渠道防滲新型結(jié)構(gòu)體系的開發(fā)與應(yīng)用

孫景路 張濱 張守杰 武永娜

摘要：為減少渠系體系的占地面積，減少滲漏，增大過流能力，開發(fā)新型矩型槽結(jié)構(gòu)是一個(gè)重要的研究方向。本研究在傳統(tǒng)U型槽的基礎(chǔ)上，開發(fā)新型矩型槽產(chǎn)品，長度為2m，是傳統(tǒng)U型槽尺寸的4倍；混凝土強(qiáng)度等級(jí)c50，抗?jié)B系數(shù)F300的混凝土結(jié)構(gòu)，并采用添加鍍銅鋼纖維增加防銹及抗裂；應(yīng)用膩?zhàn)有陀鏊蛎浵鹉z，提高接頭變形的相容性，提高抗?jié)B性。生產(chǎn)工藝可以適應(yīng)斷面上口寬度為300—1000mm的多種規(guī)格混凝土矩型水槽制品的生產(chǎn)；水槽生產(chǎn)線每天產(chǎn)能約為100 II13混凝土矩型槽；生產(chǎn)線自動(dòng)運(yùn)行，在各個(gè)工位同時(shí)可以人工干預(yù)，便于控制生產(chǎn)節(jié)拍及生產(chǎn)組織管理。渠道防滲新型結(jié)構(gòu)體系對渠系體系的發(fā)展具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：矩型槽；新型結(jié)構(gòu)；渠系防滲；膨脹橡膠；生產(chǎn)工藝

中圖分類號(hào)：S 773；TV5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-O05X（2015）04-0158-03

U型槽在渠系體系用于輸水，可以部分取代現(xiàn)場施工的明渠，傳統(tǒng)的U型槽結(jié)構(gòu)主要是工廠預(yù)制，然后現(xiàn)場組裝。限于技術(shù)條件，具有其結(jié)構(gòu)尺寸較小、工藝水平低、滲流損失等問題。鑒于傳統(tǒng)U型槽存在的問題，本論文進(jìn)行了系統(tǒng)的分析并開發(fā)了相關(guān)的替代升級(jí)產(chǎn)品進(jìn)行推廣應(yīng)用。

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。目前，常用的U型槽長度在0.5m，預(yù)制件分為整體式和組裝式，整體式規(guī)格多用UD30、UD40、UD50和UD60。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U100，以U50和U60最為普遍。新疆地區(qū)常用的整體式規(guī)格有D60、D80、D100、D120和D140 5種。U型槽混凝土抗壓強(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。

目前預(yù)制成型機(jī)械主要有以下幾種類型。節(jié)水灌溉示范工程采用比較成熟的一種型號(hào)是DLZY-A，東營市在節(jié)水灌溉的一項(xiàng)示范工程中采用了該種機(jī)型，其采用的是多腔底震擠壓的方法。另一種是混凝土構(gòu)件LZYB-1型的成形機(jī)。該種機(jī)型采用液壓及振搗結(jié)合原理，對于普通混凝土以及水泥土可以一次澆筑成型。該種機(jī)器的主要特點(diǎn)是一臺(tái)主機(jī)配有兩個(gè)機(jī)頭，因此該種機(jī)器可以同時(shí)安裝各種規(guī)格的模具及壓頭。采用此預(yù)制機(jī)械，預(yù)制流程簡單，廠棚及預(yù)制設(shè)備投資小、機(jī)動(dòng)靈活，并且預(yù)制混凝土U型槽具有工藝先進(jìn)、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用LZY成型機(jī)可以生產(chǎn)U型及半U(xiǎn)型的混凝土預(yù)制構(gòu)件。LZY成型技術(shù)和LZY系列U型混凝土構(gòu)件成型機(jī)適用于面廣量大的中小型渠道防滲T程，該種構(gòu)件是采用振動(dòng)器振動(dòng)密實(shí)、立式、80t的液壓機(jī)液壓的原理。另外一種是卷板式的混凝土渠槽生產(chǎn)工藝，是利用混凝土的自重和在初凝前的可塑性實(shí)現(xiàn)平板振搗及彎曲成型有機(jī)結(jié)合生產(chǎn)渠槽，具體操作可分為4個(gè)步驟，包括拌合、振搗、彎曲定型及養(yǎng)護(hù)。振動(dòng)器的合理選擇、外加劑的種類及添加方法、混凝土配合比設(shè)計(jì)是影響構(gòu)件質(zhì)量的重要因素。目前應(yīng)用較多的有手動(dòng)式（QY-1型）和電動(dòng)式（QY-2型）兩種混凝土U型渠槽預(yù)制機(jī)。電動(dòng)式混凝土U型槽預(yù)制機(jī)械可分為彎曲成型機(jī)、槽定型機(jī)及配套機(jī)械等三大部分。混凝土U型渠道因?yàn)楸忍菪尉哂懈嗟膬?yōu)點(diǎn)被較為廣泛的采用。但是，對于手工現(xiàn)澆U型渠道而言，存在著質(zhì)量難以控制等諸多問題。目前，雖然已研制并一定程度的在實(shí)際工程中采用的混凝土渠道襯砌機(jī)，在某種程度上解決了一些問題，但仍易受能源和交通、地下水位、地質(zhì)條件等條件限制，對于混凝土U型現(xiàn)澆渠道的推廣仍然有很多的問題需要解決。我國在近些年的農(nóng)業(yè)開發(fā)及渠道改造的工程項(xiàng)目中進(jìn)行了一定規(guī)模的推廣，但是混凝土預(yù)制U型槽防滲工程的質(zhì)量的優(yōu)劣，混凝土“U”型槽施工安裝還是起到至關(guān)重要的作用。安裝質(zhì)量的好壞將直接影響到混凝土U形槽的使用效果。因此如果要掌握U型渠槽的施工過程及施工技術(shù)，安裝環(huán)節(jié)的控制就顯得極為重要。

綜上所述，傳統(tǒng)U型槽具有尺寸小，強(qiáng)度低，抗?jié)B差，生產(chǎn)工藝及施工工藝水平低等問題，在推廣應(yīng)用中存在著諸多問題。為此，本論文系統(tǒng)的分析并開發(fā)了相關(guān)的產(chǎn)品進(jìn)行推廣應(yīng)用，取得較好的效果。

1 新型結(jié)構(gòu)體系

本研究采用混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50，抗凍指標(biāo)為F300。長度為2m的混凝土結(jié)構(gòu)，該種新型矩型槽目前已經(jīng)可以生產(chǎn)的系列產(chǎn)品具體技術(shù)參數(shù)見表1。

1.1 膩?zhàn)有团蛎浵鹉z

PN膩?zhàn)有陀鏊蛎浵鹉z，該種膨脹橡膠是一種橡膠的新產(chǎn)品。其能夠在遇水后達(dá)到2～3倍的變形膨脹，并且能夠有效充滿接縫的不規(guī)則間隙、空穴，同時(shí)還能夠產(chǎn)生較大的接觸壓力，從而可以徹底防止結(jié)構(gòu)接觸面的滲漏。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)的接縫或施工縫發(fā)生位移，超出材料的彈性變形范圍的時(shí)候，普通型止水材料橡膠就會(huì)失去止水作用。膩?zhàn)有陀鏊蛎浵鹉z具有移動(dòng)補(bǔ)充性強(qiáng)，可白行封堵新的微小裂隙，膨脹倍率高等功能。

通常在封閉條件下使用遇水膨脹橡膠時(shí)，遇水后膨脹率并不能夠達(dá)到其靜水條件下的最大膨脹率狀態(tài)，但是會(huì)產(chǎn)生一定的接觸壓力。通過接觸面間的這種壓力作用，該種膨脹橡膠就可以發(fā)揮其較好的密水作用。

1.2 鍍銅鋼纖維

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，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。應(yīng)用這種鍍銅鋼纖維后能大幅度提高混凝土的抗折強(qiáng)度及整體結(jié)構(gòu)的韌性，是近些年來發(fā)展起來的一種新型的鋼纖維。其較為廣泛地用于橋面鋪裝、鋼纖維混泥土路面等工程中，常用的鍍銅微絲鋼纖維長度12～14mm，直徑0.18～0.23mm。

1.3 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的防滲效果

由于矩型槽混凝土結(jié)構(gòu)本身采用C50的強(qiáng)度等級(jí)，其抗凍指標(biāo)為F300，并且預(yù)制件之間的連接采用的膩?zhàn)有陀鏊蛎浵鹉z，抗變形能力較強(qiáng)，因此整體的抗?jié)B效果比傳統(tǒng)的U型槽結(jié)構(gòu)更加明顯。

2 成套的生產(chǎn)工藝

2.1 U（矩）型水槽生產(chǎn)工藝和連續(xù)養(yǎng)護(hù)方式

生產(chǎn)線運(yùn)行節(jié)拍3～3.5min，可以適應(yīng)300～1000多種規(guī)格混凝土矩型水槽制品（長度2000mm）的生產(chǎn)。水槽生產(chǎn)線每天產(chǎn)能約為100m³的混凝土U（矩）型槽。采用模具平面流轉(zhuǎn)的方式，養(yǎng)護(hù)窯前后采用自動(dòng)運(yùn)行的擺渡車。生產(chǎn)線自動(dòng)運(yùn)行，在各個(gè)工位同時(shí)可以人工干預(yù)，便于控制生產(chǎn)節(jié)拍及生產(chǎn)組織管理。U（矩）型水槽生產(chǎn)線分為五大系統(tǒng)：電動(dòng)控制系統(tǒng)、配料系統(tǒng)、振搗動(dòng)系統(tǒng)、脫模回模及試件養(yǎng)生系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)組成

配料攪拌系統(tǒng)由行星式立軸攪拌機(jī)、配料系統(tǒng)、外加劑計(jì)量添加系統(tǒng)、水量計(jì)量系統(tǒng)、氣控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、螺旋輸送機(jī)、水泥倉等組成，主要功能是完成混凝土的配制及攪拌。布料振動(dòng)系統(tǒng)則由供料器、布料機(jī)械、振動(dòng)機(jī)械及輸送機(jī)和升降平臺(tái)組成，主要是完成混凝土的布料、振動(dòng)成型的功能。養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)由養(yǎng)護(hù)通道、養(yǎng)護(hù)窯前后擺渡車及養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)輥輪等組成。脫模系統(tǒng)由輸送機(jī)、氣動(dòng)脫模臺(tái)（具有保護(hù)輸送線功能）、成品運(yùn)輸系統(tǒng)、吊具等組成。電控系統(tǒng)是整條U（矩）型水槽生產(chǎn)線的核心部分，選取了西門子S7-300可編程控制器（PLC），德國西門子變頻器，PROFIBUS總線控制，PILZ的安全繼電器，PHONIX機(jī)械設(shè)備避雷專用裝置等世界最先進(jìn)的電子產(chǎn)品，這種配置在國內(nèi)外同行業(yè)處于絕對的領(lǐng)先地位。生產(chǎn)工藝流程如圖1所示，養(yǎng)護(hù)完成后的成品堆放及試組裝如圖2所示。

3 效果分析

傳統(tǒng)的渠道防滲體系尺寸小，生產(chǎn)過程以及結(jié)構(gòu)安裝等環(huán)節(jié)存在著一定的缺陷，極大地限制了產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。新型的渠道防滲體系具有大尺寸，新結(jié)構(gòu)，完善的生產(chǎn)工藝流程及簡易合理的安裝方法等優(yōu)點(diǎn)，新型的渠道防滲體系在使用過程中具有更好的抗?jié)B性，可以減少從結(jié)構(gòu)中滲入基礎(chǔ)的水量，因此該種結(jié)構(gòu)具有更好的抗凍脹性和更高的輸水系數(shù)。

4 結(jié)束語

新型U（矩）型槽長度2000mm，是傳統(tǒng)渠道防滲結(jié)構(gòu)U形、梯形槽長度500mm的4倍。新型U（矩）型取水口、止水條等配套齊全，產(chǎn)品連接處采用遇水膨脹止水橡膠密封，而傳統(tǒng)渠道防滲結(jié)構(gòu)U形、梯形槽連接處采用水泥勾縫，最大限度實(shí)現(xiàn)渠道防滲。

通過先進(jìn)渠系建筑物新型U（矩）型槽生產(chǎn)工藝研究并實(shí)施，建立中試基地，以此為依托，進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，解決更多的理論和實(shí)際問題，不斷的完善和發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)，最終使其成為一項(xiàng)具有廣泛適用性的成熟技術(shù)并在全國推廣應(yīng)用。