在渠道防渗中的试验与运用

1矿渣的特点（1）质量高、强度大。矿渣免烧砖颜色为灰白色，外观光洁、棱角分明、十分整齐，比黏土砖漂亮，干容重一般都在1.62g/cm3～1.92g/cm3(黏土砖一般为1.3g/cm3～1.6g/cm3)，抗压强度一般为12MPa～18MPa,抗折强度一般为0.95MPa～1.25MPa。（2）抗冻性强，后期强度大。矿渣砖在干燥状态下，让其充分吸水饱合后，吸水率仅为2.8%～5.3%，经25次冻融循环，抗折强度、抗压强度仅降低5%～8%,而且不起皮、不炸裂、不变形，表现了优异的抗冻性，经过多次观察和试验，矿渣砖的强度随时间的延长而不断增长，在湿润状态下，其强度增长较快。（3）与水泥结合性好。无论在新的还是旧的砖砌体表面进行水泥砂浆抹面无裂缝、无剥落现象。（４）成本低。矿渣作为废弃物，价格低廉、制砖工艺简单，建厂投资较低，生产出的矿渣产品价格与黏土砖接近，一般为100元、千块～115元/千块，市场竞争力较强。（５）利于环保。生产矿渣砖首先是保护耕地、避免毁田。以年产500万块的砖厂计算，每年可保护耕地0.33hm2～0.53hm2,临汾市尧都区目前共有30余座矿渣砖厂，年可保护耕地17hm2～27hm2。其次是节约能源，降低能耗。每年产1万块黏土砖平均耗标准煤1.3t,1座年产500万块的矿渣砖2厂可节约标准煤达650t。生产矿渣砖既无“三废排放”，又能消化大量废渣，同时能保护大量耕地，所以矿渣砖是一种环保型的新型产品。2在渠道防渗中的试验与运用临汾市汾西水利管理局尧都区分局，地处临汾市尧都区汾河以西的吕梁山麓，共有灌溉面积0.78万hm2，主要靠龙祠泉水和汾河水灌溉。灌区东西宽约10km，南北长约30km，灌区西高东低，呈坡地状，自然坡度为1/200-1/550。灌区南部地下水位较高，灌、排渠系统较全，耕地土壤以砂壤土和粉质砂土为主。灌区年平均气温12.1°C,绝对最高气温41.9°C。绝对最低气温-22.5°C，矿渣砖防渗渠道的试验与推广主要运用在灌区中南部地区。灌区内的首座矿渣砖厂始建于1999年初，当时人们对矿渣砖缺乏足够的认识，因此销路不畅。1999年夏季，分局的技术人员发现矿渣砖与粘土砖相比，有明显优势，因此与当地乡、村联系，自筹资金在灌区内的南三河、北三河支渠上采用80号水泥砂浆砌筑砖渣砖试运行了78km渠道防渗试验性工程。防渗渠道为60cm×60cm矩形断面，边墙厚度24cm，渠底为厚10cm的C15现浇混凝土，渠基为经过夯实的3:7灰土，厚度30cm。经过了3个冬天的考验，发现渠道依然完好无损，没有任何冻融损坏的迹象，引起技术人员和当地群众极大的兴趣，于是当地群众在镇政府的号召、支持下与分3局技术人员一起，2001-2002年内共完成支、斗、农渠道防渗37cm。3矿渣砖防渗渠道的测试与分析3.1渗漏测试两年来，对10多条矿渣砖防渗渠道进行了不同时期的动水渗漏观测试验，测试数据表明：加浆勾缝的矿渣砖渠道初次过水时的千米损失率为3.2%-9.8%，再次过水时的千米损失率0.9%-1.3%；而未加浆勾缝的矿渣砖渠道初次过水时的千米损失率23.2%-29.5%，渠道再次通水时的千米损失率为2.5%-5.6%，渠道经多次通水后的千米损失率一般在1.3%-2.1%。从防渗角度看，矿渣砖的加浆（100号砂奖）勾缝工序至关重要，它不仅能有效提高渠道的防渗率而且还可增强渠道的坚固性。3.2冻胀观测为检验矿渣砖防渗渠道的抗冻害能力，在2002年冬季对当年竣工的晋南门和倒塌寺两条支渠进行了实地冻胀试验和位移观测。该两条支渠地处龙祠泉灌区中下游，地下水位埋深0.8-1.5m，据灌溉试验站观测，本次冬季最低气温为-18°C,最寒冷过程主要集中在2002年12月21日至2003年1月4日。最大冻土深为47cm。测试点基本选择在挖方、土壤含水量较大的渠段，渠段为东西走向，西高东低，纵坡41/300-1/500，渠堤培土为粉质壤土和砂壤土。防渗渠道60cm×60cm矩形断面，侧墙为80号水泥砂浆砌矿渣砖，厚24cm（未加浆勾缝），渠底为C20现浇混凝土结构，厚度10cm，渠基为经过夯实后的黑色矿渣（粒径5-15cm），厚度25cm（施工时渠基一半浸泡在水中）。2002年12月18日-2003年1月25日在晋南门支渠1+350-1+475渠段分次注水冰冻，渠道冰层最大高度为43.5cm，冰层分上下两层，上层厚12cm，下层厚10.5cm，冰层下部仍有21cm水层。渠道侧墙最大位移量为-3.5mm（渠顶往渠道中心侧位移为正值，反之为负值）。渠道冰层全部融化后，侧墙砖体表面无任何损伤，冰冻区内5%的砖缝其砂浆有松鼓现象，深度为1cm。渠道底部混凝土均无损伤或变形现象。为观测渠道的稳定性，在晋南门和倒塔寺渠道各选择了两个观测点，将渠道内的积水排空后进行观测，结果发现北侧墙（阳坡）顶位移量仅有0.5-1.5mm，南侧墙（阴坡）顶位移量为2.5-4.5mm。大地解冻后渠道墙体基本能复位。从灌区内的整个矿渣砖渠道防渗情况看，渠道侧墙稳定性较好，均无变形、坍塌现象。渠道外侧土体冻胀率（总冻胀量与最大冻结深度比值）一般不超过1%（属非冻胀性土体）。冻土解冻后，侧墙基本可复位。3.3稳定分析5防渗渠道的使用寿命主要取决于渠道结构的稳定性。在渠基坚实的情况下，渠道侧墙的稳定性则是渠道稳定的关键，矿渣砖渠道由于侧墙厚（一般厚度均在24cm以上）独立性强，对墙后土体没有依赖性，没有依靠性，墙后土体的湿陷变形对墙体无影响，因此，与U型及梯形混凝土渠道相比，矿渣砖渠道稳定性较好。由于矿渣砖渠道墙体较厚，对墙后的土体保温性较好，因而冬季土体产生的冻胀压力也较小，与薄壁混凝土防渗形式的渠道相比，矿渣砖渠道的侧墙不仅抗冻性强，而且刚性大，抗倾覆力也强，不易遭外荷载破坏。这就是矿渣砖防渗渠道稳定性能好的重要原因。3.4实用性矿渣砖防渗渠道与砌石、混凝土及其他防渗渠道相比具有施工简便、造价低廉、整齐美观的特点。矿渣砖衬砌渠道时，不需要机械设备及模板、支撑架等，砌砖技术易于掌握。矿渣砖吸水率极小，因此，不须洇砖工序，施工速度较快，一般断面不超过70cm×70cm的渠道施工速度为每月1km。矿渣砖出厂价为每块0.085元，运至工地（运距20km以内），每块为0.11-0.12元与粘土砖价格相当。断面60cm×60cm的渠道综合造价为60元/m左右。比同型号砌石渠道低5%，比混凝土渠道低10%。6用矿渣砖修建渠系建筑物时，从砌筑到抹面可一次完成，不须模具，施工便捷。矿渣砖与水泥化学成分基本相同（主要成分均为：水化硅酸铝、水化硅酸钙），所以结合紧密，不会出现脱皮、剥落现象。