劉發(fā)智，田振華

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

渠系建筑物小型組合式農(nóng)道橋制作與應(yīng)用探討

劉發(fā)智，田振華

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

小型農(nóng)道橋是跨越渠道連接農(nóng)田和道路的建筑物，是田間配套建筑物的重要組成部分。本文從小型農(nóng)道橋結(jié)構(gòu)型式和施工工藝入手，提出了一種預(yù)制組合式和批量工廠化小型農(nóng)道橋，該橋施工簡便、施工工期短，造價(jià)低，在實(shí)際應(yīng)用中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

渠系建筑物；小型農(nóng)道橋；組合式；工廠化

黑龍江省是農(nóng)業(yè)大省，現(xiàn)有耕地面積1187萬hm2，占全國耕地面積的10%以上，是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地。灌區(qū)是黑龍江省糧食安全的基礎(chǔ)保障，全省已建成灌區(qū)14.54萬處，其中大型灌區(qū)25處，灌溉面積38萬hm2；中型灌區(qū)361處，灌溉面積55萬hm2；小型灌區(qū)14.51萬處，灌溉面積211.8萬hm2[1]。2011印發(fā)的《關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》中央一號(hào)文件提出了把農(nóng)田水利作為農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重點(diǎn)任務(wù)，加強(qiáng)灌區(qū)末級(jí)渠系節(jié)水改造和田間工程配套，解決農(nóng)田灌溉“最后一公里”問題。為了貫徹“中央一號(hào)”文件精神，黑龍江省加快了灌區(qū)的現(xiàn)代化、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。隨著灌區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)進(jìn)行，需要建設(shè)大量農(nóng)渠、斗渠及灌排田間配套建筑物。灌排田間配套建筑物是農(nóng)田水利建設(shè)的重要內(nèi)容之一，而小型農(nóng)道橋是跨越渠道連接農(nóng)田和道路的建筑物，是田間配套建筑物的重要組成部分[2]。目前，黑龍江省的小型農(nóng)道橋建設(shè)量大面廣，地點(diǎn)比較分散，由于單個(gè)農(nóng)道橋規(guī)模很小，經(jīng)常出現(xiàn)不重視施工質(zhì)量控制的情況，工程實(shí)體質(zhì)量差，使用年限少。同時(shí)黑龍江省地處高寒地區(qū)，冬季封凍期長，田間工程施工工期短。為了加快田間工程的施工進(jìn)度，提高施工質(zhì)量，縮短工期，保護(hù)環(huán)境，盡快發(fā)揮工程作用，本文結(jié)合黑龍江省的季節(jié)特點(diǎn)，從研究設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和建筑物材料及防凍脹措施入手，對(duì)田間配套建筑物的結(jié)構(gòu)型式及施工工藝方法進(jìn)行改進(jìn)，提出小型組合式農(nóng)道橋預(yù)制結(jié)構(gòu)，對(duì)灌區(qū)的現(xiàn)代化、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 組合式小型農(nóng)道橋設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

組合式小型農(nóng)道橋采用簡支板橋設(shè)計(jì)，由基礎(chǔ)橋墩和橋面板兩部分裝配組合而成?；A(chǔ)橋墩尺寸為2.0 m×0.35 m×0.45 m，按結(jié)構(gòu)配筋；橋面板尺寸為2.0 m×1.0 m×0.15 m，通過簡支梁受力配筋計(jì)算，按雙層雙向配筋。通過對(duì)橋墩和橋面板的不同組合，可以組合成橋面寬度2.0 m，跨度為0.6 m和1.6 m的農(nóng)道橋，適合安裝在流量在0.1～0.9 m3/s之間的斗渠以下輸水、排水渠道上，能夠滿足人行及小型插秧機(jī)械行走。

1.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

混凝土配合比設(shè)計(jì)對(duì)于組合式小型農(nóng)道橋承載力及使用壽命至關(guān)重要，混凝土配合比決定建筑物的工程質(zhì)量，一方面混凝土有強(qiáng)度、耐久性、抗?jié)B性等多種性能指標(biāo)要求，另一方面各種原材料的性質(zhì)、拌和、溫控、施工等環(huán)節(jié)對(duì)工程質(zhì)量也具有影響。

組合式小型農(nóng)道橋預(yù)制混凝土滿足抗壓強(qiáng)度等級(jí)不低于C30，抗凍等級(jí)達(dá)到F250。各類材料選擇為水泥選用天鵝牌425水泥，性能符合GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》的規(guī)定；細(xì)骨料選用阿什河生產(chǎn)的天然砂，粒徑0.3～0.6 mm之間，其性能應(yīng)符合GB/T 14684-2001《建筑用砂》的規(guī)定；粗骨料選用礫石粒徑5～15 mm，采用2級(jí)配，嚴(yán)格控制粗骨料最大粒徑不超過鋼筋混凝土凈距的三分之二及構(gòu)件最小邊長的四分之一，性能符合GB/T 14685-2001《建筑用卵石、碎石》；混凝土拌合用水為廠區(qū)自控地下水，符合JGJ 63-2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。

混凝土配合比設(shè)計(jì)方法參照SL 352-2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定實(shí)行，混凝土的各類材料必須有合格證書及相應(yīng)資質(zhì)的檢測證明，根據(jù)設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)、耐久性和工作性要求，及生產(chǎn)模具的工藝條件、水砂骨料的情況，進(jìn)行混凝土的配合比試驗(yàn)。預(yù)制構(gòu)件的產(chǎn)品經(jīng)過相關(guān)單位檢驗(yàn)合格后才能進(jìn)行現(xiàn)場施工[3]。

1.3 抗凍設(shè)計(jì)

黑龍江省地處寒冷地區(qū)，渠系田間配套建筑物遭受凍害破壞相當(dāng)嚴(yán)重，近三分之一的田間配套建筑物不同程度的受到影響，水工建筑物不能正常運(yùn)行，嚴(yán)重影響工程效益的發(fā)揮。土的凍脹是在凍結(jié)過程中水分遷移和冰析作用的結(jié)果，對(duì)于地基而言，其凍脹的強(qiáng)弱主要取決于水、土、溫、壓四大影響因素，改變其中任何一種條件都可達(dá)到消減凍脹的效果[4]。

近年黑龍江省水利科技人員對(duì)田間配套建筑物在寒冷地區(qū)凍害與防治方面進(jìn)行了大量的研究與應(yīng)用，在基礎(chǔ)保溫形式等方面取得了顯著成效，經(jīng)過多年實(shí)踐總結(jié)，建筑物的基礎(chǔ)埋深并不是防治凍脹的唯一措施，當(dāng)工程的邊界條件一定時(shí)，附加壓力和負(fù)溫是外因，土和水是凍脹的內(nèi)因，而外來水分的遷移是產(chǎn)生凍害的主要因素，所以消除或減少外來水分的補(bǔ)給對(duì)抗御凍脹有特殊的意義。只要抓住凍脹中的水、土這兩個(gè)主要因素，在季節(jié)凍土區(qū)采用淺基礎(chǔ)凍脹是可靠的[5]。

組合式小型農(nóng)道橋的基礎(chǔ)抗凍措施采用淺基礎(chǔ)保溫和基礎(chǔ)換填形式來消除凍土對(duì)建筑物的凍脹影響。渠道兩側(cè)淺基橋墩長2.0 m×寬0.35 m×高0.45 m，下面鋪設(shè)回填砂礫墊層0.6 m，其下再鋪設(shè)一層厚0.1 m的聚苯乙烯保溫板做隔熱材料，允許整體結(jié)構(gòu)在垂直方向上產(chǎn)生一定的位移，見圖1。

圖1 農(nóng)道橋抗凍設(shè)計(jì)示意圖

2 工廠化生產(chǎn)與安裝

組合式小型農(nóng)道橋結(jié)構(gòu)簡單、強(qiáng)度高、施工方便，便于工廠化生產(chǎn)。預(yù)制組合構(gòu)件可在工廠車間進(jìn)行批量生產(chǎn)，節(jié)省人工費(fèi)和現(xiàn)場周轉(zhuǎn)材料，不受季節(jié)的影響。黑龍江省地處高寒地區(qū)，漫長冬季和農(nóng)業(yè)灌溉生長期間施工難度大，每年施工有效期約有5個(gè)月的時(shí)間，因此非施工期可以在工廠進(jìn)行預(yù)制，施工期進(jìn)行現(xiàn)場組合，縮短了施工工期。工廠化生產(chǎn)流程包括模具制作、澆筑養(yǎng)護(hù)、成品檢驗(yàn)、運(yùn)輸與存放四方面。

2.1 模具制作

模具制作選擇優(yōu)質(zhì)的型鋼鋼材作為模具材料，按照工程設(shè)計(jì)圖紙由專業(yè)廠家進(jìn)行加工制作。基礎(chǔ)橋墩模具尺寸為2.0 m×0.35 m×0.45 m，橋面板模具尺寸為2.0 m×1.0 m×0.15 m。模具尺寸參考黑龍江省祥晟水利科技開發(fā)有限公司裝配式混凝土矩型槽生產(chǎn)線振動(dòng)平臺(tái)，最大尺寸2.0 m，與其相匹配，適應(yīng)工廠化作業(yè)，便于組合安裝使用。

2.2 澆筑養(yǎng)護(hù)

按照工程定制模具和確定的混凝土配合比進(jìn)行澆筑，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，滿足強(qiáng)度要求，保證表面光滑平直且無蜂窩麻面現(xiàn)象。以祥晟公司裝配式混凝土矩型槽生產(chǎn)線振動(dòng)平臺(tái)來完成澆筑任務(wù)，平臺(tái)振搗，蒸汽方式養(yǎng)護(hù)，機(jī)械拆模、吊裝堆放。一套跨度1.6 m的農(nóng)道橋需要約3 t混凝土，鋼筋用量60 kg左右。

2.3 成品檢驗(yàn)

由具有資質(zhì)的專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品的性能進(jìn)行抽查檢測。預(yù)制混凝土板塊抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)指標(biāo)達(dá)到30 MPa，外形尺寸和表面色澤度光滑度等外觀質(zhì)量達(dá)到相關(guān)規(guī)定。圖2、圖3分別給出了跨度分別為0.6 m、1.6 m的農(nóng)道橋裝配實(shí)物圖。

圖2 跨度0.6 m農(nóng)道橋?qū)嵨飯D

圖3 跨度1.6 m農(nóng)道橋?qū)嵨飯D

2.4 運(yùn)輸與存放

預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸，分為場內(nèi)運(yùn)輸和場外運(yùn)輸兩種。為防止運(yùn)輸過程中構(gòu)件損壞，須注意以下幾點(diǎn)。

(1)相鄰構(gòu)件之間、構(gòu)件與車輛接觸部位應(yīng)以木塊或草袋等物墊襯。

(2)運(yùn)輸構(gòu)件時(shí)，最好一次性運(yùn)到安裝現(xiàn)場，盡量避免轉(zhuǎn)運(yùn)。

(3)裝車或卸車時(shí)，構(gòu)件要平穩(wěn)、緩起輕落，避免發(fā)生碰撞。

構(gòu)件應(yīng)按品種規(guī)格及質(zhì)量等級(jí)和生產(chǎn)日期分別堆放，堆放場地要平整，堆放層數(shù)不宜過多。

2.5 安裝施工

組合式小型農(nóng)道橋安裝簡單，施工步驟包括以下幾方面。

(1)基礎(chǔ)土方開挖

在基礎(chǔ)土方開挖前先放開挖線，采用小型挖掘機(jī)械進(jìn)行開挖，開挖過程中按開挖線進(jìn)行開挖避免超挖，并配合人工清理至基礎(chǔ)地面高程。

(2)鋪設(shè)保溫材料和礫石墊層

在挖好的基礎(chǔ)底部先鋪設(shè)一層厚0.1 m的聚苯乙烯保溫板，再鋪設(shè)0.6 m回填砂礫墊層。

(3)現(xiàn)場運(yùn)轉(zhuǎn)和安裝

采用小型機(jī)械將混凝土構(gòu)件運(yùn)至安裝現(xiàn)場，用挖掘機(jī)或鏟車作為吊裝機(jī)械，先將基礎(chǔ)橋墩定位擺放在鋪好的砂礫墊層上，再將橋面板直接放在橋墩上，搭接0.2 m，砂漿勾縫處理。

(4)回填土

采用挖掘機(jī)或鏟車回填構(gòu)件兩側(cè)土方，橋墩內(nèi)緊挨渠道兩側(cè)回填土與渠頂平齊，橋墩外側(cè)回填土與橋面板頂部平齊。回填基礎(chǔ)土石料以粗砂填筑為主，原土需人工夯實(shí)，不允許有雜草雜物等。未襯砌的渠道對(duì)護(hù)坡做處理，以免渠道邊坡受水流沖刷失去穩(wěn)定。

3 應(yīng)用前景

黑龍江省是糧食安全生產(chǎn)的主產(chǎn)區(qū)，灌溉面積大，田間配套建筑物眾多，小型農(nóng)道橋預(yù)制結(jié)構(gòu)和施工工藝的改進(jìn)，有利于發(fā)展綠色環(huán)保建筑，減少環(huán)境污染，改善灌區(qū)生態(tài)環(huán)境，符合經(jīng)濟(jì)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益，應(yīng)用前景廣泛。

4 結(jié) 語

本文從小型農(nóng)道橋結(jié)構(gòu)型式和施工工藝入手，提出了一種小型組合式農(nóng)道橋。工程實(shí)踐證明小型組合式農(nóng)道橋有3大優(yōu)點(diǎn)。

(1) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，預(yù)制結(jié)構(gòu)體積小、重量輕、強(qiáng)度高、適應(yīng)性強(qiáng)。

(2) 運(yùn)輸方便，安裝簡單，可以進(jìn)行現(xiàn)場組合安裝，提高了工程施工速度、縮短了施工工期。

(3) 適合工廠化生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，與同類現(xiàn)澆混凝土農(nóng)道橋相比節(jié)約原材料和勞力、降低工程造價(jià)。

[1] 黑龍江省水利廳，黑龍江省統(tǒng)計(jì)局.黑龍江省第一次水利普查公報(bào)[J].水利天地，2013(5)：6-8.

[2] 江朝煉.小型農(nóng)田水利工程之灌溉的設(shè)計(jì)問題探討[J].農(nóng)業(yè)與及技術(shù),2012,32(10):48.

[3] 叢全日.預(yù)制混凝土型槽在渠道中的應(yīng)用[J].水利科技,2014(31):30.

[4] 王奎海.淺談凍土對(duì)渠系建筑物的破壞及防治措施[J].東北水利水電,1994(4):29-30.

[5] 張景山.農(nóng)田渠系建筑物的防凍抗凍措施[J].東北水利水電,1995(2):25-29.

Study of fabrication and application about small combined agricultural bridge in canal system building

LIU Fazhi，TIAN Zhenhua

(HeilongjiangHydraulicResearchInstitute，Harbin150080，China)

The small-sized agricultural bridge is the building which links of farm and road,is an important part of the farm supporting building.From the small-sized agricultural bridge structure and construction technology,this paper proposes a precast slab and batch plant small-sized agricultural bridge,which has some advantage such as convenient construction,shorten the construction period,reducing cost etc.The conclusion is quite significance for reality.

canal structure；small farmers bridge；combined type；factory-like

黑龍江省財(cái)政廳科技專項(xiàng)(201406)

劉發(fā)智(1987-)，男，工程師，主要研究方向?yàn)樗?、水力學(xué)。E-mail：farysky@163.com

U448.16

A

2096-0506(2015)05-0013-04