小型農田水利工程矩形渠道施工技術研究

□ 靳亞雄

（甘肅省莊浪縣水務局，甘肅 莊浪 744699）

關鍵字：矩形渠道；施工技術；小型農田；設計優勢；施工要點

矩形渠道施工在現代化小型農田水利工程施工中技術先進性較為明顯，結構更具有穩定性，工程造價較低，施工操作相對較為簡單，并且在實際應用中占用的耕地面積比較小，該種設計方式使得小型農田水利工程耐久性更好，強度更高，可以提高矩形渠道施工質量，充分發揮其在農田灌溉方面的作用，確保水利工程的使用性能。基于此，本文對矩形渠道施工技術要點進行簡要分析，并研究如何做好原材料選擇配比和施工養護、提升小型農田水利工程的應用持久性等。

一、矩形渠道施工的基本概念和設計優勢

現階段我國渠道形式多為“U”形、弧形渠底梯形、弧形坡腳梯形等形式［1］。矩形渠道更加適用于耕地資源較緊缺的山區，也可以用于耕地資源效益較高的區域，該種工程設計的截面、斷面規則，施工工藝簡單，通過一些防滲措施，能防止動植物穿透或其他外力的破壞，防滲效果好，可以提高水的利用率，一般能減少滲漏90%～95%，在一定程度上可以增加灌溉保證率，便于養護管理和節省管理費用。其次，混凝土護面糙率小，允許流速大，大大減小了渠道斷面尺寸，襯砌工程量小，可在地形較狹窄的地方使用，渠道斷面尺寸小，有利于施工方便快捷；并且通過調整配合比，提升了混凝土的模塑性，適用于各種地形、氣候下的農田水利修繕，雖然一次性投資比較大，但是該種施工方式獲得的社會效益和經濟效益較高。

二、小型農田水利工程矩形渠道施工要點

（一）施工準備

在矩形渠道防滲施工建設之前，設計者應該組織設計方案，提前到施工場地進行詳細調查，確定施工方案中的重點內容，了解工程項目現場具體情況，結合工程項目的施工要求，工作人員還應該設計出永久性的排水結構。同時，也要將渠道放樣作為工作重點，先通過經緯儀按照圖紙的內容，在土方工程項目施工之前確定渠道中心線，增設一個中心樁（設置間距為45～50m），對于彎道每5m設置一個中心樁，中間距誤差控制在1/1000即可，通過鋼尺測量（應格外注意鋼尺兩側角誤差小于25°，最高不能高于30°）。其次，施工人員利用水準儀獲得樁點的高程，判斷填方還是挖方工藝（以高程參數指標為判斷標準）。

（二）工程實施

1.土石方開挖

在渠道防滲施工建設時，施工一線人員應該了解工程項目具體情況，遵循組織設計方案，確定項目中的重點內容，在必要時可以提前到施工場地進行詳細勘驗，判斷施工地點地質情況、土壤情況是否滿足工程項目所需，結合工程項目的施工要求，確保渠道坡面表層沒有雜物，利用檢尺進行查驗坡面表層情況，在判斷含水量之前，應將誤差控制在2mm內，并將現場調查數據和施工情況反饋給監理人員。其次，還應該重視變形以及裂縫等問題，在施工期間做好施工質量管理，嚴格關注施工放樣情況，尤其是在小型渠道基礎開挖期間，應該了解整個土方開挖的施工圖，不能出現超挖情況，也不允許出現欠挖情況，為下一步漿砌石砌筑施工打好基礎，直至驗收合格為止。

2.漿砌石砌筑施工

一般來講，小型農田水利工程砌筑施工中，多數利用鋪漿法，在矩形渠道建設時，應重點關注以下內容：（1）適當調整稠度規格，砌筑的砂漿稠度維持在40mm即可，混凝土質量必須符合國家標準，在施工建設時砂料選擇級配良好的砂礫，確保其質地堅硬，將細度模數控制在2.8左右；（2）充分清空石料上方的雜質，在鋪漿施工之前，確保石塊表面補足水分，降低表面水分殘留，在將施工材料平臥之后，可以采用分層砌筑方式，利用上下錯縫與內外搭接方法，合理調整施工順序，最大化保證石塊砌筑期間的穩定性，其施工順序為：①砌筑角石；②砌筑面石；③砌筑腹石；（3）根據工程項目的設計標準，嚴格控制砌體高度，在石料擺放就位（將石料高程控制在1.0m左右），振搗密實之后，如果后縫面稍有下沉，可以將上層平縫填滿，做好豎縫灌漿；（4）清縫時間最好確定在砌筑之后的18h后，根據項目質量標準，清縫的深度約等于清縫寬度的2倍，同時還應該注意檢查縫槽的清潔度；（5）刷凈砌體表面，水泥砂漿配比比例為1∶1.5，為了提升渠道施工質量，水泥砂漿應在3h內使用完畢，在工程項目實施之前24h對磚進行濕潤，如果天氣溫度較高（當溫度超過30℃時），使用時間間隔不能超過2h。

3.混凝土澆筑

為了避免出現離析現象，施工人員應該對混凝土進行適度振搗，施工人員根據施工現場的實際情況對混凝土結構采取沖刷處理，從而保證混凝土質量滿足施工要求。采取覆蓋養生的方式對工程進行養護施工，同時避免項目工程出現收縮裂縫，采取相應的保溫措施，水泥材料的強度必須滿足施工條件。保證其含泥量不大于1%，細砂粒徑控制在3mm以下［2］。將松動石塊、表面砂漿等清理干凈，每層砂漿鋪抹完成之后，采用分層鋪抹辦法對抹面進行壓實和表面壓光。

三、具體案例分析

為了探究小型農田水利工程矩形渠道施工的具體措施，本文以某鄉鎮為例，該鄉鎮人口總數為2.79萬人，耕地面積超過900hm2，在工程內擬修建3座提水泵站，在3個灌片區域內打造配套的渠系施工項目，采用矩形渠道施工技術，滿足農田水利工程所需，最終制定出施工方案。

（一）矩形渠道結構設計

在灌溉實踐中，渠道的流量是在一定范圍內變化的［3］。因此在施工設計過程中，技術人員和設計者應該準確分析流量變化對渠道的影響，尤其在設計渠道的縱橫斷面時，對設計流量進行推算，比如在一次連續灌水時間內，可以持續灌水的渠道叫做續灌渠道。其流量推算方式為：Qs=qsAs，也可以表示為Qs=Q（1+σL），其中As為渠道的灌溉面積，單位為hm2，Qs為設計流量，單位為m3/s，qs為設計灌水率，單位為m3/s·hm2，Q為渠道分出的總流量，單位為m3/s，σ為渠道單位長度的水量損失率，單位為%，L為渠道工作長度，一般單位用km來表示。其次，渠道縱橫斷面設計原理為依據最小流量和加大流量，確定渠道過水斷面尺寸，判斷下級渠道是否能夠引足相應的最小流量，校核下級渠道的水位控制條件，如果下級渠道的進水要求得不到滿足，可以抬高水位，最終確定渠道的斷面深度和堤頂高程。如果在兩個相鄰分水口之間忽略掉蒸發損失，則渠段內的流量可以視作一個常數，過水斷面面積不變，水流狀態的穩定性高，平均流速沿程不變，在這一狀態下渠床的阻力相對平衡，灌溉渠道有時會采用平底渠道，渠底比較值（i的值為0），如果是山丘區，其渠底比降參考值可以分為以下三種情況：（1）i=1/5000-1/10000之間，其流量范圍超過10m3/s；（2）i=1/2000-1/5000之間，其流量范圍在1-10m3/s左右；（3）i=1/1000-1/2000之間，其流量范要小于1m3/s左右；如果是泥沙較多的地區，其不淤比降參數如下：（1）i=1/500-1/1000之間，其流量范圍在0.5m3/s左右；（2）i=1/1500時，其流量范圍在1.0m3/s左右；（3）i=1/2000時，其流量范圍在2.0m3/s左右；（4）i=1/2500之間，其流量范圍在3.0m3/s左右；（5）i=1/3000時，其流量范圍在5.0m3/s左右；然后根據不沖不淤流速進行校核。

（二）側墻結構設計

矩形渠道的結構設計除了底板，還包括側墻，在完建期，側墻結構內力計算公式為墻后土壓力=土壓力荷載分項系數×墻后回填土的重度×矩形渠道的側墻凈高3/6，側墻底部截面彎矩設計值為土壓力荷載分項系數×渠道內水的重度×矩形渠內部的設計水深3/6，其側墻底部彎矩計算見表1。

（三）混凝土配合比

在矩形渠道施工技術的應用中，原材料主要有砂、水泥、碎石等，確保其顆粒清潔、質地堅硬、級配較好、耐久性好，也可以用由硬質巖石軋碎的人工砂替代，砂中不得包含團塊，也不能擁有其它有害雜質，尤其是鹽堿和有機物。其次含水量應該＜4%，度模數控制在2.2～3.0以內，巖石軋碎中含泥量不能超過3%，現澆混凝土所用的碎石為可以選擇級配良好的、質地堅硬的材質，大小為2～4cm即可，硫化物小于0.5%，含泥量維持在0.5%～1%之間即可，超徑含量小于5%，針片狀含量小于10%。此外，應采用生活用水來拌制和養護混凝土，混凝土配合比必須通過實驗確定，對于雙面立模一次成型的混凝土，必須滿足強度、抗滲、抗凍等要求。其次，對骨料也有一些特殊要求，若粗骨料粒徑選擇過大，可能出現蜂窩和磨面，因此粗骨料宜選擇二級配以內，小型渠道級配混凝土規格為5～20mm，骨料占40%～55%。在拌和過程中，原則上應采用機械拌制，嚴格控制拌制的質量并須達到設計要求，某些特殊渠段也可采用人工拌制，在地形較平坦的地區設置拌和機，控制區段長度一般在100～400m為宜，施工人員和管理者應該確保原實驗選定的配合比，依照此比例進行配料，常溫情況下拌和時間＞2min，將全部配好骨料一次性加入拌和機進行拌和，如發現有不均勻情況，應延長拌和時間，一般每次以拌和一袋水泥的混凝土混合料為宜。最后，由于小型渠道施工會受到交通條件的限制，為了防止因運輸距離太遠造導致的砂漿與石子分離，施工者可以在允許的時間內再拌和一次。

（四）混凝土澆筑

混凝土不能連續澆筑完畢，正是由于該種原因，后澆的混凝土的振搗將會破壞先澆的混凝土的凝結［4］。因此施工者必須預留施工縫，根據《渠道防滲工程技術規范》，伸縮縫的間距應根據渠基狀況、防滲材料和施工方式等，來確定具體的間距數值。比如：（1）對于砌石防滲渠道，防滲材料一般選取漿砌石，只設沉降縫；（2）對于混凝土防滲渠道，選擇不同的防滲材料，其橫縫和縱縫的間距也會不同，如果是現場澆筑的鋼筋混凝土，縱縫間距在4～8m之間，橫縫間距在4～8m之間；如果是現場澆筑的素混凝土，縱縫間距在3～5m之間，橫縫間距在3～5m之間；如果是預設鋪設的素混凝土，縱縫間距在4～8m之間，橫縫間距在6～8m之間。（3）矩形縫結構簡單施工方便，設置伸縮縫可以適應混凝土板的伸縮和地基的微量變形［5］。其寬度應根據縫的間距、氣溫變幅、填料性能和施工要求等因素確定［6］。填料盡量選擇無環境污染的彈塑性止水材料，變形性能大、粘結力強，比如可以利用石油瀝青聚氨酯接縫材料，或者分子之水管。

（五）質量控制和注意事項

在整個小型農田水利工程矩形渠道施工項目中，施工人員和現場管理者應該加強原材料的控制，所選擇的材料必須滿足施工要求，避免留下施工質量隱患，應檢查材料的規格及數量是否準確，查驗初凝時間應與設計方案保持一致，如果在檢測中發現質量不符合要求的材料，必須禁止其入場。其次，應該加強混凝土澆筑的質量控制，為了預防混凝土結構出現收縮變形的現象，在施工之前，應該設計混凝土配合比例，根據實際的情況預留一定的伸縮縫，在充分掌握骨料級配、水泥強度等情況下合理預留沉降縫，經過測算之后，確定合理的間距。此外，工程建成后，應加強工程運行管理，尤其是防滲渠道工程，應進行全面檢查和維修。特別是洪水前、暴雨后，施工人員應該確保極端的自然條件不會對矩形渠道施工項目產生消極影響，保證伸縮縫完好且不漏水，雨水也不能進入防滲層的背面，定渠內無淤積，渠堤無陷穴，防滲層的封頂要做到穩固完好，渠內不能出現裂縫和滑坡，渠道外坡與襯砌渠道要保持規定距離，嚴禁在渠堤進行種植、取土，周邊農戶和相關施工者不得擅自開挖放水口。最后管理者應該完善檔案管理，利用信息化技術，保存施工、管理和維修記錄，各部門應該做好技術交底，確保農田水利工程項目的施工質量可以達到預期，避免出現施工質量問題，強化項目的運行管理，詳細告知施工人員各種施工技術的方法，延長矩形渠道的使用壽命。

四、結語

綜上所述，小型農田水利工程矩形渠道斷面尺寸小，使得施工更加方便快捷，因此在今后工作中，應該做好矩形渠道結構設計，對設計流量進行推算，精細化計算側墻結構，合理調控混凝土配合比，優化混凝土澆筑，加強原材料的控制，防滲層的封頂要做到穩固完好，避免出現施工質量問題，最終提高矩形渠道的使用壽命，發揮其社會效益和經濟效益。