紅星水庫中型灌區(qū)節(jié)水改造中混凝土U型渠道施工工藝及應(yīng)用效益分析

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(陜西省桃曲坡水庫灌溉管理局，陜西 銅川 727031)

紅星水庫中型灌區(qū)節(jié)水改造中混凝土U型渠道施工工藝及應(yīng)用效益分析

楊一波，宋敏

(陜西省桃曲坡水庫灌溉管理局，陜西 銅川 727031)

紅星水庫灌區(qū)地處陜西省關(guān)中北部的富平縣境內(nèi)，是一個(gè)以水庫灌溉為主，兼有引洪灌溉的中型灌區(qū)。經(jīng)過四十多年運(yùn)行，工程老化失修，干支渠及其建筑物破損嚴(yán)重，輸水損失大，險(xiǎn)工險(xiǎn)段多，輸水不暢，渠道襯砌率低，達(dá)不到設(shè)計(jì)引水流量，嚴(yán)重影響著灌區(qū)工程設(shè)施整體效益的正常發(fā)揮。在進(jìn)行節(jié)水配套改造中，對(duì)混凝土U型渠道施工技術(shù)進(jìn)行分析，結(jié)合混凝土U型渠道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),研究了混凝土U型渠道的施工技術(shù)、質(zhì)量控制及投資建設(shè)的效果效益, 證明了混凝土U型渠道是節(jié)水灌溉中一項(xiàng)重要防滲工程,是提高現(xiàn)有水利工程效益,提高渠系水利用系數(shù),節(jié)約用水時(shí)效較快的重要途徑。

混凝土U型渠道；施工技術(shù)；節(jié)水灌區(qū)；應(yīng)用

1 紅星水庫中型灌區(qū)概況

陜西省紅星水庫灌區(qū)地處關(guān)中北部的富平縣境內(nèi)，是一個(gè)以水庫灌溉為主，兼有引洪灌溉的中型灌區(qū)。水庫位于石川河支流趙氏河下游、渭南市富平縣淡村鎮(zhèn)上河村附近。紅星水庫始建于1966年，1969年12月竣工并投入運(yùn)行，水庫總庫容799萬 m3，興利庫容370萬 m3。紅星水庫灌區(qū)東西長15.9 km，南北寬5.9 km，涉及富平縣淡村鎮(zhèn)、呂村鎮(zhèn)、東上官鄉(xiāng)及南社鄉(xiāng)4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)10個(gè)行政村60個(gè)村民小組。灌區(qū)有干渠4條，支渠27條，總長70.97 km，設(shè)施灌溉面積5.0萬畝，有效灌溉面積2.36萬畝。

紅星水庫灌區(qū)水利骨干工程因建設(shè)時(shí)期條件限制，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，施工質(zhì)量差，配套不齊全，經(jīng)過四十多年運(yùn)行，工程老化失修，破爛不堪、干支渠及其建筑物破損嚴(yán)重，輸水損失大，險(xiǎn)工險(xiǎn)段多，輸水不暢，形成“卡脖子”和“瓶頸”工程，渠道襯砌率低，達(dá)不到設(shè)計(jì)引水流量，嚴(yán)重影響著灌區(qū)工程設(shè)施整體效益的正常發(fā)揮，成為制約灌區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。陜西省農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)紅星水庫中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容主要以改造金定、廣惠、紅星一二級(jí)泵站4條干渠和12條支渠為主，并配套實(shí)施部分渠道綠化工程，改善灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件。

2 混凝土U型渠道施工技術(shù)必要性分析

為保持渠道穩(wěn)定性并考慮施工方便、工程量小、投資省、運(yùn)行及管護(hù)方便等因素，經(jīng)方案優(yōu)選比較，干渠和支渠均選用U型渠道，其主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)混凝土U型渠道相對(duì)于梯形和矩形渠道來說，濕周短，水力半徑大，流速快，流速分布均勻，近似最佳水力斷面，能夠改善渠道膨脹變形分布的不均勻性，且渠底是反拱結(jié)構(gòu),可以減少凍傷和裂縫破壞。

(2)混凝土U型渠道占地少、節(jié)省材料。以廣惠干渠為例，設(shè)計(jì)流量為1.0 m3/s，渠道為 “U”型斷面，比降1/1000，現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，襯高1.2 m，弧半徑0.6 m，圓心角148°，混凝土厚10 cm，渠口寬1.6 m，兩邊壓頂混凝土寬各12 cm。在同一設(shè)計(jì)流量下，如果采用梯形渠道，則梯形底寬0.8 m，渠深1 m，邊坡1：1，厚度10 cm，渠口寬達(dá)到2.8 m。經(jīng)計(jì)算，U型渠每米混凝土用料0.35 m3,每米占地1.84 m2，而梯形渠每米混凝土用料0.37 m3,每米占地3.04 m2。經(jīng)比較，建設(shè)每千米混凝土U型渠道比混凝土梯形渠道可節(jié)約混凝土20 m3,可減少渠道占地1 200 m2以上。

(3)U型渠道采用機(jī)械施工，工效高,質(zhì)量好。相對(duì)于梯形和矩形渠，U型渠可采用U型渠道襯砌機(jī)連續(xù)澆筑，例如在紅星農(nóng)發(fā)項(xiàng)目干渠施工中，引進(jìn)了機(jī)械式挖模機(jī)和大型牽引式U型襯砌機(jī)，每天每個(gè)工作面可成型土模200 m，開挖土方300 m3,成型渠道120 m,澆筑混凝土42 m3，施工效率較以往得到了很大提高，降低了施工成本。

3 施工工藝流程

(1)施工流程：施工準(zhǔn)備→清基、垃圾土外運(yùn)→施工測(cè)量→渠槽回填土→挖模放樣→渠槽開挖削?！癠”型襯砌機(jī)成型渠道→人工收面→伸縮縫切割及填筑→養(yǎng)護(hù)→渠堤修整。

(2)渠道混凝土澆筑前應(yīng)做好攪拌站、現(xiàn)場(chǎng)用水用電、運(yùn)輸車輛、施工機(jī)械等準(zhǔn)備工作。清基采用人工配合挖掘機(jī)施工，三輪車外運(yùn)，清基厚度不少于30 cm，清基范圍為新建渠堤下口邊線以內(nèi)所有垃圾、雜草、腐殖土。

(3)精確測(cè)放渠道中線及回填邊線，每10 m布設(shè)一個(gè)高程控制樁，經(jīng)過原始渠道斷面測(cè)量后，給出具體的回填高程，按實(shí)地的高差和規(guī)定回填梯段高度確定回填層數(shù)。

(4)渠槽回填采用分層回填，填筑施工過程中，鋪土均勻、平整，每層虛鋪厚度不大于25 cm。壓實(shí)機(jī)械采用壓路機(jī)或蛙式電夯，壓實(shí)遍數(shù)不少于3遍。

(5)土模開挖采用機(jī)械開挖，根據(jù)不同U型渠道的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸加工不同的削模機(jī)頭模具，然后將模具安裝在履帶式挖掘機(jī)上一次性開挖成型。開挖前渠道土模一側(cè)邊線外60 cm處掛好控制線(控制開挖高程及邊線)。相對(duì)于傳統(tǒng)的人工削模，機(jī)械削模技術(shù)效率高，費(fèi)用小，土模尺寸、質(zhì)量也有較大幅度的提高。土模成型后應(yīng)盡快澆筑，不能及時(shí)澆筑，必須用塑料薄膜覆蓋，防止因風(fēng)吹、日曬水分揮發(fā)過快，造成土模土質(zhì)松散或雨淋損壞土模。

(6)渠道混凝土澆筑使用 “U”型襯砌機(jī)，施工過程中將混凝土拌合料填入襯砌機(jī)料斗，由施工前方卷揚(yáng)機(jī)牽引行駛，行駛速度滿足襯砌機(jī)下料速度和渠道成型且振動(dòng)密實(shí)的要求。襯砌機(jī)行駛過程中隨時(shí)糾正襯砌機(jī)水平度，防止混凝土渠頂產(chǎn)生左右高低不平不對(duì)稱現(xiàn)象。卷揚(yáng)機(jī)的操作人員密切配合襯砌機(jī)指揮人員的動(dòng)作示意，保證混凝土襯砌的順利進(jìn)行。

(7)混凝土澆筑完畢在初凝后，及時(shí)進(jìn)行覆蓋和灑水養(yǎng)護(hù)。渠道混凝土施工由于長度較大，采用薄膜覆蓋或分段儲(chǔ)水的方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)工作安排專人進(jìn)行，持續(xù)時(shí)間不少于14 d。養(yǎng)護(hù)過程中保持混凝土表面始終處于濕潤狀態(tài)。

(8)渠道澆筑后，及時(shí)對(duì)伸縮縫進(jìn)行切割，伸縮縫填筑材料為聚氯乙烯膠泥條，用砂漿進(jìn)行封口抹平，渠堤整修采用人工整平，渠堤回填高度不少于30 cm，整修時(shí)隔段懸掛線繩，控制口線和高程，做到線直面光。

4 施工工序及難點(diǎn)分析

(1)施工原材料控制.進(jìn)入施工場(chǎng)地的水泥應(yīng)有質(zhì)量合格證明，并經(jīng)過安定性檢驗(yàn)后方可使用，水泥不允許露天堆放，水泥貯存時(shí)間超過三個(gè)月，應(yīng)視實(shí)際情況降低標(biāo)號(hào)使用。沙子要求質(zhì)地堅(jiān)硬、清潔，級(jí)配良好，含泥量不超過3%，混凝土配料宜選用中、粗砂。石子選用質(zhì)地堅(jiān)硬、有棱角、表面粗糙的塊狀碎石，石子粒徑應(yīng)符合級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)，清潔干凈，石子最大粒徑不得超過斷面厚度最小尺寸的1/4。水凡適合飲用的自來水和天然水均可使用。施工過程中，對(duì)原材料按照原材料檢測(cè)計(jì)劃分期分批取樣檢驗(yàn)。使用材料的配合比，應(yīng)隨時(shí)抽檢復(fù)查，施工的各道程序應(yīng)嚴(yán)格檢查驗(yàn)收，施工中的各種材料的稱量偏差值為水泥±2%，中沙±3%，碎石±3%。

(2)回填土過程中嚴(yán)控回填厚度，盡量增大每次回填段長度，按跌水等建筑物的區(qū)間段劃分回填渠段，減少搭接。搭接段的長度均大于0.5 m，層間搭接錯(cuò)開。土方壓實(shí)后經(jīng)環(huán)刀取樣檢驗(yàn)，壓實(shí)系數(shù)要達(dá)到0.93以上。

(3)混凝土拌合。拌制混凝土應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配合比配料，每盤凈拌時(shí)間不低于3 min，水灰比控制在0.60～0.65之內(nèi)?；炷翍?yīng)隨拌隨用。如發(fā)生離析、嚴(yán)重泌水、漏漿、塌落度降低等問題時(shí)，應(yīng)重新拌合，若超過混凝土初凝時(shí)間，應(yīng)按廢料處理?；炷聊Y(jié)時(shí)間不得超過有關(guān)規(guī)范規(guī)定。

(4)混凝土澆筑。澆筑混凝土間歇時(shí)間超過混凝土初凝時(shí)間應(yīng)按施工縫處理。施工縫的混凝土表面鑿毛，在繼續(xù)澆筑之前用水沖洗干凈，濕潤后在表面鋪上10～15 mm的水泥砂漿1層，其標(biāo)號(hào)及水泥品種與被處理的混凝土相同。對(duì)施工中局部出現(xiàn)的蜂窩、麻面、等缺陷應(yīng)及時(shí)用水泥砂漿由人工壓板進(jìn)行修補(bǔ)、復(fù)原。出現(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量缺陷應(yīng)該拆除后重修，以保證工程質(zhì)量。

5 應(yīng)用效果與效益分析

(1)混凝土U型渠道在項(xiàng)目區(qū)實(shí)施后,明顯改善了灌區(qū)輸水條件和灌溉現(xiàn)狀，充分發(fā)揮已成工程設(shè)施的綜合效益，灌區(qū)農(nóng)田得到適時(shí)灌溉。通過對(duì)紅星灌區(qū)襯砌干支渠渠道的測(cè)算，襯砌混凝土后渠系利用系數(shù)在0.7左右,而未襯砌的土渠利用系數(shù)還達(dá)不到0.4，襯砌后0.6萬畝農(nóng)田恢復(fù)灌溉，增加灌溉引水量173萬 m3；改善灌溉面積1.8萬畝，節(jié)約灌溉引水量146.0萬 m3，年農(nóng)業(yè)增產(chǎn)總值433.10萬元，水利灌溉分?jǐn)傂б鏋?73.20萬元。對(duì)比可知，混凝土U型防滲節(jié)水效果良好，明顯改變了灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，達(dá)到了“五省兩增一減少”的目的,即省水、省時(shí)、省勞、省錢、省地，增產(chǎn)、增收，群眾用水糾紛少。對(duì)促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，提高群眾生產(chǎn)生活水平，有效保護(hù)和合理開發(fā)利用水資源，促進(jìn)灌區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展等具有重要意義。

(2)混凝土U型渠道大面積實(shí)施，使渠系水利用系數(shù)及農(nóng)田灌溉保證率大大提高，減少了地下水過度開采，節(jié)約了水資源；節(jié)約出來的水用于改善灌區(qū)生態(tài)環(huán)境，使項(xiàng)目區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境亦趨于良性循環(huán)。通過實(shí)施環(huán)保土保工程，水土流失得到有效遏制，渠堤的綠化美化，有效地防止土壤流失，并且對(duì)美化環(huán)境，改善空氣質(zhì)量和小氣候起到了積極地促進(jìn)作用，社會(huì)效益、生態(tài)效益顯著。

6 結(jié)語

混凝土U型渠道是節(jié)水灌溉中一項(xiàng)重要防滲工程,是提高現(xiàn)有水利工程效益,提高渠系水利用系數(shù),節(jié)約用水時(shí)效較快的重要途徑。各級(jí)水利管理部門非常重視混凝土U型渠道施工技術(shù)研究和推廣, 混凝土U型渠道的實(shí)施對(duì)促進(jìn)灌區(qū)更新改造和提高節(jié)水效能，減輕灌區(qū)群眾水費(fèi)負(fù)擔(dān),緩解灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水矛盾起到良好促進(jìn)作用，收到顯著效益。

S276.7+1

B

1004-1184(2017)05-0197-02

2017-06-14

楊一波(1976-)，男，陜西洋縣人，工程師，主要從事水利工程施工管理工作。