預制裝配式矩形混凝土渠道在南疆沙雅節(jié)水增收試點項目的應用

張 龍

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

新疆地處內(nèi)陸干旱區(qū)，降水稀少，蒸發(fā)強烈，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對灌溉的依賴性很強。經(jīng)過多年尤其是近20年的大力發(fā)展，新疆已基本形成較為完善，具備引、蓄、輸、灌、排功能齊全的農(nóng)田水利灌溉工程體系，其中各級渠道的重要性和作用凸顯。在新疆，應用較為廣泛的渠道斷面為梯形、圓弧坡腳形、U形、梯形加矩形等結(jié)構(gòu)形式；為解決凍脹破壞問題，渠道常采取砂礫石防凍層、苯板保溫層、渠底設(shè)置排水、抗凍混凝土等工程措施；運用較為成功的渠道襯砌方式有現(xiàn)澆混凝土板、漿砌卵石、干砌石灌漿、預制混凝土板等[1]。2019年12月，水利部部長鄂竟平在首屆節(jié)水論壇上提出：認真貫徹習近平總書記“十六字治水思路”，明確“水利工程補短板、水利行業(yè)強監(jiān)管”的水利改革發(fā)展總基調(diào)，抓好節(jié)水優(yōu)先的貫徹落實要靠研發(fā)先進節(jié)水技術(shù)，提高節(jié)水水平。為落實中央重點加強新疆維吾爾自治區(qū)南疆農(nóng)業(yè)節(jié)水的決策部署，2017—2019年國家和自治區(qū)在阿克蘇地區(qū)沙雅縣渭干河灌區(qū)開展了南疆地區(qū)農(nóng)業(yè)高效節(jié)水增收試點項目建設(shè)，工程措施的渠道防滲除梯形斷面現(xiàn)澆混凝土襯砌方案外，推廣應用了預制裝配式矩形混凝土渠道襯砌方案。通過試點項目實踐、運行總結(jié)分析，得知預制裝配式矩形混凝土渠道具有占地少、高耐久性、抗凍脹性強、施工安裝高效便捷等優(yōu)點[2]。

1 灌區(qū)概況

渭干河灌區(qū)為灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，目前灌區(qū)已建成平原反調(diào)節(jié)水庫3座，總庫容6500萬m3，渭干河龍口引水樞紐1座，形成了渭干河總干渠、各縣總干渠及配套的干、支、斗、農(nóng)輸配水體系，但灌區(qū)內(nèi)部斗、農(nóng)渠的防滲率較低。依據(jù)試點項目2017年試點項目渠道實施方案[3]，防滲渠道分布于沙雅縣7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，2017年計劃建設(shè)渠道95條111.6km，流量為4.9～0.06m3/s，其中，5條長15.6km的渠道，渠道流量較大，工程級別為中型，采用全斷面現(xiàn)澆混凝土襯砌方案；90條長96.0km的渠道，渠道流量較小，工程級別為小型，采用預制裝配式矩形混凝土渠道。

2 渠道橫斷面比選

2.1 斷面型式的設(shè)計

選取紅旗鎮(zhèn)欄桿庫孜拉克斗渠為典型渠道，渠道設(shè)計流量為0.26m3/s，進行現(xiàn)澆梯形混凝土斷面、邊坡預制渠底現(xiàn)澆梯形混凝土斷面、預制裝配式矩形混凝土斷面和預制U形混凝土斷面防滲形式的對比分析。渠道水利計算表見表1—2。

2.2 各種斷面型式的比選

渠道斷面比選表見表3，渠道斷面方案如圖1所示。

經(jīng)比選，各種斷面的優(yōu)缺點如下：

表1 梯形和矩形渠道水利計算表

表2 U形渠道水利計算表

表3 渠道斷面比選表

(1)現(xiàn)澆梯形混凝土板襯砌渠道具有過流能力大、接縫少，防滲效果好、板塊大，整體性好等優(yōu)點；缺點是占地多、伐樹多。

(2)邊坡預制渠底現(xiàn)澆梯形混凝土渠道具有過流能力大、施工便利、速度快的優(yōu)點；缺點是占地多、伐樹多。

(3)預制裝配式矩形混凝土渠道具有占地少、伐樹少、渠身強度高、可裝配式安裝和整體性好的優(yōu)點；缺點是投資較高。

(4)預制U形混凝土渠道為裝配式安裝，具有施工速度快、投資最少的優(yōu)點；缺點是渠道整體性差，易破損。

沙雅節(jié)水增收試點項目為推進水利工程規(guī)?；?、標準化發(fā)展，充分利用先進設(shè)備和現(xiàn)代技術(shù)，體現(xiàn)渠道的多樣化，在借鑒國內(nèi)外先進農(nóng)田排灌技術(shù)和工程應用情況的基礎(chǔ)上，在新疆首次將預制裝配式矩形混凝土渠道應用到農(nóng)田水利工程上。

3 預制裝配式矩形混凝土渠道

3.1 預制裝配式矩形混凝土渠道型式

預制裝配式矩形混凝土渠道橫斷面開口寬度為800～1200mm，渠深為800～1200mm。每節(jié)2m，采用C35F200W6新型薄壁裝配式鋼混凝土結(jié)構(gòu)，分為800mm×800mm、1000mm×1000mm、1200mm×1200mm等型式。預制矩形槽底板厚8.4～14cm，槽底設(shè)40cm厚渭干河河砂防凍墊層；預制矩形槽邊墻厚6～14cm，外邊墻貼4cm厚保溫苯板。堤頂培土寬度0.4m，渠堤外邊坡系數(shù)為1:1.5。矩形渠連接處理采用高壓閉孔板分縫、聚氨酯密封膠閉縫[4- 9]。

圖1 渠道斷面方案圖

3.2 原材料技術(shù)指標

(1)水泥：采用P.O42.5MPa水泥。水泥強度技術(shù)指標為：3、28d抗壓強度分別為21、42.5MPa，3、28d抗折強度分別為4.0、6.5MPa，初凝時間為45min，終凝時間為10h。

(2)混凝土等級：預制裝配式矩形渠道混凝土強度等級為C35。

(3)抗凍脹河砂：采用沙雅縣境渭干河河道淤積砂，巖性主要為含細粒土砂和級配不良砂，顆粒小于0.075的含量在2.5%～10.0%；河道淤積砂優(yōu)先選用主河道土料，土料質(zhì)量應滿足規(guī)范要求。部分位于回水灣及河道開闊地帶土料顆粒小于0.075的含量在10.0%～15.0%，不得作為抗凍脹料使用。

(4)鋼筋：采用規(guī)格為6mm冷拔鋼筋。6.5mm熱軋鋼筋冷拔至6mm調(diào)直，用鋼筋網(wǎng)排焊機焊接，脫焊、漏焊點用綁絲綁扎；鋼筋網(wǎng)片制作完成，折彎至110°～130°。

3.3 預制裝配式矩形混凝土槽的生產(chǎn)

預制裝配式矩形混凝土槽在沙雅縣預制廠生產(chǎn)，達到強度后運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，采用汽車吊砌筑安裝。預制構(gòu)件采用工廠化集中生產(chǎn)，由承包商就近采購。

主要關(guān)鍵技術(shù)工序有：混凝土配合比設(shè)計、模具組裝工序、鋼筋骨架制造工序、混凝土成型工序、混凝土養(yǎng)護工序、節(jié)水槽檢驗工序[10- 12]。

外觀質(zhì)量要求如下：

(1)主控項目：有平整度要求的部位應符合設(shè)計及規(guī)范要求；形體尺寸應符合設(shè)計要求，長度允許偏差+10、-5mm，上口寬、底寬允許偏差+5mm，壁厚、底厚允許偏差+5mm，整體矩形槽不能缺棱掉角，不能產(chǎn)生裂縫。

(2)一般項目：模具面平整度允許偏差3mm，手工面平整度允許偏差4mm；麻面、粘皮內(nèi)壁累計面積不超過2%；設(shè)計水面以下不允許有蜂窩，設(shè)計水面以上累計蜂窩面積不超過1%；短小、深度不大于鋼筋保護層厚度的表面裂縫經(jīng)處理符合設(shè)計要求；不允許有貫穿縫。

3.4 渠道的施工

(1)安裝流程：施工準備→土方開挖和填筑→驗槽→渠底墊層鋪設(shè)→矩形槽運至現(xiàn)場→墊層高程復核→吊裝矩形混凝土槽→分縫處理→采用膠帶粘貼固定苯板→回填兩側(cè)土方→矩形混凝土槽外觀檢測→交工驗收。

(2)施工方法和步驟：將矩形混凝土槽采用輕型汽車運輸至渠道邊并吊下車，沿渠道水流向排列渠道邊；采用小挖掘機吊裝，人工輔助安裝。

(3)施工質(zhì)量要求：矩形預制板安裝中心線和軸線位移水平軸線允許偏差5mm；構(gòu)件安裝標高允許偏差±20mm；構(gòu)件垂直度允許偏差5mm；設(shè)計水位以下不允許缺邊掉角，設(shè)計水位以上缺邊掉角面積不大于100cm2，板與板之間不集中；相鄰構(gòu)件平整度的板底面內(nèi)壁錯臺允許偏差5mm，內(nèi)壁側(cè)面允許偏差5mm；構(gòu)件傾斜度的允許偏差5mm；預制矩形槽接縫的寬度、深度允許偏差±5mm。

3.5 渠道的特點

(1)渠道產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。采用定型模具工廠預制，有效保證了產(chǎn)品的外形尺寸精度，使渠道壁厚均勻，混凝土質(zhì)量穩(wěn)定，混凝土耐久性有保障，同時可以根據(jù)不同的水文地質(zhì)條件進行節(jié)水渠道抗內(nèi)、外壓性能設(shè)計。提高了工程的安全系數(shù)，保證工程的使用壽命。

(2)渠道配置鋼筋。在定型模具中配置鋼筋網(wǎng)，改變了渠道無鋼筋的現(xiàn)狀，提高了渠道的工程質(zhì)量[13]。

(3)渠道施工速度快。預制裝配式矩形混凝土槽便于安裝，施工程序簡單、速度快，投入勞動力少[14]。

(4)渠道輸水效率高。預制裝配式矩形混凝土槽的渠道糙率小于0.014，渠道表面光滑，水的阻力小、流速快，渠道不易淤積，并可減少渠道維護費用，管理便捷[15]。

4 結(jié)語

截止2019年年底，南疆沙雅節(jié)水增收試點項目上已建設(shè)預制裝配式矩形混凝土渠道100多km，通過近兩年的運行，在過水流量、防滲效果、耐用程度、占地尺寸、施工方法等方面，較其它斷面型式具有較強的優(yōu)勢。施工工藝中的混凝土的振搗和養(yǎng)護是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響到預制件的質(zhì)量，應高度重視。在今后的推廣應用中，還需在提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率、增強產(chǎn)品質(zhì)量、接縫材料選擇等方面進一步探索、優(yōu)化。