混凝土U型渠道在旧灌区改造中的运用

□付根希（宁县水务局）

混凝土U型渠道在旧灌区改造中的运用

□付根希（宁县水务局）

混凝土U形渠道是防止水量渗漏损失，扩大水利工程经济效益的一种新型渠道。根据近年来混凝土U型渠在旧灌区田间配套改造中运用的实践经验，以及对已建U形渠田间配套工程的调查，较系统地总结了宁县范围内各灌区对混凝土U型渠道的运用，提出了适应于该区的混凝土U型渠道的设计与施工方法。

混凝土U型渠；田间配套；运用

1.概况

宁县地处陇东黄土高原南部，是一个山、川、塬交错的残塬沟壑区。属暖温带干旱半干旱气候，光照充足，降水量少，蒸发量大，干旱威胁较严重。多年平均气温9.0℃，多年平均日照时数2423.2h，多年平均无霜期176d，年平均降雨量567.4mm，且分布不均，大部分降雨集中在七、八、九3个月内。年平均蒸发量1394.3mm，干旱指数为2.46。

宁县目前共建成农田水利工程544处，其中小（1）型水库1座，中型自流灌区2个，小型自流灌区16个，小型灌溉泵站85座，灌溉机井440眼，发展有效灌溉面积1.02万hm2，保灌0.76万hm2。由于灌区采用较落后的灌溉方式，水资源浪费严重，加之降水量逐年减少，水资源供需矛盾日益突出，灌区面积逐年递减。为了提高水的利用率，缓解水资源供需矛盾，充分发挥灌区效益。

2.工程建设的特点及意义

2.1 渠道整体性强、防渗效果显著

混凝土U型渠道运用后，渠系水利用系数由配套前的0.4～0.6可提高到0.8左右，每亩年可节水40～60m3。

2.2 水力条件好，流速快，输水输沙能力强

混凝土U型渠道下部为半圆曲线，符合水流的自然特征，近似最佳水力断面。U型渠道水流速度的加快，不仅提高了渠道输水能力，利于缩短灌溉周期，而且提高了水流挟沙能力，有利于引用高含沙水灌溉，扩大增产效益。以2007年维修改造的宁县长庆桥灌区为例，引用蒲河河道含泥沙水灌溉，梯型断面干渠每年可淤积0.1～0.2m，而U型支、斗渠无淤积现象，从而减少了清淤工作，年亩可省工1～1.5个工日。

2.3 抗外力性能好，能减少或避免地基冻胀破坏

U型渠道下部为半圆土槽，处于稳定状态，上部直线段土壤侧压力也较小。混凝土砌体下部为反拱结构，整体性好，在地基土壤冻胀作用下，能适应整体上抬，能充分利用混凝土良好的抗压性能。在2008年和2009年，据对宁县湘乐川灌区两次冬季运行的U型渠调查，未发现任何冻胀裂缝现象。

2.4 省工省料

U型渠道湿周短，衬砌材料用量相对减少，用工也较梯型衬砌少。以宁县新庄镇雨落坪大咀头提灌站田间配套为例，每公里可节约混凝土5.0m3，减少用工30个。此外，由于U型渠道具有良好的抗冲性能，可用于地面坡度较大的渠段，减少跌水、陡坡等衔接建筑物，同时由于渠口窄，桥梁等跨越建筑物跨度可以减少，一般可节省建筑物材料、投资的20%～30%。

2.5 便于管理

据观测，U型渠道在冬季行水好，两边不挂冰，浮冰能从倒虹吸等建筑物中顺利通过，不出现壅塞情况，从而减少了打冰、护渠劳力。同时减少整修堤岸、补修裂缝等维修工作量。

3.工程设计

3.1 渠道断面设计

U型渠槽水力条件和节省占地两者兼优的一般条件是H/B=0.7～0.75。但对于小型渠道，特别是流量很小的渠道，其深宽比可增大为H/B=1.0。近年来在旧灌区改造中的实践经验，一般在田间配套中渠道底弧半径R=10～60cm，衬砌厚度5～6cm。

3.2 预防地基冻胀的技术措施

一是减小断面的深宽比，采用宽浅断面，同时适当增大圆弧部分的刚度。

二是采用有利于拱底整体上抬的措施，使冻胀力降低。措施是在砌体靠土基一侧铺设塑料薄膜，其作用是不仅可以减小槽体上抬阻力，使各向冻胀力减小，而且也能减小渗漏。以2006年维修改造的宁县湘乐川灌区田间配套工程为例，在长为200m的高填方渠道上铺设聚乙烯薄膜后，效果很好。

三是基土换填，一般挖取易冻土壤深度的1/2～2/3，换填不易冻胀土壤，以改善基础条件，填土可以为砂砾石或灰土。

四是放缓直线段边坡，使直线的外倾角增大到25°。

3.3 混凝土设计

U型渠道所用的混凝土应符合水工混凝土的要求，必须具有不透水性、耐冻性和足够的强度。混凝土的强度标号一般为C15混凝土，U型渠衬砌的厚度不大，又处于干湿交替，冻融变换和温度波动很大的工作条件下，因而混凝土不仅需要有足够的强度，还应具有一定的耐久性，特别是U型渠衬砌边坡陡，施工时要求拌制的混凝土具有较小的塌落度，不致使拌和物从坡上塌下来，同时还要求具有较好的和易性，以便于震捣、抹平；要有较小的析水性，以获得高质量的混凝土和良好的表面。当施工条件确受限制，混凝土表面又难以达到要求时，为获得光滑的表面和降低渗漏，可在混凝土终凝前，在其表面抹1cm厚，标号为M7.5的水泥砂浆。有时,在混凝土中掺用加气剂和粉煤灰,可以提高混凝土的润滑、抗渗、和易性，并且掺粉煤灰还可达到节省水泥的目的。

3.4 伸缩缝设计

U型渠道不设纵向伸缩缝，只设横向缝，根据工程实践经验，小型渠道平均每4m设伸缩缝一道。伸缩缝的宽度应便于造型和填料的注塞，通常采用的缝形有矩形缝和梯形缝，矩形缝适于施工过程中夹入预制的填料，缝宽以2cm为宜，梯形缝适于现场灌填料，缝宽上口以2.5cm,下口以1.5cm为宜。伸缩缝填料应具有良好的热稳定性和与混凝土的粘结性、低温下的拉伸性。小型U型渠道上一般用沥青水泥砂浆预制板条或三毡四油，施工时应事先在缝内混凝土上涂刷底子油。

3.5 断面细部设计

衬砌体顶部与土基结合面的处理方法：浇筑混凝土时，使两翼伸出2～3倍的衬砌厚度；用灰土或素土夯实，或用草泥封闭两翼混凝土。

4.混凝土衬砌施工

U型渠道衬砌由于厚度小，强度、抗渗性、抗冻性要求高，因此对混凝土原材料的要求相应较高。水泥应采用425#硅酸盐水泥为宜，严禁使用保存时间过长、结块或标号降低的水泥。砂石料应质地坚硬、清洁、不含泥团、杂草、树根等；石子含泥量≤2%，砂子含泥量≤5%，砂石料粒径级配均应符合水工混凝土的要求，石子的最大粒径为衬砌厚度的1/2，超径数量≤5%；拌和混凝土的水应是洁净水，工业污水和生活污水均不能用作拌和或养护混凝土；混凝土的配合比为水灰比，一般按经验值取。

4.1 施工方法

混凝土U型渠道施工通常采用现场浇筑和预制安装两种形式。预制施工时，预制件质量容易控制，但预制件造价高，运输时破损严重，预制安砌工序较多，线型差，一般与土基结合不好，接缝多且处理困难，增大渗漏，通常出现土基失稳，引起砌体变形，甚至出现砌体悬空，整体坍塌现象。因此宁县除湘乐川灌区在20世纪70年代有部分预制件衬砌的渠段外，近年来均用现场浇筑的施工方法。

4.2 制模、支模、浇筑及拆模

模型可用木材或钢材制作，由于钢制模型坚固耐用，周转次数多，有利于混凝土的质量提高，表面也较光滑，并能节省木材，所以各灌区近年来田间配套工程均采用钢模型。

立模前应先挂好渠中线，在模形两端横梁上刻出中点，为防止底部混凝土的浇捣不严实，可先在底部铺一层混凝土，用木模拉成弧形，形状与内模断面完全相同，并压光，然后就位模型，使中线与模型横梁上的中点完全吻合，并且高低一致，再用水平尺放在横梁上校正整个模型垂直度，当水平气泡居中时则认为模型安装正确，然后四角临时固定，便可以开始浇捣混凝土。

浇筑一般采用隔块跳仓浇筑法，立好模型后，从两边同时入仓浇捣，每次入仓的混凝土的高度不超过10cm，如果机械振捣可达15cm，边入仓边捣实，直到顶部。浇筑混凝土时将夹板条贴紧已浇好的混凝土一边，混凝土浇筑完后再细心取出，即成伸缩缝。

拆模时间与气温有关，应在混凝土初凝后拆模。混凝土表面平整光滑与否，直接影响糙率、防渗性和抗冻性，因而拆模后，须认真将混凝土表面收光抹平，必要时可用砂浆压实抹光。

4.3 混凝土的养护

U型渠道由于构件薄，面积大，水分更易于蒸发，另外渠道长，给养护带来不便，特别是大面积施工，更应重视养护工序，以保证混凝土的质量和强度。养护通常是用洒水，覆盖湿砂、湿帘等，以保证混凝土的表面经常湿润。养护时间：硅酸盐水泥≥14 d，其它掺和料的水泥≥21d。

4.4 伸缩缝施工

伸缩缝施工时，用小钩、扒钉剔出缝内土、石等杂物，用竹刷或钢丝刷刷净缝壁、缝底，再用吹风器吹净缝内尘末，然后用破布擦净缝壁、缝底，伸缝缝清理干净后，先在缝内刷冷底子油一道，将按沥青：水泥：砂=1：1：4制成的沥青砂浆沿缝倒入，随即用小木板压填实，抹光表面，使与面边相平齐。用预制沥青水泥砂浆板条或三毡四油作伸缩缝填料时，则在混凝土的分块浇筑时，提前夹入。

4.5 渠道断面整修

渠道施工的最后一道工序是整修渠道断面，完成衬砌顶与土基结合面防水处理；清除渠内的堆土、杂物；按设计的堤顶高度、宽度和边坡整修，以达到设计要求。

5.结论

旧灌区改造中推广混凝土U型渠灌溉是一项费省效宏的新技术，是节水增产的一项重要措施，它的大力推广和发展必将给水资源日益溃乏的宁县农业生产带来可观的经济效益和社会效益，因而规范其设计和施工具有重要的现实意义，应在灌区改造中大力推广运用。

2012-09-25