混凝土预制“U”形槽在渠道防渗工程中的应用

李晨明

（湖南省双牌水库管理局 永州市 425000）

1 概 况

混凝土预制“U”形槽具有过水断面优、工程占地少、开挖量少、造价低、施工速度快、防渗效果好等优点，近年来，在我国的农业开发及末级渠道改造项目中得到了大规模的推广，双牌灌区自1999年在集义节水示范区试点应用，2001年开始在灌区的支斗渠等末级渠道上推广应用以来，综合效益十分明显，据测算，水的利用系数可达0.96，较适合在灌区输水流量在（0.04～3.0）m3/s之间的支、斗、农渠上进行防渗。但混凝土预制“U”形槽防渗工程的质量及应用效果的优劣，很大程度上取决于混凝土“U”形槽的选择、工程的选址、施工安装及建后管护。在此，笔者根据自己多年从事混凝土预制“U”形槽防渗工程的设计及施工管理的经验，就混凝土预制“U”形槽在渠道防渗工程中的应用进行一些探讨。

2 规划设计

2.1 位置的选择

选择使用混凝土预制“U”形槽的防渗渠道应尽量避开潮湿较松软的塑限或流限土,因为这种基础清基难以彻底，侧推力大，而混凝土预制“U”形槽自重小。一般DU40槽重52.5kg/m，DU80槽重105kg/ m，DU120槽重200kg/m，土侧重压力远远大于槽身重量。根据施工经验，如遇潮湿较松软的塑限或流限土的基础，一般可采用打桩或干砌石抛填处理，还可在槽的背面采取建挡土墙方式处理，以抵御土侧压力。

在山区渠道选用混凝土预制“U”形槽防渗时，在内侧应预留（0.6～0.9）m的通道，便于施工时胶轮斗车运输材料及工程建成后的管护。

2.2 渠道布置

丘陵山区的渠道工程，其布置方式一般有两种，平地渠道大多为“路-渠-路”形式，山区渠道一般为“路-渠”形式。使用混凝土预制“U”形槽防渗时，为便于维护、节约土地、群众容易接受及方便施工等因素，仍可采用“路-渠-路”或“路-渠”形式。双牌灌区近年在使用混凝土预制“U”形槽防渗时，主要采用上述两种布置形式，取得了较大成功：一是充分利用了原渠道，减少了工程量，避免了大量的土石方开挖；二是减小了渠道断面，增加了路面宽度，使施工及运行中的交通条件得到改善。

2.3 断面设计

2.3.1 渠道流量的确定

混凝土预制渠道的设计应根据灌溉面积、作物品种及布局来确定“U”形槽的断面尺寸。简单地可采用灌溉面积确定引用流量的方法，据双牌灌区的经验，一般按照每万亩引用流量0.6m3/s的标准进行流量的估算，通过对灌区农田、经济作物面积的细致调查，确定渠道的设计引用流量，避免造成引用流量过大，增加建设成本。

2.3.2 渠道断面形式选择及尺寸确定

双牌灌区近年安装的混凝土预制“U”形槽大多以DU40、DU80（图1）为主，对于引水流量较大的渠道，若需要采用混凝土预制“U”形槽防渗时，可选用变形槽（图2）。变形槽即在预制槽底加混凝土预制块增加流量，或将渠底用现浇混凝土建成平板渠道，达到增大灌溉流量目的，拼装时，混凝土预制槽倾角一般控制在15°以内。

图1 预制U型槽

图2 变形预制U型槽

2.3.3 渠道比降的确定

双牌灌区山区渠道的渠首水位远高于农田平均高程，若按此设计比降，其比降势必较大，“U”形渠槽防冲能力虽然满足如此高速水流冲击，但施工难度比较大，外观不舒适，通过施工实践及经验比较，笔者认为：在山区防渗渠道坡降应控制在（1/1000～ 1/5000）之间，通过设置消力池调节渠道坡降，这样既能满足使用，又非常美观，还可减少土石方开挖量降低工程造价。

2.3.4 “U”形防渗渠道的设计

“U”形防渗渠道的设计包括标准混凝土预制“U”形槽渠道和变形槽渠道的设计。

（1）标准混凝土预制“U”形槽渠道的设计，可根据灌溉水量，控制面积，选择适宜的渠道比降，参照附表，选择不同规格的混凝土“U”形槽型号。

附表 混凝土预制“U”形渠道输水能力表 糙率n=0.014

从附表可知：在底坡及糙率系数已定的前提下，渠道的过水能力取决于渠道的横断面形状及尺寸。

（2）变形槽渠道的设计。渠道底板宽度与“U”形槽高度决定渠道输水能力的大小。渠道底板宽度可按明渠均匀流的流量公式计算确定。

3 施工技术要点

双牌灌区于1999年在集义节水示范区试点应用混凝土预制“U”形槽防渗渠道1200m开始，2001年又在一支渠施工安装的混凝土预制“U”形槽防渗渠道3500m，2002年在八支渠施工安装的混凝土预制“U”形槽防渗渠道1500m，运行至今，基本完好无损。但如果施工未按照设计到位，将会出现少量变形、裂缝等病害。据笔者现场分析，出现变形、裂缝。主要有以下几个方面原因：一是渠道基础及槽背面的填土夯实不到位，杂物未清除干净；二是防渗渠两侧未建浆砌石分界面，农户扩充土地，导致渠台基础失稳，引起渠道变形；三是渠道施工时间要求紧，施工质量控制不严，混凝土槽（板）质量不好；四是渠口顶混凝土表面撒干水泥灰抹平，运行时间稍长，表面脱落，形成剥离状；五是在浇渠口混凝土压顶时，土壤处于松软状态，无法夯实，待土壤干缩后，底部形成较大间隙或空洞；六是衬砌后的“U”形槽防渗渠道管理不到位，责任不明确。

要防止混凝土预制 “U”形槽防渗渠道出现变形、裂缝等病害，在施工时必须把握住混凝土预制“U”形槽安装施工的技术要点。

混凝土预制“U”形槽防渗渠道施工的一般要求为：“平、直、顺、滑、稳”，也就是常规要求的三面四条线，即：渠槽面、渠口的两平面要求平整、光滑、密实；底线、两条渠内口线和两条渠外口线要求顺畅，尽量直顺。必须把握的施工步骤及技术要点为：

（1）校测定线：确定渠道走线，核实设计纵坡，计算挖填高度。

（2）整平工作面：用铲车铲高填低，使渠道高度在设计高度的2/3左右，对于填方则需分层碾压。

（3）施工定线：在校测的基础上，重新在整平的工作面上确定中心线和挖填高度。

（4）开挖基槽：按照设计要求开挖基槽（一般为梯形渠道），整平渠底，使土模底线符合设计纵坡，同时留有一定的施工线，如铺设防渗布或塑料布，需开挖成复式断面并清理杂草和硬坡，进行断面整修。

（5）回填：在开挖好的基槽上，定中线、放槽具，然后回填。回填时两侧应同时进行，并用石夯或木棒分层夯实，当进行下一模时，模具后端应留在上一模有（20～30）㎝，以保证渠线的一致和两次回填土的有机结合。

（6）顶压顶封口：为了增加“U”形渠槽的稳定性，防止地表水注入“U”形槽背面，减少槽身外水压力，渠顶口应浇筑混凝土盖顶封口。此道工序除上述作用外，还可增加渠道的美观，保证渠道的整体性。封口混凝土为C15，一般宽（10～20）cm，厚（10～15）㎝，混凝土基础一般分层夯实，有条件的地方最好铺（3～5）㎝左右中粗砂或碎石渣。

在完成上述施工步骤，把握好施工技术要点的同时，还要注意以下几方面的问题：

一是勾好缝。板与板之间的勾缝，是提高防渗效果的关键。也是保证渠道整体性的关键。因此，板缝宽必须控制在（1.5～2）cm；缝内泥土及杂物必须用钢筋钩或其他器具清除；渠内杂物及泥土必须清除干净；板缝表面必须用水冲洗干净。灌缝材料可采用C10细石混凝土或用M10水泥砂浆，待灌缝材料初凝后，加抹表面，并刷素水泥浆，一般不勾凸缝，勾好缝后，要用喷雾洒水养护，防止砂浆早期干缩裂缝。

二是预留好伸缩缝。小型渠道一般不设纵缝，只在垂直水流方向设置横缝，缝间距一般为（10～20）m，缝宽2cm，伸缩缝填筑前，应先用钢筋钩或其他器具清除缝内杂物及泥土，并冲洗干净，待缝壁清洁干燥，再用熬拌好沥青砂浆灌入缝内，迅速沿槽面抹平。

4 工程建后管护

（1）土渠在“U”形槽安装前，应对基础土壤的稳定性进行分析，潮湿松软的土壤应换干粘土后，分层夯实。旧渠道改造基础，清除底层残留建筑物后，再用混凝土或砂浆铺垫，严禁在旧基础上安装“U”形槽，以免导致旧基础底部空洞残留，造成新的返工。

（2）现浇混凝土压顶时，要严格控制水灰比。严格按设计要求配比，切忌用水泥砂浆代替混凝土，混凝土厚度必须大于6cm，以充分利用混凝土抗拉性，混凝土拌合均匀后，方可浇筑，严禁撒干水泥，重视混凝土的养护及保护，避免人为破坏，影响外观。

（3）业主应与施工单位签订工程质量保修责任状。

（4）防渗渠道建成并经上级验收小组验收合格后应及时交予受益单位，由受益单位负责管理，从而保证工程的长期效益。