装配式渠槽结构应用优势分析

李伟亭，杨秋贵

(1.河南科光工程建设监理有限公司，河南 郑州 450003；2.河南省水利科学研究院，河南 郑州 450003)

1 工程概况

新三义寨引黄供水南线工程的主要任务是采用渠道引水灌溉。南分干渠浑水渠段长4.70km，其中兰考县境内长4.628km，民权县境内长0.072km；渠道设计流量为30m3/s，纵比降为1/5500，设计水深为2.5m。按照渠道总体设计，分别进行两种型式渠槽结构的布置，即1450m的混凝土护砌梯形渠槽，3250m的钢筋混凝土矩形渠槽，在流槽渠段的进出口各设15m长的混凝土护砌扭曲面连接段。矩形渠槽段的过水断面大，净宽9.1m；壁薄结构，渠道沿线地质条件复杂，为故黄河冲积粉细沙土；结构形式为河南省同类结构中较大断面，工程实践上尚无先例。自施工完成至今，三义寨引黄灌区的矩形渠槽结构运行多年，结构稳定，产生了良好的后期效益，其设计及施工、运行参数为装配式混凝土矩形渠槽结构的进一步应用提供了研究基础。

2 装配式结构在水利工程中的必要性

(1)传统作业方式的水利施工存在着原材料浪费严重、质量通病问题突出和现场管理难度大等问题，而装配式结构作为一种新型的水利施工方式，即采用标准化设计、工厂化生产和装配化施工作为主要生产方式，加快了水利工程的技术创新与发展，实现了水利工程构件大型化和多元化的设想，进一步提高了水利工程施工的效率，为水利建设的革新发展提供了新的方向。

(2)现阶段，国家对环保要求越来越严格，水利工程关系国计民生，但是在施工过程中受多种环境因素制约，产生的废水、废气、废料等在一定程度上会破坏自然环境和生态平衡。装配式构件由于采用工厂化作业，可以形成完成的产业链，实现节能减排、节约资源。它是优化现有作业方式的重要手段，是实现水利工程可持续发展、打造生态水利的又一有效途径。

(3)现阶段随着生育率的降低，人口老龄化的加剧，劳动力越来越少，而施工中人工费用占比较大，且劳动成本越来越高，装配式施工可以实现厂内流水作业，减少现场作业人员的投入，从而节约工程投资。

3 装配式渠槽与现浇渠槽对比分析

以新三义寨引黄供水南线工程现浇矩形渠槽为例，矩形渠槽侧墙高3.2m，厚20～30cm，墙顶处双排钢筋净距离仅10cm，浇筑费用高，质量得不到保障，立模难度较大，如果采用模板开窗，开口面积大，必增加立模工程量，质量也难以保证。由于壁薄入仓难度大，现场采用人工入仓，需要大量人工。另外，施工层板高，需要分层填筑，层层振捣，稍有不慎，就会出现漏振现象，从而导致缝隙不严密产生漏水、工作缝处的起台挂帘现象。

由于底板模板的架立和混凝土浇筑相对侧墙费用较低，如采用底板现浇，侧墙工厂预制现场安装的模式，可以有效解决上述问题，通过分析，底板现浇、侧墙预制的结构模式有以下几个优点。

(1)侧墙预制适合工厂内大规模流水施工，可以保障生产质量，提高生产效率，缩短施工周期。与现浇混凝土渠道相比，它可以保证侧墙外形尺寸精度，侧墙壁厚均匀，混凝土质量稳定，外观整洁，提升耐久性。

(2)发挥了现浇和预制的优势，侧墙预制采用的钢模板可以重复使用，节省模板费用和脚手架费用，有效解决了木制模板产生的胀模、漏浆现象。预制时侧墙可平放施工，极大地节约了人工和浇筑时间，从而降低混凝土浇筑费用，且侧墙可以一次浇筑成型，减少施工接缝带来的漏浆等现象。

(3)对现场天气及场地条件要求低，受降雨、高温、低温等恶劣自然气候、条件、环境影响因素小。因此，能最大限度地加快渠道现场施工，有效提高渠道工程施工效率。

(4)侧墙预制现场安装的效率高，较现浇侧墙省去了抹面、养护、伸缩缝的制作及砂浆勾缝等施工环节。由于减少了现浇结构的支模、拆模和混凝土养护时间，底板浇筑后，多个侧墙可同时进行安装，极大地缩短了施工周期，也相对减少了整体成本投入，具有良好的经济效益。

(5)对于挖方段需要较少的工作面。由于侧墙现场安装不需要设置脚手架，仅需留足安装空间即可，因此减少土方开挖和回填，节省临时占地，效率高、节能环保，大大减轻了征地等环境协调工作难度。

(6)对周边环境影响较小。侧墙预制安装减少了现浇作业量，因此也减少了运输扬尘和现浇噪音，减少了混凝土养护用水，使得施工产生的废弃物大大减少，降低了施工对周边居民的影响，符合生态环保需求。

4 装配式渠槽在水利工程推广应研究的问题

装配式混凝土渠槽虽然优势明显，在灌区工程中扮演越来越重要的角色，但是还存在钢筋精准定位难度大，施工技术难度大，需要解决钢筋连接，侧墙与底板、侧墙与侧墙的连接和止水问题。为进一步优化装配式渠槽在水利工程中生产应用的各种环节，应开展下列研究进行解决。

4.1 进一步进行构件连接技术开发研究

结合钢筋混凝土矩形渠槽等水利工程特征，综合考虑施工预制构件的建造质量水平，对现阶段焊接、灌浆套筒连接、螺栓连接、现浇连接等不同连接形式进行对比分析，重点针对不同连接形式的安全性、可靠性、耐久性进行分析，包括对水泥胶体与钢筋的黏结力、摩擦力、钢筋表面凹凸不平与混凝土之间的机械咬合力等进行静力学、动力学实验分析，并通过根据实验结构建立的有限元模型，计算出相关参数，找出混凝土和钢筋之间的传力规律，从而探索出装配混凝土在水利工程中新的连接形式及规范施工工艺流程，以便推广应用。

4.2 对装配式混凝土节点连接进行精准测量定位计算

由于装配式混凝土的节点连接方式复杂，一旦预制构件与其支承构件定位偏差，就会出现安装困难、集中受力的现象，造成施工局限性大、不利于推广应用的难点。通过三维定位测量技术等，研究出一种新型的装配式混凝土节点连接的精准定位方法，其重点是钢筋连接，从而便于施工，提高装配效率，以便于在实际工程中推广应用。

4.3 对配钢筋混凝构件土层间(节间)防渗及节点浇筑后防渗的处理进行开发研究

(1)装配式构件之间的连接防渗材料，符合水利工程的防渗、抗剪、抗压和表面抗冻等要求。

(2)针对大型装配式混凝土构件接缝较多，止水困难的特点，尝试研究一种新型的预留构件止水方法，在预制构件相关部位预留有止水槽，待构件吊装就位后，在止水槽内将橡胶止水带用螺栓、胶体等固定于止水槽底面，后期槽内采用材料封填。采用该种止水槽的预制构件，止水带直接浇入混凝土，耐久性较好，且施工相对方便，便于推广应用。

4.4 研发大型混凝土构件现场吊装技术

水利工程预制构件同民用建筑工程领域预制构件有很大的不同，即结构体积庞大、钢筋布置复杂、防渗抗冻等级高、耐久性和可靠性要求高，而且水利工程一般野外作业，场地条件比较复杂，所以要研发一套构件安全吊装新技术。

4.5 建立大型预制构件的结构可靠性、耐久性的评价方法

水利工程一般都是国家公益大项目，要求适用年限都很长，所以要对水利工程装配式混凝土结构进行可靠性及耐久性评价，预测这种结构形式的安全适用寿命。推进水利装配式建筑物向可靠、耐久、节能的方向发展，实现装配式矩形渠槽的工艺化设计、工厂化生产、装配式安装的产业化发展。

5 结论

装配式结构作为未来水利工程发展的方向，依托新三义寨引黄南线工程大断面矩形渠槽的结构研究，装配式渠槽结构能够进一步减少人工、节约土地、节省材料、降低管理运营费用。但现阶段仍存在钢筋连接、精准定位、防渗节点止水等关键应用问题，需要研究创新，在生产实践与理论研究中论证解决，尽早形成标准化工法。