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        混凝土U形渠在北方地區(qū)的應(yīng)用

        2014-10-29 06:16:34張素仁
        黑龍江水利科技 2014年11期
        關(guān)鍵詞:北方地區(qū)現(xiàn)澆砂漿

        張素仁

        (忻州市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院,山西 忻州034000)

        0 前 言

        隨著中央對(duì)農(nóng)村水利建設(shè)的重視,由中央牽頭、地方配套逐步對(duì)全國(guó)大中型灌區(qū)進(jìn)行了續(xù)建配套節(jié)水改造。經(jīng)過(guò)20 多年的渠系續(xù)建節(jié)水改造,到目前為止,大中型灌區(qū)干渠、支渠已基本建設(shè)完畢,現(xiàn)階段灌區(qū)末級(jí)渠系建設(shè)已全面展開(kāi),在已建設(shè)的渠道防滲結(jié)構(gòu)形式中,混凝土U 形渠道以造價(jià)低、進(jìn)度快、過(guò)流能力大、沿程水頭損失小、防滲效果好等特點(diǎn)被迅速推廣應(yīng)用。在我國(guó)北方地區(qū)由于冬季氣溫較低,在U 形渠出現(xiàn)初期使用較少,但是隨著U 形渠工藝、技術(shù)的不斷改進(jìn),經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐后也迅速的被廣泛使用[1]。

        1 混凝土U 形渠結(jié)構(gòu)形式和性能

        U 形渠斷面渠道采用底部為半圓或弧形,上部為一定傾角直線(xiàn)段的斷面形式,斷面符合水流的自然特性,近似最佳水利斷面,與常見(jiàn)的梯形斷面渠道相比,具有流速分布均勻,近似最佳水利斷面,流速較快,且渠底有一定的反拱作用,整體性好,能適應(yīng)寒冷地區(qū)地基不均勻凍脹變位,可以減輕凍害,減少裂縫和錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。下面通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,可明顯的看出,混凝土U 形渠在防滲方面的優(yōu)勢(shì)[2]。

        山西省翼城縣利民灌區(qū),采用靜水法對(duì)各種防滲渠道測(cè)試的結(jié)果見(jiàn)表1,1984年用靜水法對(duì)山西省祁縣曉義井片灌區(qū)各種不同形式渠道測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

        2 混凝土U 形渠主要適用范圍

        由于U 型渠通常埋深都比較淺,一般在凍土深度以上,在北方冬季必然產(chǎn)生凍脹壓力,混凝土U 型渠為素混凝土,經(jīng)過(guò)幾年凍融變化后,局部會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力和剪力,根據(jù)混凝土的屬性,它的抗拉、抗剪較弱,斷面大的相應(yīng)凍脹力、拉應(yīng)力越大,越宜破壞,且大斷面U 型渠的施工很難控制工程質(zhì)量,所以北方地區(qū)適用于小斷面U 形渠。

        經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐,一般U 形渠半徑≤1.1 m,以半徑r 為30 ~60 cm為最佳,混凝土厚度在4 ~10 cm。U 形渠半徑r 超過(guò)60 cm,采取平底U 形斷面或加大寬度U 形斷面,相對(duì)效果要好,但開(kāi)口寬度≤3 m為宜。

        表1 靜水法測(cè)試?yán)窆鄥^(qū)各種防滲渠道的滲漏強(qiáng)度

        表2 靜水法對(duì)曉義井片灌區(qū)各種不同形式渠道測(cè)試結(jié)果

        3 北方地區(qū)混凝土U 形渠常見(jiàn)的問(wèn)題

        通過(guò)對(duì)運(yùn)行多年的U 形渠觀(guān)測(cè),發(fā)現(xiàn)的U 形渠常出現(xiàn)問(wèn)題的主要集中為:

        1)U 型渠多出現(xiàn)底部裂縫,在冬季時(shí)明顯看到渠兩邊向中間彎曲,第二年春天又恢復(fù)原狀。

        2)渠道多在圓弧與直線(xiàn)交界處斷裂。

        3)渠道底部表面出現(xiàn)麻面,表層破壞。

        4)預(yù)制U 形塊砂漿脫落,整塊脫離渠道。

        4 針對(duì)北方地區(qū)U 形渠道問(wèn)題的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

        4.1 防止U 型渠底部裂縫的設(shè)計(jì)

        據(jù)《山西省U 形渠道防滲技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展》一文中介紹,U 形渠道裂縫的產(chǎn)生是必然的,留與不留伸縮縫的U 形渠道,都要產(chǎn)生橫向裂縫,產(chǎn)生橫向裂縫的原因除溫度應(yīng)力的作用外,還有可能與土壤失水后含水量減少產(chǎn)生干縮造成。既然裂縫不可避免,設(shè)計(jì)中就應(yīng)該在容易出現(xiàn)裂縫的增加伸縮縫的布置,必要時(shí)可在橫縫的基礎(chǔ)上加設(shè)縱縫。U 形渠應(yīng)2~4 m設(shè)置一道伸縮縫,縫內(nèi)填瀝青砂漿,在宜裂縫地段伸縮縫可為1 m一道,但最小≥0.5 m。除了增設(shè)伸縮縫根據(jù)不同情況還應(yīng)對(duì)U 形渠道進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

        4.2 防止渠道多在圓弧與直線(xiàn)交界處斷裂的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

        對(duì)于圓弧與直線(xiàn)段交界處得斷裂主要是直線(xiàn)段承受壓力太大造成的,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用寬淺式渠道,加大圓弧半徑,過(guò)流能力不變的情況下縮短直線(xiàn)段距離,達(dá)到減小直線(xiàn)段的土壓力和凍脹壓力。另一種方法就是加大直線(xiàn)段的傾角,降低荷載水平壓力。

        4.3 防止渠道底部表層破壞的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

        渠道底部表層破壞如不考慮施工質(zhì)量問(wèn)題,從設(shè)計(jì)方面分析主要原因①縱坡過(guò)陡,水流沖刷造成渠底破壞,②縱坡過(guò)緩,余水排不出去,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期侵蝕、凍融發(fā)生底部表層破壞,這種情況在北方為主要原因。

        第一種情況設(shè)計(jì)方案主要是調(diào)緩縱坡,增設(shè)跌水,使水流平順,不沖不淤;第二種情況,由于地形限制無(wú)法調(diào)整的,需增設(shè)退水口,將渠道低處積水排出[3]。

        4.4 防止預(yù)制U 形塊砂漿脫落的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

        預(yù)制塊砂漿脫落主要是砂漿標(biāo)號(hào)不夠,或冬季施工未采取保護(hù)措施,設(shè)計(jì)中應(yīng)提高砂漿標(biāo)號(hào),冬季施工需采取保溫措施,砂漿拌合中添加速凝劑,抗凍劑。

        4.5 U 形渠道的加固設(shè)計(jì)

        在土質(zhì)比較差的北方地區(qū)要對(duì)U 形渠道進(jìn)行加固設(shè)計(jì),主要方法有鋪設(shè)墊層、加設(shè)肋梁、鋪設(shè)土工布等措施。

        學(xué)校培養(yǎng)的人才要能服務(wù)于社會(huì),與企業(yè)崗位需求接軌。由于校內(nèi)的專(zhuān)任教師大部分都缺乏實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn),對(duì)于課程的教學(xué)是非常不利的。因此我們組織教師下到合作企業(yè)進(jìn)行頂崗實(shí)習(xí),提高實(shí)戰(zhàn)能力;指導(dǎo)學(xué)生參與企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目的部分實(shí)訓(xùn),感受企業(yè)崗位能力的要求;企業(yè)導(dǎo)師參與指導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目執(zhí)行,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,增強(qiáng)自信心,有效的實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的對(duì)接。

        鋪設(shè)墊層是對(duì)地基的加固,增加地基承載力,防止地基不均勻沉降破壞;加設(shè)肋梁是加強(qiáng)U 形渠自身強(qiáng)度;鋪設(shè)土工布,加強(qiáng)防滲,防止冬季發(fā)生滲透凍脹破壞。

        圖1 為U 形渠加設(shè)肋拱渠道斷面圖,圖2 為U形渠加設(shè)墊層斷面圖。

        圖1 U 形渠加肋梁橫斷面、側(cè)視圖

        圖2 U 形渠加墊層橫斷面

        5 北方地區(qū)建議采用預(yù)制U 形渠道

        根據(jù)已建成的U 形渠道,經(jīng)過(guò)對(duì)比就會(huì)發(fā)現(xiàn)在北方地區(qū),預(yù)制U 形渠道的使用壽命要比現(xiàn)澆的長(zhǎng)。經(jīng)分析,預(yù)制安裝的U 形預(yù)制塊質(zhì)量有保障,現(xiàn)澆混凝土在施工中常出現(xiàn)下列問(wèn)題:

        1)現(xiàn)澆U 形渠道是依靠土模來(lái)完成的,土模本身穩(wěn)定性差,再加上施工干擾,很容易變形,導(dǎo)致混凝土壁薄厚不均勻。

        2)現(xiàn)澆混凝土不易振搗,骨料混合不均勻,經(jīng)常出現(xiàn)石子下沉到底部,嚴(yán)重影響U 形渠的剛度。

        3)現(xiàn)澆混凝土由于施工進(jìn)度快,容易造成混凝土未完全凝固局部脫落現(xiàn)象。

        預(yù)制U 形渠,還有不受工作面限制的特點(diǎn),可以多段施工,預(yù)制塊加工簡(jiǎn)單,可批量生產(chǎn),可加快施工進(jìn)度。

        6 混凝土U 形渠在北方地區(qū)需注意的施工要點(diǎn)

        現(xiàn)澆混凝土U 形渠施工主要由土模開(kāi)挖、混凝土襯砌、割縫組成,預(yù)制混凝土U 形渠由土模開(kāi)挖,預(yù)制塊砌筑。

        6.1 U 型渠的土模施工

        U 型渠的土模施工是渠道質(zhì)量控制的關(guān)鍵,土模的施工為先把施工面整平,回填到襯砌高程,然后夯實(shí)達(dá)到規(guī)范強(qiáng)度,再進(jìn)行開(kāi)挖、修面最終形成U 形土模。施工企業(yè)為了節(jié)約成本,常用施工工序?yàn)橄韧诔蒛 形土模,后用U 型鐵模防護(hù),然后進(jìn)行渠道兩邊夯實(shí)。這種工序減少了土方回填和U 形渠范圍內(nèi)夯實(shí),顯然會(huì)造成U 形渠底部和兩側(cè)壓實(shí)度不足,是應(yīng)該嚴(yán)禁使用的。

        6.2 U 型渠混凝土襯砌

        U 型渠襯砌通常采用渠道U 形機(jī),這種機(jī)械的特點(diǎn)是自動(dòng)行走、自動(dòng)下料、自動(dòng)振搗、收邊壓頂一次完成。

        這個(gè)工序中混凝土的配比和振搗很重要,如果混凝土配合比掌握不好,水分太大,容易離析,石子下沉,水分小又不易黏合。

        振搗同樣很難控制,U 型渠一般在6 ~8 cm左右,一般的振搗棒根本無(wú)法使用,使用離心激振器也很難控制骨料均勻拌合。

        混凝土U 形渠使用U 形機(jī)襯砌,要控制前進(jìn)速度,一定要等混凝土塑性達(dá)到規(guī)范指標(biāo),才能襯砌下段。

        6.3 混凝土U 形渠預(yù)制塊砌筑

        預(yù)制塊砌筑關(guān)鍵是鋪設(shè)砂漿,施工工序?yàn)橄蠕佋O(shè)砂漿,后安裝預(yù)制塊,砂漿抹面后再安裝下一預(yù)制塊。

        施工企業(yè)經(jīng)常為了省工省料,先把預(yù)制塊全部擺放好,再填縫、抹面,這種工序很容易造成縫內(nèi)砂漿不飽滿(mǎn),造成砂漿結(jié)合不緊密,經(jīng)輸水沖刷,表面砂漿脫落。

        7 結(jié) 語(yǔ)

        混凝土U 形渠防滲技術(shù)可靠,節(jié)水效果好,應(yīng)用范圍廣,同漿砌石梯形斷面防滲渠道相比可節(jié)省投資20% ~60%左右,可節(jié)省土地20% ~30%左右,渠系水利用系數(shù)較土渠可提高45%左右,經(jīng)濟(jì)效益顯著。隨著北方地區(qū)各大中型灌區(qū)末級(jí)渠系節(jié)水改造工程的實(shí)施,混凝土U 形渠以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),極具推廣前景。

        [1]蘆琴. 混凝土襯砌渠道抗凍脹技術(shù)措施綜述[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2012(08):108,110.

        [2]王恒,趙力. 嚴(yán)寒地區(qū)灌溉渠道防滲抗凍脹技術(shù)研究[J].中國(guó)水運(yùn):下半月,2012(06):194 -195.

        [3]徐杰. 新疆地區(qū)渠道襯砌混疑土抗凍脹設(shè)計(jì)[J]. 陜西水利,2012(02):99 -101.

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