混凝土U型渠道在舊灌區(qū)改造中的運(yùn)用

□付根希（寧縣水務(wù)局）

混凝土U型渠道在舊灌區(qū)改造中的運(yùn)用

□付根希（寧縣水務(wù)局）

混凝土U形渠道是防止水量滲漏損失，擴(kuò)大水利工程經(jīng)濟(jì)效益的一種新型渠道。根據(jù)近年來(lái)混凝土U型渠在舊灌區(qū)田間配套改造中運(yùn)用的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)已建U形渠田間配套工程的調(diào)查，較系統(tǒng)地總結(jié)了寧縣范圍內(nèi)各灌區(qū)對(duì)混凝土U型渠道的運(yùn)用，提出了適應(yīng)于該區(qū)的混凝土U型渠道的設(shè)計(jì)與施工方法。

混凝土U型渠；田間配套；運(yùn)用

1.概況

寧縣地處隴東黃土高原南部，是一個(gè)山、川、塬交錯(cuò)的殘塬溝壑區(qū)。屬暖溫帶干旱半干旱氣候，光照充足，降水量少，蒸發(fā)量大，干旱威脅較嚴(yán)重。多年平均氣溫9.0℃，多年平均日照時(shí)數(shù)2423.2h，多年平均無(wú)霜期176d，年平均降雨量567.4mm，且分布不均，大部分降雨集中在七、八、九3個(gè)月內(nèi)。年平均蒸發(fā)量1394.3mm，干旱指數(shù)為2.46。

寧縣目前共建成農(nóng)田水利工程544處，其中?。?）型水庫(kù)1座，中型自流灌區(qū)2個(gè)，小型自流灌區(qū)16個(gè)，小型灌溉泵站85座，灌溉機(jī)井440眼，發(fā)展有效灌溉面積1.02萬(wàn)hm2，保灌0.76萬(wàn)hm2。由于灌區(qū)采用較落后的灌溉方式，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，加之降水量逐年減少，水資源供需矛盾日益突出，灌區(qū)面積逐年遞減。為了提高水的利用率，緩解水資源供需矛盾，充分發(fā)揮灌區(qū)效益。

2.工程建設(shè)的特點(diǎn)及意義

2.1 渠道整體性強(qiáng)、防滲效果顯著

混凝土U型渠道運(yùn)用后，渠系水利用系數(shù)由配套前的0.4～0.6可提高到0.8左右，每畝年可節(jié)水40～60m3。

2.2 水力條件好，流速快，輸水輸沙能力強(qiáng)

混凝土U型渠道下部為半圓曲線(xiàn)，符合水流的自然特征，近似最佳水力斷面。U型渠道水流速度的加快，不僅提高了渠道輸水能力，利于縮短灌溉周期，而且提高了水流挾沙能力，有利于引用高含沙水灌溉，擴(kuò)大增產(chǎn)效益。以2007年維修改造的寧縣長(zhǎng)慶橋灌區(qū)為例，引用蒲河河道含泥沙水灌溉，梯型斷面干渠每年可淤積0.1～0.2m，而U型支、斗渠無(wú)淤積現(xiàn)象，從而減少了清淤工作，年畝可省工1～1.5個(gè)工日。

2.3 抗外力性能好，能減少或避免地基凍脹破壞

U型渠道下部為半圓土槽，處于穩(wěn)定狀態(tài)，上部直線(xiàn)段土壤側(cè)壓力也較小。混凝土砌體下部為反拱結(jié)構(gòu)，整體性好，在地基土壤凍脹作用下，能適應(yīng)整體上抬，能充分利用混凝土良好的抗壓性能。在2008年和2009年，據(jù)對(duì)寧縣湘樂(lè)川灌區(qū)兩次冬季運(yùn)行的U型渠調(diào)查，未發(fā)現(xiàn)任何凍脹裂縫現(xiàn)象。

2.4 省工省料

U型渠道濕周短，襯砌材料用量相對(duì)減少，用工也較梯型襯砌少。以寧縣新莊鎮(zhèn)雨落坪大咀頭提灌站田間配套為例，每公里可節(jié)約混凝土5.0m3，減少用工30個(gè)。此外，由于U型渠道具有良好的抗沖性能，可用于地面坡度較大的渠段，減少跌水、陡坡等銜接建筑物，同時(shí)由于渠口窄，橋梁等跨越建筑物跨度可以減少，一般可節(jié)省建筑物材料、投資的20%～30%。

2.5 便于管理

據(jù)觀(guān)測(cè)，U型渠道在冬季行水好，兩邊不掛冰，浮冰能從倒虹吸等建筑物中順利通過(guò)，不出現(xiàn)壅塞情況，從而減少了打冰、護(hù)渠勞力。同時(shí)減少整修堤岸、補(bǔ)修裂縫等維修工作量。

3.工程設(shè)計(jì)

3.1 渠道斷面設(shè)計(jì)

U型渠槽水力條件和節(jié)省占地兩者兼優(yōu)的一般條件是H/B=0.7～0.75。但對(duì)于小型渠道，特別是流量很小的渠道，其深寬比可增大為H/B=1.0。近年來(lái)在舊灌區(qū)改造中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般在田間配套中渠道底弧半徑R=10～60cm，襯砌厚度5～6cm。

3.2 預(yù)防地基凍脹的技術(shù)措施

一是減小斷面的深寬比，采用寬淺斷面，同時(shí)適當(dāng)增大圓弧部分的剛度。

二是采用有利于拱底整體上抬的措施，使凍脹力降低。措施是在砌體靠土基一側(cè)鋪設(shè)塑料薄膜，其作用是不僅可以減小槽體上抬阻力，使各向凍脹力減小，而且也能減小滲漏。以2006年維修改造的寧縣湘樂(lè)川灌區(qū)田間配套工程為例，在長(zhǎng)為200m的高填方渠道上鋪設(shè)聚乙烯薄膜后，效果很好。

三是基土換填，一般挖取易凍土壤深度的1/2～2/3，換填不易凍脹土壤，以改善基礎(chǔ)條件，填土可以為砂礫石或灰土。

四是放緩直線(xiàn)段邊坡，使直線(xiàn)的外傾角增大到25°。

3.3 混凝土設(shè)計(jì)

U型渠道所用的混凝土應(yīng)符合水工混凝土的要求，必須具有不透水性、耐凍性和足夠的強(qiáng)度?；炷恋膹?qiáng)度標(biāo)號(hào)一般為C15混凝土，U型渠襯砌的厚度不大，又處于干濕交替，凍融變換和溫度波動(dòng)很大的工作條件下，因而混凝土不僅需要有足夠的強(qiáng)度，還應(yīng)具有一定的耐久性，特別是U型渠襯砌邊坡陡，施工時(shí)要求拌制的混凝土具有較小的塌落度，不致使拌和物從坡上塌下來(lái)，同時(shí)還要求具有較好的和易性，以便于震搗、抹平；要有較小的析水性，以獲得高質(zhì)量的混凝土和良好的表面。當(dāng)施工條件確受限制，混凝土表面又難以達(dá)到要求時(shí)，為獲得光滑的表面和降低滲漏，可在混凝土終凝前，在其表面抹1cm厚，標(biāo)號(hào)為M7.5的水泥砂漿。有時(shí),在混凝土中摻用加氣劑和粉煤灰,可以提高混凝土的潤(rùn)滑、抗?jié)B、和易性，并且摻粉煤灰還可達(dá)到節(jié)省水泥的目的。

3.4 伸縮縫設(shè)計(jì)

U型渠道不設(shè)縱向伸縮縫，只設(shè)橫向縫，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，小型渠道平均每4m設(shè)伸縮縫一道。伸縮縫的寬度應(yīng)便于造型和填料的注塞，通常采用的縫形有矩形縫和梯形縫，矩形縫適于施工過(guò)程中夾入預(yù)制的填料，縫寬以2cm為宜，梯形縫適于現(xiàn)場(chǎng)灌填料，縫寬上口以2.5cm,下口以1.5cm為宜。伸縮縫填料應(yīng)具有良好的熱穩(wěn)定性和與混凝土的粘結(jié)性、低溫下的拉伸性。小型U型渠道上一般用瀝青水泥砂漿預(yù)制板條或三氈四油，施工時(shí)應(yīng)事先在縫內(nèi)混凝土上涂刷底子油。

3.5 斷面細(xì)部設(shè)計(jì)

襯砌體頂部與土基結(jié)合面的處理方法：澆筑混凝土?xí)r，使兩翼伸出2～3倍的襯砌厚度；用灰土或素土夯實(shí)，或用草泥封閉兩翼混凝土。

4.混凝土襯砌施工

U型渠道襯砌由于厚度小，強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性要求高，因此對(duì)混凝土原材料的要求相應(yīng)較高。水泥應(yīng)采用425#硅酸鹽水泥為宜，嚴(yán)禁使用保存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、結(jié)塊或標(biāo)號(hào)降低的水泥。砂石料應(yīng)質(zhì)地堅(jiān)硬、清潔、不含泥團(tuán)、雜草、樹(shù)根等；石子含泥量≤2%，砂子含泥量≤5%，砂石料粒徑級(jí)配均應(yīng)符合水工混凝土的要求，石子的最大粒徑為襯砌厚度的1/2，超徑數(shù)量≤5%；拌和混凝土的水應(yīng)是潔凈水，工業(yè)污水和生活污水均不能用作拌和或養(yǎng)護(hù)混凝土；混凝土的配合比為水灰比，一般按經(jīng)驗(yàn)值取。

4.1 施工方法

混凝土U型渠道施工通常采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑和預(yù)制安裝兩種形式。預(yù)制施工時(shí)，預(yù)制件質(zhì)量容易控制，但預(yù)制件造價(jià)高，運(yùn)輸時(shí)破損嚴(yán)重，預(yù)制安砌工序較多，線(xiàn)型差，一般與土基結(jié)合不好，接縫多且處理困難，增大滲漏，通常出現(xiàn)土基失穩(wěn)，引起砌體變形，甚至出現(xiàn)砌體懸空，整體坍塌現(xiàn)象。因此寧縣除湘樂(lè)川灌區(qū)在20世紀(jì)70年代有部分預(yù)制件襯砌的渠段外，近年來(lái)均用現(xiàn)場(chǎng)澆筑的施工方法。

4.2 制模、支模、澆筑及拆模

模型可用木材或鋼材制作，由于鋼制模型堅(jiān)固耐用，周轉(zhuǎn)次數(shù)多，有利于混凝土的質(zhì)量提高，表面也較光滑，并能節(jié)省木材，所以各灌區(qū)近年來(lái)田間配套工程均采用鋼模型。

立模前應(yīng)先掛好渠中線(xiàn)，在模形兩端橫梁上刻出中點(diǎn)，為防止底部混凝土的澆搗不嚴(yán)實(shí)，可先在底部鋪一層混凝土，用木模拉成弧形，形狀與內(nèi)模斷面完全相同，并壓光，然后就位模型，使中線(xiàn)與模型橫梁上的中點(diǎn)完全吻合，并且高低一致，再用水平尺放在橫梁上校正整個(gè)模型垂直度，當(dāng)水平氣泡居中時(shí)則認(rèn)為模型安裝正確，然后四角臨時(shí)固定，便可以開(kāi)始澆搗混凝土。

澆筑一般采用隔塊跳倉(cāng)澆筑法，立好模型后，從兩邊同時(shí)入倉(cāng)澆搗，每次入倉(cāng)的混凝土的高度不超過(guò)10cm，如果機(jī)械振搗可達(dá)15cm，邊入倉(cāng)邊搗實(shí)，直到頂部。澆筑混凝土?xí)r將夾板條貼緊已澆好的混凝土一邊，混凝土澆筑完后再細(xì)心取出，即成伸縮縫。

拆模時(shí)間與氣溫有關(guān)，應(yīng)在混凝土初凝后拆模。混凝土表面平整光滑與否，直接影響糙率、防滲性和抗凍性，因而拆模后，須認(rèn)真將混凝土表面收光抹平，必要時(shí)可用砂漿壓實(shí)抹光。

4.3 混凝土的養(yǎng)護(hù)

U型渠道由于構(gòu)件薄，面積大，水分更易于蒸發(fā)，另外渠道長(zhǎng)，給養(yǎng)護(hù)帶來(lái)不便，特別是大面積施工，更應(yīng)重視養(yǎng)護(hù)工序，以保證混凝土的質(zhì)量和強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)通常是用灑水，覆蓋濕砂、濕簾等，以保證混凝土的表面經(jīng)常濕潤(rùn)。養(yǎng)護(hù)時(shí)間：硅酸鹽水泥≥14 d，其它摻和料的水泥≥21d。

4.4 伸縮縫施工

伸縮縫施工時(shí)，用小鉤、扒釘剔出縫內(nèi)土、石等雜物，用竹刷或鋼絲刷刷凈縫壁、縫底，再用吹風(fēng)器吹凈縫內(nèi)塵末，然后用破布擦凈縫壁、縫底，伸縫縫清理干凈后，先在縫內(nèi)刷冷底子油一道，將按瀝青：水泥：砂=1：1：4制成的瀝青砂漿沿縫倒入，隨即用小木板壓填實(shí)，抹光表面，使與面邊相平齊。用預(yù)制瀝青水泥砂漿板條或三氈四油作伸縮縫填料時(shí)，則在混凝土的分塊澆筑時(shí)，提前夾入。

4.5 渠道斷面整修

渠道施工的最后一道工序是整修渠道斷面，完成襯砌頂與土基結(jié)合面防水處理；清除渠內(nèi)的堆土、雜物；按設(shè)計(jì)的堤頂高度、寬度和邊坡整修，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5.結(jié)論

舊灌區(qū)改造中推廣混凝土U型渠灌溉是一項(xiàng)費(fèi)省效宏的新技術(shù)，是節(jié)水增產(chǎn)的一項(xiàng)重要措施，它的大力推廣和發(fā)展必將給水資源日益潰乏的寧縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因而規(guī)范其設(shè)計(jì)和施工具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，應(yīng)在灌區(qū)改造中大力推廣運(yùn)用。

2012-09-25