泥沙多年調(diào)節(jié)方案需要解決的主要問題。 據(jù)三門峽水庫運用初期下泄清水的運用經(jīng)驗，防止灘地沖蝕是高村以上河段整治的主要任務(wù)，對高村以上近300km長的寬淺河段，可按河寬700m，