預制混凝土U型槽排水溝的設計與施工

陳會勝，王建英，趙真真

（莒縣水利局，山東 莒縣 276500）

莒縣轄20個鄉鎮（街道）和1個省級經濟開發區，1 195個村，總人口108萬，總面積1 821 km2，是全國小型水利工程管理體制改革示范縣、全省小型水庫管理體制改革試點縣、首批省級小型水庫管理標準化縣。現有小型水庫212座，其中小（1）型水庫21座，小（2）型水庫191座，總庫容為8 274萬m3，興利庫容4 868萬m3。近幾年，莒縣在小型水庫除險加固和管理維護中，為更好地便于小型水庫背水坡管理維護和提升外觀形象，統一設計實施了預制混凝土U型槽排水溝，工程實施效果顯著。

1　預制混凝土U型槽排水溝設計方案

1.1　排水溝的設計原則

根據小型水庫除險加固實施方案要求，滿足水庫壩頂、背坡及壩端邊坡排水需要，達到保證質量、節約投資、方便施工、美觀新穎的效果。

1.2　預制混凝土U型槽排水溝斷面規格確定

小型水庫背水坡排水溝大多分為橫向排水溝（垂直于壩軸線）、縱向排水溝（基本平行于壩軸線），橫向排水溝即壩坡排水溝，縱向排水溝即背坡戧臺排水溝、壩底腳排水溝；橫向排水溝主要匯聚壩頂、壩坡及兩端山坡雨水，水流量較小且流速快；縱向排水溝匯聚各橫向排水溝來水，水流量較大，流速緩慢。根據以上實際情況，經水力計算，設計縱、橫向排水溝過水截面尺寸為0.5 m×0.4 m及0.3 m×0.2 m，每塊長分別為0.5 m、0.4 m，壁厚0.08 m、0.1 m，外形尺寸如下圖。

2　預制混凝土U型槽制作

2.1　定制模具

按照設計圖紙，加工塑料模具。模具數量應考慮批次生產量，能滿足生產要求。

2.2　進行混凝土配合比試驗

為滿足設計強度要求要進行混凝土配合比設計試驗。按照《混凝土強度檢驗評定標準》（GBJ107）的規定，綜合考慮耐凍性、耐久性及原材料，進行混凝土配合比試驗。采用試配成果為：混凝土強度等級C25，42.5級普通硅酸鹽水泥，水∶水泥∶砂∶石子=0.44∶1∶1.42∶3.17，中粗砂細度模數為2.5~3.5，粗骨料按二級配，碎石粒徑10~20 mm、20~40 mm，比例為2∶1。為防止脫模粘皮，可適當添加早強減水劑。

2.3　澆筑施工

由于受U型槽厚度、模具限制，宜采用振動臺制作。混凝土按標準拌制完成后，運至振動臺旁料槽內，人工用鐵鍬分2層裝入模具內，第一層裝入混凝土為模具高度的60%，振動臺振搗后再裝入第二層，混凝土高度宜控制在高出模具頂面2.0 cm左右。第一次混凝土入模完成后，開動振動臺，振動50 s，直至混凝土中氣泡完全散盡，混凝土停止下沉，表面平坦、泛漿為止，然后加入第二層，重復上述工作。因模外混凝土表面為槽底面，粗糙面更宜于安裝，無需進行平整。

2.4　做好養護

為保證混凝土適宜的硬化條件，使其強度不斷增長，防止出現收縮裂縫，必須對預制混凝土U型槽加強養護。混凝土澆筑完成后，帶模將混凝土構件移至養護區，12 h后覆蓋噴水養護，24 h后脫模，脫模后及時對U型槽加以覆蓋并保濕養護,可選用草簾、塑料布等材料；澆水養護的時間不得少于14 d，澆水次數應能保持混凝土處于濕潤狀態，養護用水應與拌制用水相同;采用塑料布覆蓋養護，應覆蓋嚴密，并應保持塑料布內有凝結水。氣溫小于5℃，應采取保溫防凍措施。

3　安裝施工方法及注意事項

3.1　基礎土方開挖

在大壩背水坡平整壓實完成后，按照間距20~30 m設預制混凝土U型槽排水溝，按設計圖紙測量放線，高程控制要預留5 cm墊層，應以安裝完成后排水槽頂面低于壩坡面2 cm為宜，基槽上口寬度宜比構件開寬20 cm，開挖排水溝槽，由于橫向排水溝槽土方量不大，宜以人工開挖；縱向排水溝槽用小型挖掘機小斗開挖，盡量避免超挖。

3.2　預制混凝土U型槽安裝

在基槽開挖成型后，平順好槽底，去除浮土；底部澆一層寬度與混凝土U型槽同寬、厚5 cm的砂漿墊層，墊層厚度要均勻；混凝土U型槽裝運到施工現場，為避免碰撞破損，應用人工用繩子卸運就位安裝，鋪筑U型槽排水溝從最低處開始沿著逆水流方向鋪筑，注意控制底高程，接口統一均勻；接口勾縫先將縫口的雜物清理清洗干凈后，砂漿分層分次勾填密實。待砂漿勾縫凝固，一般2 d后進行兩側土方回填，回填土要清除雜草、樹根、大石塊等，并夯填密實；壩肩處槽底應低于壩頂5 cm，槽口與壩頂路緣石開口連接處用10 cm厚C15細石混凝土處理，形成一個斜扇面，利于壩頂雨水匯聚，防止流水沖刷槽底，避免壩頂積水。

4　工程效果分析比較

小型水庫背坡預制混凝土U型槽排水溝工程與混凝土預制板排水溝、砌石排水溝工程比較如下：

4.1　節約工程投資

預制混凝土U型槽排水溝由于斷面小，土方開挖量小，加之是批量生產，減少了勞動力投入；縱向U型槽排水溝綜合造價137.3元/m，料石襯砌排水溝綜合造價364.8元/m；橫向U型槽排水溝綜合造價81.0元/m，預制混凝土板排水溝綜合造價86.8元。總體平均可節約投資40%以上。

4.2　保證了工程質量

根據往年水庫檢查情況，混凝土預制板排水溝易出現溝底砂漿面起鼓、凍融、流水沖刷溝底等問題；砌石排水溝易出現砂漿抹面凍融、脫皮等現象。預制混凝土U型槽采用工廠化批量生產，專業程度高，嚴格按配合比配料，養護及時到位，混凝土強度、抗凍、外觀等方面均達到設計要求，工程質量有保障；莒縣自2014年已在小型水庫維修養護工程中使用混凝土U型槽排水溝，至今未出現質量問題。

4.3　便于施工，縮短工期

小型水庫多處于交通不便的丘陵山區，物料運輸困難，背坡、坡腳施工多需二次倒料。傳統的砌石排水溝用料多，施工工期長、工序多、難度大；混凝土U型槽可前期在預制廠制作，能加快施工進度，且體積較小、便于運輸，節約物料，施工簡便快捷。

采用混凝土U型槽建設的排水溝外觀新穎、美觀大方，可起到美化環境、營造景觀的目的，為小型水庫標準化、精細化管理奠定了良好的基礎。