新型装配式涵闸在农田水利工程规划设计中运用分析

仲 凯 杨晓飞

(盐城市水利勘测设计研究院有限公司，江苏 盐城 224000)

引言

自环境保护、节能减排上升至国家战略高度后，装配式建筑形式受到广泛关注和使用，当前，此类建筑形式在农田水利工程中发挥着越来越重要的作用。通过应用新型装配式涵闸，能够缩短工程、降低成本的同时，减少环境污染，增强工程社会效益。为更好推进新型装配式涵闸，对其运用要点进行分析是必要的。

1 探讨农田水利工程规划设计中新型装配式涵闸的运用意义

农田水利工程作为兼具经济效益和社会效益的重要工程，其建设质量对解决周边用水和灌溉等问题以及社会发展具有重要意义。以往传统涵闸建设主要是现场浇筑，具有较多湿作业，不仅施工时间较长、管理难度较大，整体质量也无法得到保证，无法满足日益发展的农田水利工程建设与发展需求。但通过运用新型装配式涵闸，能够有效解决以上问题，同时还具有以下意义。

第一，新型装配式涵闸的使用有利于提高工程整体质量与建设效率。由于部分农田水利工程建设单位规模较小，施工、管理人员整体素质良莠不齐，外加冬春修水利带来的时间限制，导致实际施工过程中难免存在一些问题，进而无法满足养护条件和工程质量。但装配式结构最大特点是预制构件在工程建设开展前就已经在工厂制作或完成，大部分施工作业为现场安装，不受现场施工条件及季节的影响，而且，能够与土方工程一同开展，保证施工质量的前提下施工效率大大提升。

第二，满足文明施工要求，保护环境、节约资源。对于农田水利建筑工程而言，常规工程涉及较多混凝土等湿作业工作，且具有较大噪声，污染环境的同时影响周边居民正常休息。但新型装配式涵闸的使用极大地减少了现场湿作业，而且，施工构件和钢模板可以反复使用，节约建设资源与资金，增强了工程经济效益和社会效益。另外，装配式涵闸后期维修、更换较为简单，即便出现构件损坏也能够灵活调整，减少损失和浪费的同时保证建筑运行质量。

2 分析农田水利工程规划设计中运用新型装配式涵闸的要点

2.1 新型装配式涵闸应用结构

农田水利工程规划设计中运用新型装配式涵闸时，需要于施工现场开展构件安装作业，所以，为保证新型涵闸满足装配式构件预制、运输以及后期施工等原则，设计、拆分涵闸结构时应把握以下要点：(1)新型涵闸平面形状长宽比、宽高比合理，严格控制局部凹入和突出尺寸，刚度、质量均匀分析，形状简约、对称。(2)竖向布置，涵闸中需要承受竖向力的构件，其刚度与截面尺寸均应该从上至下、以对称状态逐渐加大。(3)划分构件时，重点考虑后期安装简易程度以及整体受力合理性，保证对称配筋[1]。

与此同时，满足上述原则的基础上，还应考虑安装和运输的简便性，为此，将新型装配式涵闸划分为以下构件。具体如下图1所示。

合理划分新型装配式涵闸组成构件后，为提高运用质量，需掌握连接方式，并保证涵闸建筑物的稳定性与耐久性。一般情况下，干连接和湿连接是装配式建筑物主要的连接方式，前者使用机械套筒、螺栓、预应力以及焊接等，后者则是灌浆、桦式接头以及浆锚连接等。对于田间水利工程而言，考虑此类工程的操作性、经济性和安全性，主要使用综合型连接方法，即桦式接头和螺栓连接，从而整合干、湿连接优点，同时辅以橡胶垫止水，以此减少构件之间的刚性接触。具体连接方式如下表1所示。

图1 新型装配式涵闸构件

2.2 新型装配式涵闸应用要点

在田间水利工程中运用新型装配式涵闸时，为保

表1 新型装配式涵闸构件连接方式

证涵闸建设质量以及后续投入使用作用最大化，需要对多种因素进行综合分析与考虑，以此掌握应用要点。具体如下。

2.2.1 分析新型涵闸结构和稳定性

首先，确定新型涵闸尺寸。由于尺寸与实际灌溉面积、过水流量以及上下游水深等之间具有密切联系，因此，假设工程灌溉面积为600亩农田，上下游水深分别为1m和0.9m，过水流量0.4m3/s，涵闸底部高程为渠底高程，圆管涵长度、渗径系数、防渗长度均为6m，圆管涵直径80mm。另外，建筑投入使用后会受到冲刷影响，为此，上下游板底长度、闸门高度、安装提升高度分别为2.4m、1.3m、1.1m，挡墙高度为闸门高度与安全提升高度总和，即2.4m，翼墙前端以及与挡墙接触侧高度分别为0.6m和2.4m，使用混凝土材料标号为C30。新型涵闸正视图如图2所示。

图2 新型装配式涵闸正视图

2.2.2 分析位移

涵闸处于完工无水和正常运行两种状态下时，其位移特性存在一定差异，所以，为掌握涵闸竖向沉降和横向位移等参数，应用新型装配式涵闸时可以使用Abaqus三维数值分析软件进行位移特性分析[2]。当涵闸处于完工但未投入使用的状态下时，主要受到静荷载作用，在该情况下，新型装配式涵闸出现的最大沉降位移主要发生于涵管垫块处，而最大横向水平位移则发生于底板下游段；当涵闸处于正常运作状态下时，最大沉降位移位置变化为上游挡墙端，而最大横向水平位移发生于下游底板端。为进一步保证新型装配式涵闸运用质量，应通过对比两种工况下的位移量掌握各项参数，把控方向。当涵闸处于完建期时，其竖向位移最大值、最小值、沉降值分别为1.82mm、1.38mm、0.44mm，而正常使用状况下的竖向位移最大值、最小值、沉降值分别为0.34mm、0.13mm、0.21mm，位移情况普遍小于完建期。在水平位移方面，当涵闸处于完建期时，其最大水平位移参数为0.25mm，正常运作状态下，水平位移最大参数为0.34mm。通过与农田水利涵闸设计标准与规范进行对比，该装配式涵闸地基最大沉降量在允许值30mm以下，最大沉降差在20mm以内，因此，该结构具有较强稳定性，符合农田水利工程运用要求。

2.2.3 分析应力

由于应力的产生可能会对新型装配式涵闸使用期间的安全稳固性造成影响，为此，在将其运用于农田水利工程规划设计中时，应开展规范的应力分析工作，该环节仍需结合两种工作状况，从而准确分析应力情况。当该涵闸处于完建期工况时，垫块处会发生最大拉应力，而最大主压应力则产生于管涵处；当涵闸处于正常运作工况时，最大拉应力和最大主压应力的产生位置并未发生变化，但数值根据实际情况会产生大小变化。因此，不同工况不会影响新型装配式涵闸应力产生位置造成变化，仅会影响应力值大小。具体参数为：在完建工况下，上游底板、下游底板、上游挡墙、下游挡墙、上游翼墙、下游翼墙、管涵以及垫块的最大拉应力分别为0.57MPa、0.47MPa、0.58MPa、0.35MPa、0.14MPa、0.10MPa、0.18MPa、0.66MPa；正常使用工况下的最大拉应力分别为0.22MPa、0.10MPa、0.28MPa、0.14MPa、0.05MPa、0.03MPa、0.09MPa、0.25MPa。当涵闸处于完建期时，仍按照该顺序，最大主应力分别为0.42MPa、0.47MPa、0.61MPa、0.55MPa、0.75MPa、0.81MPa、1.11MPa、0.24MPa；正常使用状态下，涵闸的最大主应力分别为0.21MPa、0.11MPa、0.32MPa、0.21MPa、0.25MPa、0.17MPa、0.48MPa、0.31MPa。

2.2.4 分析新型涵闸整体稳定性

当新型装配式涵闸投入使用后，主要受到扬压力、土压力、重力、水压力等作用力的影响，为此，应分析此类涵闸正常使用工况下的水平力和垂直力，具体参数如表2所示。

表2 新型装配式涵闸正常运作期间水平力与垂直力

由此可见，在农田水利工程规划设计中应用新型装配式涵闸时，应结合工程具体运用目的，根据工程需求进行差异化设计，同时根据不同工况下各项要素的影响情况判断涵闸稳定性等方面是否符合要求。规划设计与运用要点为。

第一，当新型装配式涵闸处于完建期工况下时，最大沉降位移发生于涵管垫块处，而当其处于正常运行状态下时，其最大沉降位移发生于上游挡墙端。而最大横向水平位移无论在哪种工况下所处的位置不变，变化的仅有参数。因此，在新型装配式涵闸实际设计和运用过程中，相关工作人员应根据不同工况分析其最大沉降位移和最大横向水平位移发生的位置和参数，判断各项参数是否符合相关规范要求，若是不符合应及时调整结构，为后续使用的安全稳固性提供保障[3]。

第二，分析完建期工况和正常运行状况下涵闸的最大拉应力和最大主压应力，掌握其发生位置与参数，结合混凝土具体标号判断新型装配式涵闸是否满足强度要求。

第三，当新型装配式涵闸处于正常使用状态时，需对其抗滑稳定系数和抗浮稳定安全系数进行计算，判断其是否满足设计要求，从而保证新型装配式涵闸具有较高稳定性，得以在后续投入使用后充分发挥作用。

2.3 新型装配式涵闸应用质量控制

运用新型装配式涵闸时，其质量控制要点应落实在以下三个方面。

第一，控制构件预制工艺质量。即控制混凝土拌合作业，进场前落实材料检验工作，合格后方可进入使用场地，同时，严格控制材料配比，使用强制式拌合机拌合混凝土，控制材料使用量偏差，拌合时间3min以上。另外，预制模板作为主要施工材料，相关工作人员应将模具浸泡于15%～20%浓度的稀盐酸溶液中，时间控制在5min～10min范围内，之后使用洁净球进行杂物清理，使用软毛巾和洗衣服清洗两遍，最后将模具晾干刷涂CXP脱模剂，浓度3%。除此之外，控制混凝土浇筑与养护要点，即保证混凝土模具浇筑的连续性和振捣时间的充分性，避免内部存在气泡，完成构件浇筑作业后根据实际施工条件科学选择养护方式开展养护作业，例如，蒸汽养护、远红外线养护等，立足于经济性和环保性，科学选择养护方式，保证养护质量。

第二，控制预制构件吊装与运输质量。质量控制重点是吊装方式的选择以及吊装顺序，均应按照施工现场实际情况和条件进行选择，其中，构件与吊索水平夹角应在45°～60°之内，且吊装过程不可出现大幅度摆动[4]。构件运输方面则应选择载重汽车，凭借此类交通运输工具的安全稳定性、效率高以及装卸方便等特性，保证运输质量，避免造成构件损坏。

第三，安装质量控制。开展构件安装作业时，要在吊装就位后检查螺母是否拧紧，并进行橡胶垫的铺设，按照安装程序规范落实安装作业。其中，在安装预制构件时，相关施工人员应使用小型吊机，且掌握以下质量要点：一是检查构件质量，判断是否存在破损情况以及其安防面是否按照要求清洁完毕；二是对构件位置和型号进行核对，保证其一致性后，确保锚固长度符合安装设计要求；三是对安装后的构件进行检查，判断是否与搁置面紧密接触，并将多余橡胶垫剪切。

3 结 论

综上所述，新型装配式涵闸对农田水利工程建设质量、各项效益的实现以及行业发展具有极强现实意义。因此，在实际运用过程中，相关工作人员应立足于实际设计涵闸结构，并落实稳定性、应力等分析工作，以此保证其运用的安全稳定性。