農(nóng)田建設(shè)中混凝土U型防滲渠技術(shù)的推廣

楊仕松

（新晃縣水務(wù)局 懷化市 419200）

混凝土U型防滲渠是采用混凝土圬工材料制成的素混凝土或鋼筋混凝土渠道，由于U型防滲渠現(xiàn)澆施工難度大，目前多采用預(yù)制裝配式，通常U型渠節(jié)長(zhǎng)（50～100）cm，橫斷面尺寸口寬（30～100）cm，槽深（25～100）cm，壁厚（3～5）cm，灌溉面積（50～1 800）畝。 目前也有大尺寸的預(yù)制混凝土U型防滲渠,但運(yùn)輸安裝時(shí)需要吊裝機(jī)械,成本費(fèi)用較高,相對(duì)于其他形式的防滲渠道（如預(yù)制平板裝配式、漿切塊式和現(xiàn)澆式等）不經(jīng)濟(jì),在農(nóng)田整治中很少使用。

1 混凝土U型防滲渠工程技術(shù)的主要特點(diǎn)

U型橫斷面從水力學(xué)角度而言是最接近最優(yōu)輸水?dāng)嗝?混凝土U型防滲渠具有節(jié)約用水、少占耕地、節(jié)省工時(shí)費(fèi)用等特點(diǎn)。

節(jié)約用水：一般未經(jīng)過(guò)防滲處理的普通土體農(nóng)渠,經(jīng)驗(yàn)估計(jì)其渠道輸水利用系數(shù)為0.8左右，而采用混凝土U型防滲渠技術(shù)，因混凝土材料具有較好的防滲性能，輸水利用系數(shù)可提高到0.99，據(jù)此推算，每灌溉10 000 m3的水即可節(jié)約用水2 400 m3。

少占耕地：一般1 m寬的普通土體農(nóng)渠采用開(kāi)口60 cm寬的混凝土U型防滲渠即可滿足要求,即每1 km長(zhǎng)的農(nóng)渠可節(jié)約土地0.6畝,據(jù)此推算每萬(wàn)畝農(nóng)田可節(jié)約耕地200畝左右。節(jié)省工時(shí)費(fèi)用:從灌溉、管理、疏浚維護(hù)等方面分析,混凝土U型防滲渠可節(jié)省大量工時(shí)和費(fèi)用；此外,混凝土U型防滲渠還具有水土保持、環(huán)保和整潔美觀等作用。

2 混凝土U型防滲渠規(guī)劃設(shè)計(jì)

混凝土U型防滲渠的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，首先要根據(jù)農(nóng)田地形圖，圈出所要規(guī)劃的范圍，計(jì)算面積；其次依照一定的灌排原則，初步在地形圖上進(jìn)行規(guī)劃，構(gòu)思大體的框架和初步的配套建筑物；最后到實(shí)地進(jìn)行調(diào)查研究，修正原初步規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，確定所建防滲渠的平面布置等總體框架和相關(guān)配套建筑物。

混凝土U型防滲渠設(shè)計(jì)的重點(diǎn)應(yīng)考慮需灌溉的農(nóng)田面積、灌溉用水量及U型槽的過(guò)水能力，根據(jù)過(guò)水能力和過(guò)水流量，確定U型槽的橫斷面尺寸以及渠底的坡降系數(shù)。

3 混凝土U型防滲渠技術(shù)推廣實(shí)例

3.1 工程概況

某工程是一項(xiàng)電力提灌工程，設(shè)計(jì)提水流量46.5 m3/s，總揚(yáng)程171.9 m，總規(guī)模九級(jí)21站，設(shè)計(jì)灌溉面積10.77萬(wàn)hm2（161.6萬(wàn)畝），一期工程1～5級(jí)站及灌區(qū)于2008年已驗(yàn)收并正式交付使用，二期工程6～9級(jí)站，設(shè)計(jì)流量12.84 m3/s，總裝機(jī)15 633 kW，設(shè)計(jì)灌溉面積 3.17萬(wàn) hm2（47.5萬(wàn)畝），總干渠 1條長(zhǎng) 22.6 km，分干兩條，長(zhǎng)24.96 km，支渠及分支39條，長(zhǎng)208.87 km，目前8級(jí)以下的干支渠已全部完工，累計(jì)完成渠長(zhǎng)66.12 km。

3.2 混凝土U型斷面渠道推廣中所體現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)

對(duì)于高揚(yáng)程提水泵站，要提高經(jīng)濟(jì)效益，支渠以下的配水渠道防滲節(jié)水工程尤為重要，設(shè)計(jì)中對(duì)本灌區(qū)支渠采用梯型斷面混凝土現(xiàn)澆（或預(yù)制）防滲和U型斷面混凝土現(xiàn)澆進(jìn)行比較，U型渠明顯優(yōu)于梯型，具體優(yōu)點(diǎn)比較如下:

（1）U型渠水力條件好。

以六干一支水力計(jì)算為例。

Q=0.3 m3/s，i=1/3 000，n梯=0.017，nU=0.015。 U 型過(guò)水?dāng)嗝鍭=0.56 m2。

梯型過(guò)水?dāng)嗝鍭=0.63 m2。說(shuō)明相同過(guò)水?dāng)嗝媲闆r下，U型斷面過(guò)流大。

（2）攜沙能力強(qiáng)。

U型渠為窄深式,過(guò)水?dāng)嗝嫘?流速大,攜沙能力強(qiáng)。以六干一支為例：V梯=0.47 m/s，VU=0.54 m/s，ρ梯=32 kg/m3，ρU=61.3 kg/m3。經(jīng)另外一站渠道測(cè)試,原梯型渠經(jīng)常存有泥沙，而改為U型渠后幾乎不存泥沙。

（3）抗凍脹力強(qiáng)整體性好。

由于U型渠道底部呈反拱形，且一次成形，整體性好，凍脹變形量小，局部基礎(chǔ)濕陷對(duì)U型渠影響不大，經(jīng)尊村一、二期工程在濕陷性黃土區(qū)與填方渠上施工運(yùn)行至今4年多時(shí)間看，渠道無(wú)任何變形。

（4）生產(chǎn)效益高。

U型渠采用機(jī)械施工，襯砌渠道質(zhì)量好，工效高。據(jù)一期灌區(qū)實(shí)踐，比梯型渠工效高15%～25%。并且U型防滲渠道節(jié)省了渠道歷年來(lái)除障清淤等繁重的維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

（5）節(jié)省水資源。

混凝土U型防滲渠現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)表明:在未考慮配套建筑物輸配水損失情況下，渠水利用系數(shù)達(dá)0.935～0.996。與土渠相比，灌區(qū)渠系水利用系數(shù)已從0.55提高到0.985。通過(guò)推廣，實(shí)測(cè)灌溉定額為11 325 m2/hm2。依此計(jì)算，平均節(jié)水為4 926 m3/hm2。

3.3 防滲及施工設(shè)計(jì)

3.3.1 防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述比較及各支渠的流量大小，整個(gè)灌區(qū)的支渠以下渠全部采用U型渠道，由機(jī)修廠生產(chǎn)的專用機(jī)械現(xiàn)澆150#混凝土防滲，按輸水流量的不同采用不同規(guī)格的U型斷面,其防滲斷面幾何尺寸見(jiàn)附表。

附表 U型渠斷面要素表

為適應(yīng)溫度變化，渠道每隔4 m留伸縮縫一條，并在渠道拐彎處或連接建筑物兩端各預(yù)留伸縮縫一條，伸縮縫為寬深各2 cm的凹槽，用1∶1∶4瀝青水泥砂漿填塞。填縫要密實(shí)，確保質(zhì)量。

3.3.2 施工設(shè)計(jì)

（1）土模成形。

土模成形是U型渠道工程的基礎(chǔ)，質(zhì)量好壞對(duì)U型渠道防滲效果至關(guān)重要，一定要把好土模質(zhì)量關(guān)。

對(duì)于挖方渠道，渠槽開(kāi)挖時(shí)預(yù)留0.15 m的開(kāi)挖厚度，待澆筑時(shí)再削至設(shè)計(jì)斷面。對(duì)于填方渠道，過(guò)去是將2 m長(zhǎng)鋼模做土模的內(nèi)模，然后在外面進(jìn)行人工填土夯實(shí)，這樣U型半徑與切線切點(diǎn)的下部是最薄弱地點(diǎn)，往往達(dá)不到設(shè)計(jì)密實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，影響混凝土防滲效果，在灌區(qū)設(shè)計(jì)中對(duì)于填方渠道先進(jìn)行清基后，基礎(chǔ)夯實(shí)，再分層鋪土，每層厚20 cm，鋪土要求均勻，表面平整，無(wú)大土塊，含水量一般在15%左右，機(jī)械碾壓或人工夯打遍數(shù)不少于8遍，直到符合要求。

填土寬度根據(jù)U型渠道的斷面大小定，一般每邊超過(guò)渠口寬（50～60）cm，達(dá)到設(shè)計(jì)高程后再進(jìn)行開(kāi)挖，并預(yù)留0.15 m的超填厚度，待現(xiàn)場(chǎng)澆筑時(shí)再削到設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行襯砌。

（2）混凝土配比及規(guī)格要求。

水泥標(biāo)號(hào)不得低于325#，石子最大顆粒為襯砌厚度的一半，但也不能太小，小石子雖然便于施工，但它會(huì)使混凝土強(qiáng)度降低，一般應(yīng)控制在（1～2）cm之間為宜，砂子必須過(guò)篩，不能有土塊出現(xiàn)。

合理配比，充分?jǐn)嚢?，防止因砂子多、砂漿少、或水多造成的麻面，因砂少造成的峰窩，因攪拌不勻造成的缺料，所以要求按體積進(jìn)行配料，固定料斗，攪拌次數(shù)不少于兩遍。

（3）養(yǎng)護(hù)要求。

由于U型渠澆筑在野外作業(yè)，戰(zhàn)線長(zhǎng)，灑水養(yǎng)護(hù)條件差，但養(yǎng)護(hù)的好壞直接影響混凝土的質(zhì)量，根據(jù)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，要求在初凝后用塑料布覆蓋，可以保證混凝土的強(qiáng)度。

3.4 混凝土U型防滲渠施工工藝

3.4.1 混凝土U型槽預(yù)制

混凝土U型槽預(yù)制目前有多種辦法，有采用自制鋼模，用小型振動(dòng)棒插入振搗，但混凝土因需要一定的養(yǎng)護(hù)期，因此需要大量的鋼模，施工不經(jīng)濟(jì)，不適用農(nóng)田整理大批量使用的需要；也有使用振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)預(yù)制和卷板式混凝土U型槽預(yù)制等辦法，但生產(chǎn)出的U型槽質(zhì)量不佳，用的較少。通過(guò)實(shí)踐現(xiàn)在有兩種預(yù)制辦法使用較多，應(yīng)用較廣。

（1）采用混凝土U型槽預(yù)制專用機(jī)械生產(chǎn)的辦法。采用機(jī)械液壓壓實(shí)成型，輔以U型內(nèi)側(cè)表面振動(dòng)，上下U型與槽壁厚同寬鋼模保護(hù)成型，可立即脫機(jī)，經(jīng)過(guò)一周的養(yǎng)護(hù)，便可運(yùn)輸安裝，適合農(nóng)田整理中大批量使用需要，預(yù)制質(zhì)量尚可，關(guān)鍵在預(yù)制時(shí)要注意所用材料質(zhì)量、混凝土配合比、水灰比及壓實(shí)成型的壓力控制。這種預(yù)制辦法，（30～60）cm 口寬的可整塊預(yù)制，（60～100）cm 口寬的一般做成兩半塊預(yù)制，這樣能減少變形，也便于運(yùn)輸安裝。

（2）使用地胎膜預(yù)制的辦法。這種辦法適用于60 cm口寬以上的U型槽且必須做成對(duì)稱的兩半塊預(yù)制,安裝時(shí)對(duì)接成型的。施工方法：首先平整一塊場(chǎng)地，連續(xù)開(kāi)挖平臥的半個(gè)U型坑槽，夯實(shí)并校正好尺寸，鋪上塑料薄膜，然后用一定強(qiáng)度的膠合板或其他板材做成連續(xù)性的側(cè)邊模板和隔板，再澆筑拌制好的混凝土，刮平并收光，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的養(yǎng)護(hù)即可搬運(yùn)安裝。這種方法較經(jīng)濟(jì)適用，預(yù)制的質(zhì)量也較好，預(yù)制時(shí)對(duì)每塊預(yù)制塊連續(xù)編號(hào)，安裝時(shí)按號(hào)碼順序安裝，能達(dá)到非常好的效果。

3.4.2 基面開(kāi)挖

基面開(kāi)挖時(shí)要嚴(yán)格控制斷面、尺寸和高程，基槽表面務(wù)求平整，草根、石塊應(yīng)清除干凈，基礎(chǔ)要用木夯夯實(shí)，并嚴(yán)格保證基面設(shè)計(jì)的坡降。

3.4.3 鋪設(shè)安裝

對(duì)于整塊U型槽和兩個(gè)半塊拼接成的U型槽，安裝時(shí)分別采用不同的辦法。

（1）整塊U型槽的安裝方法。

在開(kāi)挖壓實(shí)好的基槽面上，每50 m要在基槽一側(cè)的側(cè)邊設(shè)高程控制樁，兩高程控制樁之間帶控制線，控制U型渠平面和側(cè)邊?；炷罸型槽放入基槽后，按控制線校正混凝土U型渠一側(cè)的側(cè)面，并用水平尺橫向校正平面，符合要求后兩側(cè)及時(shí)回填土固定?；炷罸型槽在接頭處須留設(shè) （1.0～2.5）cm寬的縫隙，鋪設(shè)后一周左右的時(shí)間，U型槽基本沉降穩(wěn)定，再進(jìn)行校正。校正后用水泥砂漿或細(xì)石混凝土灌縫、壓頂，縫隙一定要灌實(shí)、抹平，壓頂一定要平滑順直。

（2）兩半塊拼接成U型槽的安裝方法。

可用板材裁剪成U型斷面，在開(kāi)挖壓實(shí)好的基槽面上每50 m樹(shù)立一塊，校正好方向和高程，然后兩邊口帶線，安裝時(shí)兩邊的預(yù)制板塊分別沿線帶齊，然后回填土，鋪設(shè)后待一周左右的時(shí)間，U型槽基本沉降穩(wěn)定，再進(jìn)行校正。校正后用水泥砂漿或細(xì)石混凝土灌縫、壓頂，縫隙一定要灌實(shí)、抹平，壓頂一定要平滑順直。若是采用地胎膜預(yù)制辦法預(yù)制的U型槽塊，對(duì)號(hào)連號(hào)安裝，效果更佳。

4 總結(jié)和建議

綜上所述，混凝土U型防滲渠道與梯形、矩形渠道相比，不僅有節(jié)省材料、節(jié)省投資的特點(diǎn)，而且還有節(jié)水省地，并有整體性好，施工速度快，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于噴灌、滴灌等其他節(jié)水技術(shù)，更便于管理且易被群眾接受?；炷罸型防滲渠道不僅適用于河灌區(qū)，而且也適用于井灌區(qū)。是渠道提高輸水能力和農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的有效途徑。而且U120以下斷面，已在各大中型灌區(qū)的支渠以下渠道得到廣泛應(yīng)用,實(shí)踐證明防滲效果是最佳的。建議設(shè)計(jì)單位在今后的設(shè)計(jì)工作中和建設(shè)單位聯(lián)合努力學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù),使大中型U型斷面渠道能在灌區(qū)推廣應(yīng)用。

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