預制裝配式矩形混凝土渠道在南疆沙雅節水增收試點項目的應用

張 龍

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

新疆地處內陸干旱區，降水稀少，蒸發強烈，農業生產對灌溉的依賴性很強。經過多年尤其是近20年的大力發展，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、梯形加矩形等結構形式；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、水利行業強監管”的水利改革發展總基調，抓好節水優先的貫徹落實要靠研發先進節水技術，提高節水水平。為落實中央重點加強新疆維吾爾自治區南疆農業節水的決策部署，2017—2019年國家和自治區在阿克蘇地區沙雅縣渭干河灌區開展了南疆地區農業高效節水增收試點項目建設，工程措施的渠道防滲除梯形斷面現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點[2]。

1 灌區概況

渭干河灌區為灌溉農業區，目前灌區已建成平原反調節水庫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、農輸配水體系，但灌區內部斗、農渠的防滲率較低。依據試點項目2017年試點項目渠道實施方案[3]，防滲渠道分布于沙雅縣7個鄉鎮，2017年計劃建設渠道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 斷面型式的設計

選取紅旗鎮欄桿庫孜拉克斗渠為典型渠道，渠道設計流量為0.26m3/s，進行現澆梯形混凝土斷面、邊坡預制渠底現澆梯形混凝土斷面、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。

經比選，各種斷面的優缺點如下：

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，整體性好等優點；缺點是占地多、伐樹多。

(2)邊坡預制渠底現澆梯形混凝土渠道具有過流能力大、施工便利、速度快的優點；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、投資最少的優點；缺點是渠道整體性差，易破損。

沙雅節水增收試點項目為推進水利工程規模化、標準化發展，充分利用先進設備和現代技術，體現渠道的多樣化，在借鑒國內外先進農田排灌技術和工程應用情況的基礎上，在新疆首次將預制裝配式矩形混凝土渠道應用到農田水利工程上。

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2m，采用C35F200W6新型薄壁裝配式鋼混凝土結構，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 原材料技術指標

(1)水泥：采用P.O42.5MPa水泥。水泥強度技術指標為：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%；河道淤積砂優先選用主河道土料，土料質量應滿足規范要求。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：采用規格為6mm冷拔鋼筋。6.5mm熱軋鋼筋冷拔至6mm調直，用鋼筋網排焊機焊接，脫焊、漏焊點用綁絲綁扎；鋼筋網片制作完成，折彎至110°～130°。

3.3 預制裝配式矩形混凝土槽的生產

預制裝配式矩形混凝土槽在沙雅縣預制廠生產，達到強度后運輸到施工現場，采用汽車吊砌筑安裝。預制構件采用工廠化集中生產，由承包商就近采購。

主要關鍵技術工序有：混凝土配合比設計、模具組裝工序、鋼筋骨架制造工序、混凝土成型工序、混凝土養護工序、節水槽檢驗工序[10- 12]。

外觀質量要求如下：

(1)主控項目：有平整度要求的部位應符合設計及規范要求；形體尺寸應符合設計要求，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、粘皮內壁累計面積不超過2%；設計水面以下不允許有蜂窩，設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處理符合設計要求；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→矩形槽運至現場→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；構件安裝標高允許偏差±20mm；構件垂直度允許偏差5mm；設計水位以下不允許缺邊掉角，設計水位以上缺邊掉角面積不大于100cm2，板與板之間不集中；相鄰構件平整度的板底面內壁錯臺允許偏差5mm，內壁側面允許偏差5mm；構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)渠道產品質量穩定。采用定型模具工廠預制，有效保證了產品的外形尺寸精度，使渠道壁厚均勻，混凝土質量穩定，混凝土耐久性有保障，同時可以根據不同的水文地質條件進行節水渠道抗內、外壓性能設計。提高了工程的安全系數，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，改變了渠道無鋼筋的現狀，提高了渠道的工程質量[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 結語

截止2019年年底，南疆沙雅節水增收試點項目上已建設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勢。施工工藝中的混凝土的振搗和養護是關鍵環節，直接影響到預制件的質量，應高度重視。在今后的推廣應用中，還需在提高產品生產效率、增強產品質量、接縫材料選擇等方面進一步探索、優化。