HEC土体固结剂在渠道防渗工程中的应用

1、HEC土体固结剂在渠道防渗工程中的应用    摘要：山区的渠道工程建设，目前一般采用水泥砂浆砌条石防渗。该防渗工艺虽能就近取材，但防渗效果不理想，河砂运输困难，建设活动对环境影响大。四川省平昌县利用hec土体固结剂作为胶凝材料，在渠道防渗工程中进行了应用研究，取得了满意的效果，克服了前述防渗工艺的不足，为山区的渠道防渗提供了全新的施工方案，具有较大的推广应用价值。 关键词：水利 新技术 hec土体固结剂 防渗 应用   一、概述    hec土体固结剂全称“hec高

2、强高耐水土体固结剂”，是武汉大学研制的一种新型胶凝材料，近年来广泛应用于包括三峡、黄河小浪底等工程中，被国家科学技术部列入“九五”国家科技成果重点推广计划项目。用其固结的材料范围广，尤其是可以充分利用当地各种土料作建材，能使工程总造价下降20%左右。并且具有早期强度高、后期强度稳定发展、水稳定性好、耐久性好等特点。hec产品目前在四川省水利工程建设中还处于试点应用阶段。平昌县选用适合水利项目及基础工程的hec-1产品，研究在川东丘陵区hec与不同土体，采用不同配比在渠道防渗工程中应用的可行性、技术优越性，总结了配合比方案、施工技术要点。 二、实验 项目实验设计指标为：防渗体强度c5，抗渗标号s

3、5。 hec产品外观与水泥相近，同为粉末状材料，其固结对象为土体，与水泥固结砂砾石的施工工艺不一样。试验按sl237-1999土工试验规程、dl/t5150-2001水工混凝土试验规程的原则方法进行。实验方案为： 1、在当地取两种分布较广并具有代表性的土样作土工试验；得到土样的物理指标，对土样定名。该试验由四川省水利水电勘测设计研究院水电科研所承担。 2、无侧限抗压试验。取两种土样分别以10%、12%、15%的hec含量做抗压试件，模具为7.07cm×7.07cm×7.07cm标准试模，分二层夯筑成型，试件24小时脱模，洒水养护七天。该试验由平昌县建筑质量监督检验所承担。

4、3、取两种土样分别以12%、15%的hec含量做抗渗试件，试模尺寸为高15cm，上口直径17.5cm，下口直径18.5cm，分四层夯筑成型，试件24小时脱模，洒水养护七天。抗渗试验由四川省水利水电勘测设计研究院水电科研所承担。 4、取两种土样分别以15%的hec含量用振捣法在u型渠模具内预制渠槽，该试验由平昌县水槽预制构件厂承担。 5、取两种土样分别以15%的hec含量用u型渠液压成型机压制渠槽。该试验由平昌县水槽预制构件厂承担。 试验成果为： 1、两种土样分别定名为粘土、重壤土，同属粘性土，其物理指标如下表：      项目   指

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

6、160; 最  优 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、试件七天抗压强度如下表：      

8、60;    hec含量 土    强  样     度(mpa)    10%    12%    15%    粘  土    4.08    4.62    5.89 

9、60;  重壤土    3.97    4.45    5.46   两种土样掺和hec的含量越高，其抗压强度越高；按15%hec含量配制的试件其七天抗压强度能够达到设计抗压强度。 3、试件七天抗渗试验采用逐级加压法，经历时间16h-18h，终了水头20m-60m，成果如下表：              hec含量 土

10、   渗透系  样   数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   两种配比制作的试件其渗透系数均远远小于设计渗透系数1×10-5cm/s，达到设计抗渗要求。 4、利用钢模用插入式振捣棒预制u型渠槽。钢模长100cm，设计预制件厚5cm，采用直连式单相振动棒(z1d-01-35)，功率0.60kw，振动棒直径3cm。利用该套模具制作“hec土料”混凝土u型渠槽没有成功，其主要原因是由于土料的粒径细微，c值较砂大，与hec拌合后，其坍落度很低，流动性差，在机械振捣作用下拌合物迅速在振动棒周围结团，不能在模具内形成均匀密实的预制件。结论是仅靠振动施工无法完成预制构件的工作。 5、压制“hec土样”混凝土u型渠槽。

12、液压u型渠成型机的压力为50kg水压，能够生产长50cm的各型u型渠槽(安装不同型号的u型渠模具)，分层压制成型，立即脱模。该试验未能成功。其原因是虽然在模具表面抹了一层矿物油，但是土料的粘性大，脱模时“hec土料”拌合物粘附在模具表面，不能形成一个完整的构件，而且需经五次压制才能达到设计密实度，工效低。 以上试验结论为：对我县分布较为广泛的粘土、重壤土按hec土料水为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构件能够达到强度c5、渗透系数k1.0×10-5cm/s的设计要求，能够满足水利工程渠道防渗体的各项指标，其要点是土料含水量控制在20%以

13、内，hec拌合料含水量控制在22%以内。5. 比降变化对泥沙输移的影响 比降是河流洪水输移演进的动力。比降在冲积河流调整过程中，不象河槽横断面形态变化那样剧烈，经过一场洪水塑造即可使断面形态发生巨大的变化，从而对输沙产生明显的影响，其变化一般是缓慢的。冲积河流的比降一般是沿程变缓的，呈下凹形，但河流的调整，往往使得流速沿程变化不明显，没有因比降的变缓而使水流的流速降低，而是始终保持某一固定的数值，甚至沿程增大，与河道比降的变化相反。其调整的机制主要是通过河宽的变化，来调整水深值，从而保持流速始终处于较高的数值。往往是比降变缓，河宽减小，水深增加，从而使流速不变。表7-1给出黄河下游主槽1973

14、、1977年汛期实测流量3000m3/s水深、流速的沿程变化表明，比降由小浪底站的8 ，到艾山以下河段减小到1 ，平均流速并没有减小，而是由2.0m/s增加到2.5m/s，因此使得平滩流量的水流挟沙能力沿程不会降低。    渭河下游河道的比降变化也较大1，图7-7给出耿镇渭淤13#，比降由4.5 过渡到2.1 ，渭淤13#断面到渭拦2#断面，比降由1.72 变缓到0.57 ，由图中给出的各断面的形态可知，水面宽是沿程减小，由上段的700800m，到华阴以下河段减至250m，使得流速沿程不降低。图7-8给出北洛河下游河道河槽形态沿程变化也表明同样的情况2。

15、因此，使河流沿程输沙特性不因河流比降的变缓而受到影响。从表6-5给出渭河高含沙洪水沿程主槽的冲刷情况说明，随着比降的变缓，主槽在洪水期冲刷深度，并没有减弱，而是略有加强。根据渭河下游、北洛河下游、三门峡库区151场洪水，流量变化范围505150m3/s，含沙量变化范围10786kg/m3，比降0.274.50 ，得出的输沙公式： ,比降的方次仅为0.006，接近于零，对输沙的影响很微弱。造成上述输沙特性当然还与含沙量增加、流体粘性增大、沉速大幅度降低、输送更容易有关。 从表4-1给出的不同河流的比降的变化范围可知，几乎在同一比降条件下，不同河流所以均能达到输沙平衡，是由于洪水塑造了不同的河宽。

16、如北洛河主槽宽仅100m，流量200300m3/s的高含沙洪水均可输送，渭河下游华阴以下，比降不足1 ，河宽仅250m，1000m3/s洪水均可输送。因此形成大水塑造大的河宽，小水塑造小的河宽，且均可输送流域的来沙。 综上所述，在冲积河流实测比降的变化范围，看不出对洪水输沙的明显影响。    6. 调水调沙与河道整治相结合是改造宽浅游荡河段的有效途径 早在30年代，德国著名治河专家恩格斯教授，就指出在游荡性河道形成中水河槽的重要性。并得到众人的认同。沈怡在评述各家治河主张时，对治理中水河槽给予高度的评价。他指出：“因为种种病象均由河无定槽而起，所以如果要

17、治河，必须首先使河槽定”，“无论何人来治河，都必须这样做”。可见具有河槽的重要。但如何形成中水河槽一直是人们关心的问题。也是游荡性河道治理的关键。 通过对游荡河道河槽形态调整变化规律研究，我们认识到单纯用河道整治工程治理游荡性河道是有困难的。新中国成立以后，黄河下游整治实践说明高村以下河段通过护湾导流，河道稳定，整治获得成功，然而对高村以上的宽浅河段，虽然也采用同样的整治办法，目前的摆动范围虽然有所减小，但在洪水期仍经常发生河势的突然变化，造成平工出险，给防洪造成被动。其主要原因是前者具有窄深河槽，河道容易控制。而后者河槽极为宽浅散乱，整治工程无法控制主流的自由摆动。 因此，首先要通过小浪底水

18、库调水调沙运用改变进入下游的水沙条件，然后加速宽河道整治工程建设，使其塑造的新河槽尽快稳定。两者必须紧密结合，其原因是： 我们虽然能按照冲积河流形成最有利的来水来沙条件,制定小浪底水库调水调沙运用方式,但在水库运用的初期和正常调沙期将长时间下泄清水,在高村以上河段将产生较强烈的冲刷,经“八五”攻关方案计算初期最小累计冲刷量仍达9亿t,清水冲刷会造成滩地的大量坍塌,使河槽趋于宽浅，在水库排沙时还需要重新塑窄深河槽，从而增加了河道的淤积量。这是泥沙多年调节方案需要解决的主要问题。 据三门峡水库运用初期下泄清水的运用经验，防止滩地冲蚀是高村以上河段整治的主要任务，对高村以上近300km长的宽浅河段，可按河宽700m，