預制混凝土U形槽在牛津河引水壩防滲襯砌工程中的應用探究

宋斌

（臨夏縣恒屹水利水電安裝有限責任公司，甘肅臨夏 731800）

1 引言

近年來，預制混凝土U 形槽因為強度高、允許流速大、防滲效果好、使用年限長等特點，被廣泛應用于防滲襯砌工程中。對于牛津河引水壩項目，臨川渠張王家段至牛津河引水渠段存在淤塞、滲漏等問題，導致水資源浪費，不利于農業經濟發展。基于此，對其改造勢在必行。在改造工程中，應合理應用防滲襯砌工程技術，利用預制混凝土U 形槽，提高水利用系數，保障臨川渠張王家段至牛津河引水渠段的社會效益、經濟效益能夠達到預期目標。

2 項目概況

牛津河引水壩位于甘肅省臨夏市南川灌區楊家村，屬于牛津河中游段。該地區年均降水量約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《渠道防滲工程技術規范》的要求，因此，欲對其開展防滲襯砌工程，改善其運行條件。改造工程全長900 m，改造過程中，采用預制混凝土U 形槽構件解決了渠道淤塞、滲漏、水利用系數低等問題。

3 方案設計

3.1 設計原則

以牛津河引水壩臨川渠張王家段至牛津河引水渠段規劃為基礎，編制防滲襯砌實施方案，因地制宜，充分考慮該地區降水量、凍土深度等情況，對施工方案不斷優化升級[1]。在保障渠道基本功能的前提下，盡可能地減少農田占比率，提高其技術經濟指標，科學合理地截彎取直，保障整個防滲襯砌工程線平順。

3.2 預制混凝土U形槽應用設計

預制混凝土U 形槽設計需要以相關規定和《水力學計算手冊》[2]為依據，根據渠道原水流量，利用以下公式確定預制混凝土U 形槽規格。

式中，Q 為預制混凝土U 形槽設計斷面的流量；W 為預制混凝土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域為季節凍土區，為防止預制混凝土U 形槽出現凍脹破壞現象，在U 形槽下方填放砂礫石墊層。通過計算得出了牛津河引水壩預制混凝土U 形槽規格，有關選型參照表1。

表1 預制混凝土U形槽選型參照表

灌區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，節約農田土地，便于施工及后期維護。以上3 種U 形槽斷面規格，預制厚度均以3.0 cm 為主，適用水流量0.30～0.90 m3/s，底縫采用C15 細粒混凝土現澆[3]。

4 預制混凝土U形槽制作工藝

預制混凝土U 形槽制作工藝流程如下：制作U 形槽鋼模→砂石備料→混凝土拌和→材料運輸→澆筑U 形混凝土預制槽→混凝土振搗→靜置初凝→8～12 h 后拆模、灑水養護。

4.1 混凝土材料控制

4.1.1 水

有關混凝土材料拌和與養護，水的質量標準需要符合飲用標準。

4.1.2 水泥

工作人員需要對入場水泥質量進行嚴格把控，標明水泥強度層等級、出廠批號、生產廠家等。選擇通風、排水條件好的存儲場地，合理設置防潮層及運輸通道。在正式投入使用前還需要對水泥進行檢驗，存在受潮結塊現象的一律不得采用，保障水泥質量[4]。

4.1.3 砂石

預制混凝土U 形槽采用的砂石為中砂，選擇質地堅硬、級配良好的天然河砂最佳，規格標準為：

1）天然砂石含泥量＜3%，含水量＜4%，細度模數保持在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 形槽混凝土強度要滿足項目要求，需要對其配合比進行實驗，實驗結果經審批后才能投入使用。在本項目中，原材料規格和每單位體積用量見表2、表3。

表2 原材料質量規格表

表3 原材料配合比

4.3 混凝土的拌和與運輸

工作人員在拌和混凝土時，一定要嚴格按照配合比進行配料。在大量預制工作中，為了提高拌和效率，可以將砂石料量折算成體積進行配料，計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。

運輸作為連接混凝土拌和與澆筑的重要環節，需要滿足隨拌、隨運、隨用標準。用于運輸材料的翻斗車，要滿足不漏漿，設備嚴密、平滑的要求[5]。在運輸過程中，可能存在混凝土分離現象，因此，運輸途中需要嚴格遵守規定時間，否則混凝土失去塑性或者已經初凝，應當作廢料處理，直接影響后續施工活動的開展。

4.4 混凝土預制槽的澆筑及振搗

混凝土預制槽的澆筑與振搗應選擇地勢平坦、開闊的場地。在澆筑前檢查模具是否平整、光滑，并在模具內側涂抹脫模劑。裝模前，需要提前準備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[6]。在澆筑的同時開展振搗工作，確保材料嚴密夯實，根據當地氣候等待8～12 h 后拆模。拆模后預制混凝土U 形槽要滿足表面密實、無石子外漏、棱角分明、無蜂窩麻面等要求。

4.5 拆模養護

U 形槽養護工作是提高該混凝土工程質量的重要環節，特別是該混凝土構件表面面積大、壁薄，如果不能及時養護，將會導致裂縫問題，影響U 形槽質量。工作人員需要根據當地氣溫條件，勤灑水，始終保證構件表面濕潤，使其得到充分養護。

5 預制混凝土U形槽在牛津河引水壩防滲襯砌工程中的應用

預制混凝土U 形槽在牛津河引水壩防滲襯砌工程中的應用體現在6 個環節，分別為土方工程、墊層鋪設、U 形槽安裝、回填、砂漿勾縫及養護。

5.1 土方工程

在土方工程正式施工前，相關人員需要開展技術交底工作，明確渠道水準高程、長度、中線，核對渠線方向。在中線位置每20 m 設置1 個中心樁。在渠道彎道處，每隔3～5 m 設置1 個中心樁。最后，結合渠道高程控制點、中心線，開展臨時推土、回填、邊線放樣工作，為襯砌工程的實施奠定基礎。

5.1.1 清基

將渠道內部的凍土、雜物、隱藏的磚石等清除。

5.1.2 回填

回填土的選擇應遵循就近原則，減少材料運輸費用，并且回填土含水量要保持15%～20%。回填土含水量如果過低，需要采取灑水措施，調節其含水量；如果含水量較大，需要通過換土、晾曬、排水等手段，將含水量控制在項目范圍內。

5.1.3 夯實

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

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

5.2 墊層鋪設

預制混凝土U 形槽截面圖如圖1 所示。由此可見，墊層對于預制層混凝土U 形槽安裝的重要性，應充分保障側梁、圓弧段穩定性。在鋪設墊層時要確保墊層原材料粒徑、級配符合項目設計要求，避免出現顆粒分離現象，所有材料要保持潔凈，防止出現二次污染，避免對后期U 形槽安裝造成影響[8]。

圖1 預制混凝土U形槽截面圖

5.3 預制混凝土U形槽安裝及砂漿勾縫

完成上述準備工作后，需要將混凝土構件運輸到安裝地，采取人工裝卸方式，避免在裝卸過程中出現受力不均現象，否則會導致構件損壞、斷裂，增加構件損耗，提高項目建設成本。

安裝預制混凝土U 形槽時，要始終遵循平、直、順、滑、穩這一施工要求，渠道面渠口的兩平面要始終保持光滑、平整。在安裝過程中，墊層驗收合格后每隔20 m 設置1 個控制點，并在控制點上安裝一塊標準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。應用瀝青砂漿進行填充，并進行壓實抹光。

作為渠道的薄弱位置，需要對U 形槽接頭縫口進行處理，預防渠道在后續使用時出現位移、滲漏現象，基于此，施工單位需要對U 形槽進行處理。在勾縫前，需要將縫隙中的雜土、石子等進行清除，并灑水濕潤。隨后，使用水泥砂漿將縫隙填滿，壓實后覆蓋草簾并進行灑水養護。有關砂漿勾縫一定要滿足無裂縫、光滑的標準[10]。

5.4 養護

完成勾縫工作后，需要對整個項目進行養護，通過在渠道U 形槽表面覆蓋濕麻袋等開展養護工作，勤灑水，確保砂漿始終保持濕潤，為后續工程運用奠定基礎。

6 工程效果分析

預制混凝土U 形槽在防滲襯砌工程中的應用，具有節約土地、防滲效果好、投資少、收益高等特點，根據改造后的牛津河臨川渠張王家段至牛津河引水渠段運行情況來看，運行情況如下。

6.1 防滲效果好

本項目中C15 預制混凝土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，有助于提高項目運行效益。

6.3 節約土地量

預制混凝土U 形槽具有渠口窄、占地面積小等特點，在運用過程中能夠獨立承受水的外力。整個槽襯砌傾角為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°，節約土地約5%。

7 結語

綜上所述，對于牛津河引水壩臨川渠張王家段至牛津河引水渠段項目而言，應用預制混凝土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，杜絕以往滲漏現象，提高渠道工程運行效益。施工單位在此過程中要嚴格把控施工工藝及流程，從每個施工環節入手，控制項目質量，確保襯砌工程能夠滿足預期目標，為后期牛津河引水壩長久、穩定地運行奠定基礎。