基于数据分析的苏丹麦洛维灌溉工程大断面渠道衬砌方案探讨

1 引言 

　　麦洛维灌溉工程位于苏丹北部，项目区为典型的沙漠气候，昼夜温差大，降雨量极少，多年平均气温27.7℃，最高气温可达到50℃。全年的相对湿度相当低，相应湿度为23.7%，区域蒸发量极高。渠道衬砌工程MI-PC1合同段位于尼罗河左岸，在麦洛维大坝和El Multage附近之间。主要施工内容包括：连接渠和3条主渠以及相应2级渠、水力构造物，道路和排水工程。渠道断面类型有8种，推荐采用的渠道衬砌施工方案为现浇混凝土衬砌，沥青混凝土衬砌作为备选方案。但根据国内沙漠地区渠道衬砌工程经验，大断面渠道衬砌大多采用六面体混凝土预制块衬砌方案，具有明显的代表性。因此，本文在分析3种大断面渠道衬砌方案不同特点的基础上，对各方案的可行性和合理性进行探讨，为该工程的实施提供参考依据。 

2 方案介绍 

　　2.1 薄壁无筋现浇混凝土衬砌 

　　工程师拟采用的设计方案为：全渠段薄壁无筋現浇混凝土衬砌，渠道衬砌坡比为1：2，根据不同的渠道断面，衬砌厚度分为75mm和100mm。渠道衬砌混凝土为一级配，全渠段采用线性低密度聚乙烯土工膜防渗。工程量见下表2.1所示： 

　　混凝土衬砌的主要作用是保护土工膜、减小糙率、均匀地传递荷载的压力，但它只有一定的防渗作用。其防渗主要依靠底部的黏土层来防渗，土工膜加强防渗。 

　　根据以往工程经验，沙漠地区渠道现浇混凝土衬砌施工中存在的主要问题是混凝土面板的裂缝问题[1]。其主要原因如下： 

　　（1）浇筑时遇不小于4级风力的天气时，混凝土表面大量失水形成干缩裂缝； 

　　（2）混凝土浇筑后昼夜温差大形成裂缝； 

　　（3）浇筑时气温高，太阳辐射大，混凝土表面温度高，表面失水形成干缩裂缝； 

　　2.2 沥青混凝土衬砌方案 

　　沥青混凝土衬砌作为苏丹麦洛维灌溉项目的备选方案，渠道衬砌坡长在2～18m之间，渠道坡面坡度为1：2。它的衬砌结构分为三种，见下表2.2： 

　　沥青混凝土作为一种优良的防渗材料已经在水工防渗工程中得到了广泛的应用，如水库、抽水蓄能电站、饮水渠道等[2]。沥青混凝土作为渠道衬砌材料，具有无毒、渗透系数小、抗老化能力好、适应基础变形能力强、无须设置接缝、无须后期养护、施工速度快、易于修补等特点，水利用系数可以达到0.9以上。其表面糙率在0.012～0.014，表面采用沥青玛蹄脂进行封闭后，表面糙率系数将更小。但目前斜坡沥青摊铺的衬砌机技术主要被欧美国家的企业所掌握，我国斜坡沥青混凝土摊铺技术起步很晚，到目前为止还没有一家企业生产该类型的斜坡摊铺机。 

　　2.3 六面体混凝土预制块衬砌方案 

　　六面体混凝土预制块衬砌技术在国内各大江河护岸工程施工中运用非常广泛，其衬砌结构设计断面为：自下而上依次布置为40cm的砂砾石基层，基层上铺设3cm厚的M10砂浆找平层，0.6mm的一布一膜，3cm厚的M10砌筑砂浆，底板7cm、边坡6cm厚的混凝土预制板块（各部位板厚度要根据漂浮试验来确定），混凝土预制块的设计指标C20、F200、W6，为边长25cm的等边正六边形。 

3 渠道衬砌方案比较分析 

　　通过分析3种大断面渠道衬砌方案的特点，从防渗性能、施工工艺、表面粗糙率，质量控制、养护等多个评价指标对3种不同渠道衬砌方案进行比较[3]，其分析结果见下表3-1所示 

4 结论与展望 

　　通过对上述三种衬砌方案的对比分析，以及借鉴在国内有沙漠地区渠道衬砌的成熟经验，可得出以下结论： 

　　（1）苏丹麦洛维灌溉项目地处属热带沙漠气候，存在高温、昼夜温差大、风力大等因素将直接导致薄壁无筋衬砌混凝土面板裂缝的产生，严重制约工程质量； 

　　（2）沥青混凝土衬砌方案作为备选方案，采用国外衬砌设备，防渗效果好和表面粗糙率低，主要难点是经验欠缺，成本较高，但在施工进度、质量控制、后期维护各方面均具有较大的优势，相对主选方案而言，可行性和合理性更为突出； 

　　（3）六面体混凝土预制块衬砌方案在国内沙漠渠道衬砌工程中经验丰富，主要的难点在于对劳务需求量很大，而苏丹当地劳务的施工能力整体上很难满足要求，存在劳务管理风险，相对于备选方案而言，预制块糙率较现浇混凝土高，且相邻预制块间存在较大缝隙；连接渠渠首流量大，渠底受冲刷作用较大，预制块间填充砂浆存在被水流侵蚀的风险。 

　　综上所述，即将实施的苏丹麦洛维渠道衬砌推荐采用沥青混凝土衬砌方案，其次为六面体混凝土预制块衬砌方案，而最不利的为现浇混凝土衬砌方案。另本文仅从定性的角度进行了各衬砌方案的比选，关于定性与定量相结合的方案比选将另文发表。