新型U 形結(jié)構(gòu)在渠系防滲建筑物中的研究與應(yīng)用

武永娜，孫景路，張守杰，張 濱

(1.黑龍江省牡丹江水文局，黑龍江 牡丹江157000;2.黑龍江省水利科學(xué)研究院，哈爾濱150080)

在渠系建筑物中，U 形槽得到了較為廣泛的應(yīng)用，但是傳統(tǒng)的U 形槽結(jié)構(gòu)存在尺寸小，生產(chǎn)、安裝工藝不夠合理，滲流損失大等問題。新型的U 形槽結(jié)構(gòu)解決了以上的問題，并得到推廣應(yīng)用。

1 渠系防滲結(jié)構(gòu)研究應(yīng)用進(jìn)展

1.1 渠系建筑物產(chǎn)品開發(fā)研究應(yīng)用進(jìn)展

U 型槽結(jié)構(gòu)形式在水利工程中廣泛的被采用，尤其是中小型閘、壩、涵洞、渡槽、跌 水等，進(jìn)出口連接段多采用這種結(jié)構(gòu)形式［1］。U 型混凝土槽過水?dāng)嗝娼咏ψ罴褦嗝妫l件好，過流能力大，具有防滲效果好、抗凍脹、渠道占地面積小等優(yōu)點(diǎn)［2］。目前，常用的U 型槽長(zhǎng)度在0.5 ～1.0 m，預(yù)制件分為整體式和組裝式，整體式規(guī)格多用UD30，UD40，UD50，UD60［3－4］。成都雙流縣從1990 年起開始全縣在農(nóng)、毛渠整治上推廣使用混凝土預(yù)制U 型槽，規(guī)格從U30 至U 100，以U50 和U60 最為普遍［5］。新疆地區(qū)常用的整體式規(guī)格有D60、D80、D100、D120、D140 等5 種［6－7］。

1.2 渠系建筑物接縫處理研究應(yīng)用進(jìn)展

目前U 型渠項(xiàng)目中，大部分是采用預(yù)制U 型槽的U 型渠，該類型渠完工后不久就會(huì)出現(xiàn)裂縫和沉降，甚至因施工過程中進(jìn)水口與出水口設(shè)置不合理導(dǎo)致破壞的現(xiàn)象［8］。槽底高程符合比降高程的要求后，從渠首至渠尾逐塊進(jìn)行安裝，預(yù)留3 ～4 cm 伸縮縫，用瀝青或?yàn)r青砂漿填充。U 型槽接頭縫口是整條渠道的薄弱部位，渠槽在運(yùn)行中出現(xiàn)滲漏或位移現(xiàn)象均發(fā)生在接縫上［9－10］。U 型槽混凝土強(qiáng)度一般為C15 ～C20，強(qiáng)度偏低，尤其在寒區(qū)，強(qiáng)度其抗凍要求較高，現(xiàn)有的U 型槽相關(guān)指標(biāo)很難到達(dá)使用要求。

1.3 渠系建筑物生產(chǎn)工藝研究進(jìn)展

通過預(yù)制U 型槽的建設(shè)及應(yīng)用，輸水渠道自身的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益能夠得到最大限度的發(fā)揮［11］?；炷罸 形槽預(yù)制件是90 年代開發(fā)出來的一種供農(nóng)業(yè)輸水溝道建設(shè)需要的特殊產(chǎn)品［12］。目前研制成功的混凝土U 型渠槽預(yù)制機(jī)，有手動(dòng)式(QY－l 型)和電動(dòng)式(QY－2 型)兩種。電動(dòng)式混凝土U 型槽預(yù)制機(jī)械可分為3 大部分:彎曲成型機(jī)、U型槽定型機(jī)及其配套機(jī)械、工具等［13－14］。

2 渠系建筑物新型結(jié)構(gòu)體系研究與應(yīng)用

2.1 新型U 形槽的結(jié)構(gòu)尺寸

傳統(tǒng)的U 形槽的結(jié)構(gòu)尺寸較小，U 型槽長(zhǎng)度約0.5 ～1.0 m。新型U 形槽的長(zhǎng)度為2 m，并且型號(hào)較多，可以適應(yīng)不同的環(huán)境條件，具體技術(shù)參數(shù)見表1，結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

表1 新型U 槽技術(shù)參數(shù)

圖1 新型U 形槽的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖

2.2 新型U 形槽的力學(xué)性能

鍍銅鋼纖維為高性能增強(qiáng)纖維，由超高強(qiáng)度的冷拔鋼絲經(jīng)鍍銅工藝加工而成。鍍銅微絲鋼纖維長(zhǎng)度12 ～14 mm，直徑0.18 ～0.23 mm，具有超高的抗高強(qiáng)、抗拉、抗磨、抗裂、抗彎、抗拆、抗沖擊等性能，廣泛用于高速鐵路，地鐵等軌道交通中。由于摻加鍍銅鋼纖維，所以混凝土和鋼纖維具有較大的握裹力，抗壓強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到C50，抗凍標(biāo)號(hào)達(dá)到F300，產(chǎn)品出廠前抗壓強(qiáng)度測(cè)試及抗凍測(cè)試見圖2 和圖3。

2.3 新型U 形槽結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性能

遇水膨脹橡膠是一種獨(dú)特的橡膠新產(chǎn)品。該種橡膠在遇水后產(chǎn)生2 ～3 倍的膨脹變形，產(chǎn)生巨大的接觸壓力，徹底防止?jié)B漏。通常遇水膨脹橡膠在封閉條件下使用，遇水后膨脹率并不能達(dá)到其靜水最大膨脹率，因此就產(chǎn)生了膨脹橡膠與約束體間的接觸壓力。本試驗(yàn)采用的是YMZS－JT 膨脹橡膠，該產(chǎn)品性能指標(biāo)及測(cè)試結(jié)果見表2。接縫結(jié)構(gòu)布置及遇水前后的對(duì)比見圖4。

圖2 矩型槽力學(xué)性能測(cè)試

圖3 矩型槽抗凍脹試驗(yàn)

表2 YMZS—JT 產(chǎn)品性能指標(biāo)

由于混凝土本身新型U 形槽結(jié)構(gòu)接縫的防滲采用的遇水膨脹橡膠，經(jīng)過閉水試驗(yàn)效果較好，基本無(wú)滲漏現(xiàn)象。分水口、遇水膨脹止水膠條及矩型槽閉水測(cè)試見圖5 和圖6。

2.4 新型U 形槽流量與水力坡度和灌溉面積的關(guān)系

基于明渠水流流量與水力坡度的數(shù)學(xué)模型，建立不同型號(hào)的U 形槽流量與水力坡度，及和灌溉面積和水力坡度之間的數(shù)學(xué)模型，選擇U 形槽型號(hào)時(shí)可參照?qǐng)D7 和圖8 選取。

圖5 止水膠條

圖6 矩型槽閉水測(cè)試

圖7 水力坡度和流量函數(shù)關(guān)系

圖8 水力坡度和流域面積函數(shù)關(guān)系

2.5 新型結(jié)構(gòu)體系的生產(chǎn)工藝

新型U(矩)型水槽生產(chǎn)線分為五大系統(tǒng):配料攪拌系統(tǒng)、布料振動(dòng)系統(tǒng)、養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)、脫?；啬Ｏ到y(tǒng)、電控系統(tǒng)，生產(chǎn)工藝流程圖見圖9，按照以上5 大系統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)品組裝見圖10。

圖9 生產(chǎn)工藝流程圖

圖10 產(chǎn)品組裝圖

3 結(jié) 論

渠系建筑物防滲結(jié)構(gòu)采用傳統(tǒng)U 型槽型式的應(yīng)用較多，該種渠槽能夠較好的改善過流條件，減少滲漏。但是傳統(tǒng)U 型槽存在結(jié)構(gòu)尺寸較小，抗壓強(qiáng)度較低，生產(chǎn)工藝不夠完善等不足之處。

新型U(矩)型槽結(jié)構(gòu)尺寸較大，長(zhǎng)度2 000 mm，是傳統(tǒng)渠道防滲結(jié)構(gòu)U 形、梯形槽長(zhǎng)度500 mm的4倍;強(qiáng)度等級(jí)C50，抗壓強(qiáng)度高;產(chǎn)品連接處采用遇水膨脹止水橡膠密封，最大限度實(shí)現(xiàn)渠道防滲;生產(chǎn)工藝完善。新型U(矩)型取水口、止水條等配套齊全，組件配套安裝方便、簡(jiǎn)單，施工速度更加方便快捷。

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