預(yù)制混凝土U形槽在牛津河引水壩防滲襯砌工程中的應(yīng)用探究

宋斌

（臨夏縣恒屹水利水電安裝有限責(zé)任公司，甘肅臨夏 731800）

1 引言

近年來，預(yù)制混凝土U 形槽因?yàn)閺?qiáng)度高、允許流速大、防滲效果好、使用年限長(zhǎng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于防滲襯砌工程中。對(duì)于牛津河引水壩項(xiàng)目，臨川渠張王家段至牛津河引水渠段存在淤塞、滲漏等問題，導(dǎo)致水資源浪費(fèi)，不利于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。基于此，對(duì)其改造勢(shì)在必行。在改造工程中，應(yīng)合理應(yīng)用防滲襯砌工程技術(shù)，利用預(yù)制混凝土U 形槽，提高水利用系數(shù)，保障臨川渠張王家段至牛津河引水渠段的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

2 項(xiàng)目概況

牛津河引水壩位于甘肅省臨夏市南川灌區(qū)楊家村，屬于牛津河中游段。該地區(qū)年均降水量約450～550 mm，最大凍土深度為1.5 m，牛津河作為重要的引水工程，直接關(guān)系到人們的日常生活，在該工程中，臨川渠張王家段至牛津河引水渠段，水利用系數(shù)只有0.4～0.5，并且存在淤塞、滲漏等問題，不能滿足GB/T 50600—2010《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》的要求，因此，欲對(duì)其開展防滲襯砌工程，改善其運(yùn)行條件。改造工程全長(zhǎng)900 m，改造過程中，采用預(yù)制混凝土U 形槽構(gòu)件解決了渠道淤塞、滲漏、水利用系數(shù)低等問題。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則

以牛津河引水壩臨川渠張王家段至牛津河引水渠段規(guī)劃為基礎(chǔ)，編制防滲襯砌實(shí)施方案，因地制宜，充分考慮該地區(qū)降水量、凍土深度等情況，對(duì)施工方案不斷優(yōu)化升級(jí)[1]。在保障渠道基本功能的前提下，盡可能地減少農(nóng)田占比率，提高其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，科學(xué)合理地截彎取直，保障整個(gè)防滲襯砌工程線平順。

3.2 預(yù)制混凝土U形槽應(yīng)用設(shè)計(jì)

預(yù)制混凝土U 形槽設(shè)計(jì)需要以相關(guān)規(guī)定和《水力學(xué)計(jì)算手冊(cè)》[2]為依據(jù)，根據(jù)渠道原水流量，利用以下公式確定預(yù)制混凝土U 形槽規(guī)格。

式中，Q 為預(yù)制混凝土U 形槽設(shè)計(jì)斷面的流量；W 為預(yù)制混凝土U 形槽過水段面過水面積；v 為斷面平均流速；r 為水力半徑。

考慮到牛津河引水壩所在區(qū)域?yàn)榧竟?jié)凍土區(qū)，為防止預(yù)制混凝土U 形槽出現(xiàn)凍脹破壞現(xiàn)象，在U 形槽下方填放砂礫石墊層。通過計(jì)算得出了牛津河引水壩預(yù)制混凝土U 形槽規(guī)格，有關(guān)選型參照表1。

表1 預(yù)制混凝土U形槽選型參照表

灌區(qū)支渠布置方式通常采用“路-渠”形式，在本次改造工程中，防滲襯砌工程仍舊采用“路-渠”形式，節(jié)約農(nóng)田土地，便于施工及后期維護(hù)。以上3 種U 形槽斷面規(guī)格，預(yù)制厚度均以3.0 cm 為主，適用水流量0.30～0.90 m3/s，底縫采用C15 細(xì)?；炷连F(xiàn)澆[3]。

4 預(yù)制混凝土U形槽制作工藝

預(yù)制混凝土U 形槽制作工藝流程如下：制作U 形槽鋼?！笆瘋淞稀炷涟韬汀牧线\(yùn)輸→澆筑U 形混凝土預(yù)制槽→混凝土振搗→靜置初凝→8～12 h 后拆模、灑水養(yǎng)護(hù)。

4.1 混凝土材料控制

4.1.1 水

有關(guān)混凝土材料拌和與養(yǎng)護(hù)，水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)需要符合飲用標(biāo)準(zhǔn)。

4.1.2 水泥

工作人員需要對(duì)入場(chǎng)水泥質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控，標(biāo)明水泥強(qiáng)度層等級(jí)、出廠批號(hào)、生產(chǎn)廠家等。選擇通風(fēng)、排水條件好的存儲(chǔ)場(chǎng)地，合理設(shè)置防潮層及運(yùn)輸通道。在正式投入使用前還需要對(duì)水泥進(jìn)行檢驗(yàn)，存在受潮結(jié)塊現(xiàn)象的一律不得采用，保障水泥質(zhì)量[4]。

4.1.3 砂石

預(yù)制混凝土U 形槽采用的砂石為中砂，選擇質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好的天然河砂最佳，規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)為：

1）天然砂石含泥量＜3%，含水量＜4%，細(xì)度模數(shù)保持在2.2～3.0；

2）采用的石子粒徑最大不能超過混凝土板厚度的1/2，構(gòu)件斷面最小尺寸的1/4，鋼筋最小凈距的2/3。骨料遜徑含量不能＞10%，超徑含量不能＞5%，含泥量不得超過1%。

4.2 混凝土配合比

U 形槽混凝土強(qiáng)度要滿足項(xiàng)目要求，需要對(duì)其配合比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)審批后才能投入使用。在本項(xiàng)目中，原材料規(guī)格和每單位體積用量見表2、表3。

表2 原材料質(zhì)量規(guī)格表

表3 原材料配合比

4.3 混凝土的拌和與運(yùn)輸

工作人員在拌和混凝土?xí)r，一定要嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行配料。在大量預(yù)制工作中，為了提高拌和效率，可以將砂石料量折算成體積進(jìn)行配料，計(jì)算每袋水泥需要的砂、石量。需要注意的是，混凝土拌合物與施工條件間具有和易性。

運(yùn)輸作為連接混凝土拌和與澆筑的重要環(huán)節(jié)，需要滿足隨拌、隨運(yùn)、隨用標(biāo)準(zhǔn)。用于運(yùn)輸材料的翻斗車，要滿足不漏漿，設(shè)備嚴(yán)密、平滑的要求[5]。在運(yùn)輸過程中，可能存在混凝土分離現(xiàn)象，因此，運(yùn)輸途中需要嚴(yán)格遵守規(guī)定時(shí)間，否則混凝土失去塑性或者已經(jīng)初凝，應(yīng)當(dāng)作廢料處理，直接影響后續(xù)施工活動(dòng)的開展。

4.4 混凝土預(yù)制槽的澆筑及振搗

混凝土預(yù)制槽的澆筑與振搗應(yīng)選擇地勢(shì)平坦、開闊的場(chǎng)地。在澆筑前檢查模具是否平整、光滑，并在模具內(nèi)側(cè)涂抹脫模劑。裝模前，需要提前準(zhǔn)備2 m×3 m 的鐵皮，作為混凝土材料放置物，防止摻入其他物質(zhì)[6]。在澆筑的同時(shí)開展振搗工作，確保材料嚴(yán)密夯實(shí)，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂虻却?～12 h 后拆模。拆模后預(yù)制混凝土U 形槽要滿足表面密實(shí)、無石子外漏、棱角分明、無蜂窩麻面等要求。

4.5 拆模養(yǎng)護(hù)

U 形槽養(yǎng)護(hù)工作是提高該混凝土工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，特別是該混凝土構(gòu)件表面面積大、壁薄，如果不能及時(shí)養(yǎng)護(hù)，將會(huì)導(dǎo)致裂縫問題，影響U 形槽質(zhì)量。工作人員需要根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁貤l件，勤灑水，始終保證構(gòu)件表面濕潤(rùn)，使其得到充分養(yǎng)護(hù)。

5 預(yù)制混凝土U形槽在牛津河引水壩防滲襯砌工程中的應(yīng)用

預(yù)制混凝土U 形槽在牛津河引水壩防滲襯砌工程中的應(yīng)用體現(xiàn)在6 個(gè)環(huán)節(jié)，分別為土方工程、墊層鋪設(shè)、U 形槽安裝、回填、砂漿勾縫及養(yǎng)護(hù)。

5.1 土方工程

在土方工程正式施工前，相關(guān)人員需要開展技術(shù)交底工作，明確渠道水準(zhǔn)高程、長(zhǎng)度、中線，核對(duì)渠線方向。在中線位置每20 m 設(shè)置1 個(gè)中心樁。在渠道彎道處，每隔3～5 m 設(shè)置1 個(gè)中心樁。最后，結(jié)合渠道高程控制點(diǎn)、中心線，開展臨時(shí)推土、回填、邊線放樣工作，為襯砌工程的實(shí)施奠定基礎(chǔ)。

5.1.1 清基

將渠道內(nèi)部的凍土、雜物、隱藏的磚石等清除。

5.1.2 回填

回填土的選擇應(yīng)遵循就近原則，減少材料運(yùn)輸費(fèi)用，并且回填土含水量要保持15%～20%?；靥钔梁咳绻^低，需要采取灑水措施，調(diào)節(jié)其含水量；如果含水量較大，需要通過換土、晾曬、排水等手段，將含水量控制在項(xiàng)目范圍內(nèi)。

5.1.3 夯實(shí)

在本項(xiàng)目中，回填土夯實(shí)工作主要采取分層夯實(shí)模式，每層回填土鋪設(shè)厚度要控制在20～30 cm，夯實(shí)次數(shù)不得少于4 次，杜絕橡皮土、漏夯現(xiàn)象。完成夯實(shí)工作后，保障回填土干容重小于1.55 t/m3[7]。

本項(xiàng)目主要采取人工開挖方式，根據(jù)渠道工程挖深及挖方邊線進(jìn)行開挖，形成渠道開挖斷面。如果在開挖過程中存在削坡過量現(xiàn)象，不能用浮土回填，要用新土回填。按照防滲襯砌工程設(shè)計(jì)，對(duì)U 形渠邊坡、渠底進(jìn)行修整，確保渠槽滿足U形槽安裝要求。

5.2 墊層鋪設(shè)

預(yù)制混凝土U 形槽截面圖如圖1 所示。由此可見，墊層對(duì)于預(yù)制層混凝土U 形槽安裝的重要性，應(yīng)充分保障側(cè)梁、圓弧段穩(wěn)定性。在鋪設(shè)墊層時(shí)要確保墊層原材料粒徑、級(jí)配符合項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，避免出現(xiàn)顆粒分離現(xiàn)象，所有材料要保持潔凈，防止出現(xiàn)二次污染，避免對(duì)后期U 形槽安裝造成影響[8]。

圖1 預(yù)制混凝土U形槽截面圖

5.3 預(yù)制混凝土U形槽安裝及砂漿勾縫

完成上述準(zhǔn)備工作后，需要將混凝土構(gòu)件運(yùn)輸?shù)桨惭b地，采取人工裝卸方式，避免在裝卸過程中出現(xiàn)受力不均現(xiàn)象，否則會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件損壞、斷裂，增加構(gòu)件損耗，提高項(xiàng)目建設(shè)成本。

安裝預(yù)制混凝土U 形槽時(shí)，要始終遵循平、直、順、滑、穩(wěn)這一施工要求，渠道面渠口的兩平面要始終保持光滑、平整。在安裝過程中，墊層驗(yàn)收合格后每隔20 m 設(shè)置1 個(gè)控制點(diǎn)，并在控制點(diǎn)上安裝一塊標(biāo)準(zhǔn)U 形槽。隨后，從渠首到渠尾逐塊安裝[9]，每隔10 m 注意留3～10 cm 的伸縮縫。應(yīng)用瀝青砂漿進(jìn)行填充，并進(jìn)行壓實(shí)抹光。

作為渠道的薄弱位置，需要對(duì)U 形槽接頭縫口進(jìn)行處理，預(yù)防渠道在后續(xù)使用時(shí)出現(xiàn)位移、滲漏現(xiàn)象，基于此，施工單位需要對(duì)U 形槽進(jìn)行處理。在勾縫前，需要將縫隙中的雜土、石子等進(jìn)行清除，并灑水濕潤(rùn)。隨后，使用水泥砂漿將縫隙填滿，壓實(shí)后覆蓋草簾并進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。有關(guān)砂漿勾縫一定要滿足無裂縫、光滑的標(biāo)準(zhǔn)[10]。

5.4 養(yǎng)護(hù)

完成勾縫工作后，需要對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，通過在渠道U 形槽表面覆蓋濕麻袋等開展養(yǎng)護(hù)工作，勤灑水，確保砂漿始終保持濕潤(rùn)，為后續(xù)工程運(yùn)用奠定基礎(chǔ)。

6 工程效果分析

預(yù)制混凝土U 形槽在防滲襯砌工程中的應(yīng)用，具有節(jié)約土地、防滲效果好、投資少、收益高等特點(diǎn)，根據(jù)改造后的牛津河臨川渠張王家段至牛津河引水渠段運(yùn)行情況來看，運(yùn)行情況如下。

6.1 防滲效果好

本項(xiàng)目中C15 預(yù)制混凝土U 形槽為人工澆筑，厚度均勻，改造后渠道水利用系數(shù)由原先的0.4～0.5 提高到0.97～0.98，再加上U 形槽接縫少，輸水損失小，防滲效果優(yōu)良。

6.2 工程投資少

由于U 形槽占地面積小，因此，在一定程度上減少了土方開挖量，減少了工程資金投入，有助于提高項(xiàng)目運(yùn)行效益。

6.3 節(jié)約土地量

預(yù)制混凝土U 形槽具有渠口窄、占地面積小等特點(diǎn)，在運(yùn)用過程中能夠獨(dú)立承受水的外力。整個(gè)槽襯砌傾角為14°，相比于改造前的臨川渠張王家段至牛津河引水渠段而言，傾角減少了13°，節(jié)約土地約5%。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于牛津河引水壩臨川渠張王家段至牛津河引水渠段項(xiàng)目而言，應(yīng)用預(yù)制混凝土U 形槽開展襯砌工程，有助于提高工程水利用率，減少輸水損失，杜絕以往滲漏現(xiàn)象，提高渠道工程運(yùn)行效益。施工單位在此過程中要嚴(yán)格把控施工工藝及流程，從每個(gè)施工環(huán)節(jié)入手，控制項(xiàng)目質(zhì)量，確保襯砌工程能夠滿足預(yù)期目標(biāo)，為后期牛津河引水壩長(zhǎng)久、穩(wěn)定地運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。