塑膜土渠在西北冻土地区的应用及优势分析

塑膜土渠在西北冻土地区的应用及优势分析[摘要]：塑膜土渠在西北冻土地区相比混凝土渠道有投资省、维修费用底、抗盐碱、使用年限长等优势。[关键词]：塑膜土渠、西北冻土区、优势分析中图分类号：tu752文献标识码：a文章编号：水利是现代农业建设不可或缺的首要条件，是经济社会发展不可替代的基础支撑，是生态环境改善不可分割的保障系统，具有很强的公益性、基础性、战略性。加快水利建设，不仅事关农业农村发展，而且事关经济社会发展全局。中国西部属于气候严寒和极度干旱地区，水在农业上的重要性显的尤其突出，探讨研究在西部干旱冻土地区节约水、抗冻胀、耐盐碱、投资省、维修费用低、使用寿命长的水利工程措施具有非常重要的意义。一、灌区概况：疏勒河流域位于甘肃省河西走廊西端，干流全长670公里，流域面积4.13万平方公里，是河西走廊内三大内陆河之一。昌马灌区位于疏勒河中游玉门市玉门镇周边地区和瓜州东半县，控制面积3330平方公里，现有灌溉面积68.9万亩，属大（三）型自流灌区。灌区年平均气温7—9℃，最高气温37℃--45℃,最低气温-27℃--29℃,无霜期135—146天,日照3265—3317小时,昼夜温差达到15.6—17.3℃,年平均降水不足50mm,蒸发量1500—3200mm,是我国极度干旱地区之一。冬季寒冷慢长，土壤十月中旬开始出现冻结，来年五月初才能全部解冻，地面负温时间近200天，最大冻深146cm。灌区始建于1958年，54年来已建成各级渠道2817条，全长2219.95公里。衬砌长度1172.04公里，衬砌率52.8%，衬砌完好率48.7%。各类建筑物8403座，严重老化的占51.6%。以混凝土渠道为最多。由于土质复杂，地下水位多变，气候严寒等原因，近一半的渠道出现了冻胀破坏，每年要投入大量资金进行维修。通过多年来的观察对比分析，塑膜土渠具有投资省、抗冻胀、抗渗漏、能适应各种复杂土质，维修费用低的明显优势。现在以昌马灌区非常有代表性的东北干渠进行对比分析。二、东北干渠概况、工程造价及其维修费用比较昌马灌区东干渠始建于1966年，为土渠，全长37.372公里，灌溉面积9.99万亩，设计流量6.4m3/s，渠道沿线上段为砂砾石地层，中段主要为砂壤土、轻壤土、重壤土等、盐碱含量大。地下水位由南向北逐步抬高，由于土渠渠系利用率低，1991年从节水的角度考虑将庄号8+873---13+359段的4.485公里改建为塑膜土渠。由于土地向南不断开发，部分耕地上不去水，于2001年又将庄号0+000—8+873段的8.873公里进行改线，坐落在砂砾石地基上，为混凝土块衬砌。现以此两段进行造价的对比分析。1．1991年改建的塑膜土渠为梯型断面，设计流量6.4m3/s,段面尺寸为底宽5米，上口宽11.5米，坡比1.75。从上到下一般为15--30厘米厚砂砾石防冲层，30--40厘米厚壤土保护层，0.18毫米厚土工膜。具体设计时根据渠道大小进行调整。为方便对比现将工程预算调成现值。每公里须投资948750元，每米投资948元。2.2001年改建的混凝土块衬砌渠道，设计流量6.4m3/s,段面尺寸为底宽1.1米，上口宽7.35米，渠深2.25米，坡比1.5。折为现值为每公里1281501元。每米投资1281元。3．两项工程一次性投资造价分析：在设计流量等同的条件下，工程造价折成现价，塑膜土渠每米投资948元，砼块渠道每米投资1281元，两者相差333元，塑膜土渠一次性投资每米少于砼块衬砌渠道333元，优于砼渠道。从东北干管理所2002年度至2011年度10年的维修费用资料显示，混凝土渠道10年累计维修费用112454.35元,平均每公里投资12673.77元,平均每年每公里投资1267.38元,塑膜土渠10年累计投资4619.74元,平均每公里投资1029.8元,平均每年每公里投资102.98元,两者相差1164.4元,塑膜土渠维修费用仅占混凝土渠道维修费的10%。以渠道50年使用寿命计算，塑膜土渠比砼渠道节省投资维修费用539173.05元。塑膜土渠明显优于混凝土渠。三、工程耐久性影响混凝土渠道耐久性的因素很多，主要有冻胀变形，砂石磨损、温差应力变型、盐碱浸蚀等。1．冻胀破坏西北地区冬季气候严寒，渠道在行水运行时，细微土颗粒渗入混凝土后，形成一道污染层，入冬后形成冰晶体，体积膨胀，使砼渠遭受破坏。在地下水丰富的地区，地下水分和水汽上升到无法穿透的刚性物体底面，遇低温凝结成冰，造成冻胀破坏。而塑膜土渠不满足冻胀破坏机理，塑膜有很大的延展性，只要施工质量过关，一般不会出现冻胀破坏。西北冬寒夏热，昼夜温差大，温差最大值将近20度，钢性砼块构体衬砌，砂浆勾缝，砼块构体因温度物理变形频繁，易裂缝而整体性逐年下降。而塑膜土渠则不受温差的影响而破坏。2．砂石磨损昌马灌区总干渠因在河床取水，推移质入渠较多，对各级渠道的渠底造成严重磨损和支斗渠的淤积，每年要投入大量资金进行清淤和维修。东干渠经十年的运行，混凝土渠道渠底因砂石磨损破坏近三分之一，而塑膜土渠仅仅产生了部分的淤积。3．盐碱浸蚀的破坏西部地区土壤类型属于内陆盐土，该类土壤中含有大量的硫酸盐，氯盐和镁盐等强腐蚀介质。其破坏方式主要有:使混凝土孔隙中的ca(oh)2溶出;化学反应的产物易溶于水;化学反应的产物发生体积膨胀;盐溶液在混凝土孔隙中的浓缩(加速腐蚀)和不断结晶膨胀等四种形式。导致混凝土强度降低,疏松或膨胀而破坏。塑膜土渠不受盐碱的浸蚀。随着时间的推移，在塑膜土渠的土堤上长满各种青草，草根锈满渠堤，形成了一道天然的保护层，耐久性大大的得到提高。4．使用有效年限长塑膜土渠耐久性好因此使用年限长，如东干渠1991年建成的塑膜土渠经过21年的运行渠道未经维修，依然完好，运行正常。北干渠5.273公里塑膜土渠1985年建成，经过27年的运行，除个别渠段进行了加高外，运行正常。而2001年建成的东干渠混凝土块衬砌渠道，全部座在非常好的戈壁砂砾石基础上，经过11年的运行，有将近3公里的渠底砂石入渠早成严重磨损，200米左右的渠道因冻胀变形进行了改建。北一支干13公里的渠道2004年建成，座落在盐碱含量较大的土质上，盐碱浸蚀，混凝土块大部风化，年年投入大量的维修资金。可以看出塑膜土渠的使用年限要大于混凝土渠道很多。四、渠系利用率高，防渗效果好西北地区是严重干旱缺水地区，为了使有限的水资源发挥更大的社会效益，节水是水利工程的必须考虑的重要方面，提高渠系利用率，降低渗漏，是渠系工程的重点。根据黑龙江省水文局于2004年在全省灌区水利用系数的测定工作积累、分析的有关资料显示，采用混凝土预制块衬砌防渗能减少渗漏量的70—75%，采用塑膜防渗可以减少渗漏量的50—90%，塑膜土渠的防渗效果明显优于混凝土块衬砌的渠道。混凝土预制块衬砌渠道因受冻胀、温差变形、风蚀自然老化、砂石磨损、盐碱浸蚀等破坏，抗渗性能大大降低，根据实测资料，砼渠道渠系利用率，10年前平均87%，20年平均75%，以后平均在67%左右，而塑膜土渠则变化不大，从节水方面考虑，塑膜土渠节水经济效益可五、存在的问题塑膜土渠的优势如上所述，主要缺点和不足为：1．塑膜土渠底宽、口宽、坡比大相应的占地面积大，有些地方在征地上困难大，投资大。2．塑膜土渠纵坡缓，流速慢。易淤积。3．砂砾石防冲层易塌滑，运行时间长后，外观形象不规整。有些地方在防冲层上加一层干砌预制块，不但解决了防冲层塌滑的问题，保留了塑膜土渠的优势，水的流态也有了较大改观，防渗效果也有了一定提高。4．塑膜土渠虽然适应各种土壤，但在有芦苇等植物生长的地方施工时要进行灭芦苇处理等，以防止芦苇等坚硬植物刺穿塑膜造成渗漏。六、总结综上所述，塑膜土渠相比混凝土渠道具有投资省、维修费用底、抗盐碱、使用年限长、等优势，经济耐用，尤其是抗冻胀、抗冲耐磨、防渗效果好等优点解决了西北地区严寒地区冻胀、泥砂入渠对渠道的磨损两大难题，而且节水效果好，提高了渠系有效利用率，在疏勒河昌马灌区的水利渠道工程中是优秀项目，塑膜土渠在西北水资源紧缺、冻胀严重的地区很值得推广。参考文献：[1]李龙辉，渠系水利用系数测量，佳木斯市水文局[2]田冠飞，盐碱地区土壤对混凝土腐蚀规律和机理的研究，中国建筑科学研究院建筑材料研究所