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        新型U 形結(jié)構(gòu)在渠系防滲建筑物中的研究與應(yīng)用

        2015-03-27 03:26:20武永娜孫景路張守杰
        黑龍江水利科技 2015年10期
        關(guān)鍵詞:形槽渠系鍍銅

        武永娜,孫景路,張守杰,張 濱

        (1.黑龍江省牡丹江水文局,黑龍江 牡丹江157000;2.黑龍江省水利科學(xué)研究院,哈爾濱150080)

        在渠系建筑物中,U 形槽得到了較為廣泛的應(yīng)用,但是傳統(tǒng)的U 形槽結(jié)構(gòu)存在尺寸小,生產(chǎn)、安裝工藝不夠合理,滲流損失大等問題。新型的U 形槽結(jié)構(gòu)解決了以上的問題,并得到推廣應(yīng)用。

        1 渠系防滲結(jié)構(gòu)研究應(yīng)用進(jìn)展

        1.1 渠系建筑物產(chǎn)品開發(fā)研究應(yīng)用進(jìn)展

        U 型槽結(jié)構(gòu)形式在水利工程中廣泛的被采用,尤其是中小型閘、壩、涵洞、渡槽、跌 水等,進(jìn)出口連接段多采用這種結(jié)構(gòu)形式[1]。U 型混凝土槽過水?dāng)嗝娼咏ψ罴褦嗝?,水力條件好,過流能力大,具有防滲效果好、抗凍脹、渠道占地面積小等優(yōu)點(diǎn)[2]。目前,常用的U 型槽長度在0.5 ~1.0 m,預(yù)制件分為整體式和組裝式,整體式規(guī)格多用UD30,UD40,UD50,UD60[3-4]。成都雙流縣從1990 年起開始全縣在農(nóng)、毛渠整治上推廣使用混凝土預(yù)制U 型槽,規(guī)格從U30 至U 100,以U50 和U60 最為普遍[5]。新疆地區(qū)常用的整體式規(guī)格有D60、D80、D100、D120、D140 等5 種[6-7]。

        1.2 渠系建筑物接縫處理研究應(yīng)用進(jìn)展

        目前U 型渠項(xiàng)目中,大部分是采用預(yù)制U 型槽的U 型渠,該類型渠完工后不久就會(huì)出現(xiàn)裂縫和沉降,甚至因施工過程中進(jìn)水口與出水口設(shè)置不合理導(dǎo)致破壞的現(xiàn)象[8]。槽底高程符合比降高程的要求后,從渠首至渠尾逐塊進(jìn)行安裝,預(yù)留3 ~4 cm 伸縮縫,用瀝青或?yàn)r青砂漿填充。U 型槽接頭縫口是整條渠道的薄弱部位,渠槽在運(yùn)行中出現(xiàn)滲漏或位移現(xiàn)象均發(fā)生在接縫上[9-10]。U 型槽混凝土強(qiáng)度一般為C15 ~C20,強(qiáng)度偏低,尤其在寒區(qū),強(qiáng)度其抗凍要求較高,現(xiàn)有的U 型槽相關(guān)指標(biāo)很難到達(dá)使用要求。

        1.3 渠系建筑物生產(chǎn)工藝研究進(jìn)展

        通過預(yù)制U 型槽的建設(shè)及應(yīng)用,輸水渠道自身的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益能夠得到最大限度的發(fā)揮[11]?;炷罸 形槽預(yù)制件是90 年代開發(fā)出來的一種供農(nóng)業(yè)輸水溝道建設(shè)需要的特殊產(chǎn)品[12]。目前研制成功的混凝土U 型渠槽預(yù)制機(jī),有手動(dòng)式(QY-l 型)和電動(dòng)式(QY-2 型)兩種。電動(dòng)式混凝土U 型槽預(yù)制機(jī)械可分為3 大部分:彎曲成型機(jī)、U型槽定型機(jī)及其配套機(jī)械、工具等[13-14]。

        2 渠系建筑物新型結(jié)構(gòu)體系研究與應(yīng)用

        2.1 新型U 形槽的結(jié)構(gòu)尺寸

        傳統(tǒng)的U 形槽的結(jié)構(gòu)尺寸較小,U 型槽長度約0.5 ~1.0 m。新型U 形槽的長度為2 m,并且型號(hào)較多,可以適應(yīng)不同的環(huán)境條件,具體技術(shù)參數(shù)見表1,結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

        表1 新型U 槽技術(shù)參數(shù)

        圖1 新型U 形槽的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖

        2.2 新型U 形槽的力學(xué)性能

        鍍銅鋼纖維為高性能增強(qiáng)纖維,由超高強(qiáng)度的冷拔鋼絲經(jīng)鍍銅工藝加工而成。鍍銅微絲鋼纖維長度12 ~14 mm,直徑0.18 ~0.23 mm,具有超高的抗高強(qiáng)、抗拉、抗磨、抗裂、抗彎、抗拆、抗沖擊等性能,廣泛用于高速鐵路,地鐵等軌道交通中。由于摻加鍍銅鋼纖維,所以混凝土和鋼纖維具有較大的握裹力,抗壓強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到C50,抗凍標(biāo)號(hào)達(dá)到F300,產(chǎn)品出廠前抗壓強(qiáng)度測試及抗凍測試見圖2 和圖3。

        2.3 新型U 形槽結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性能

        遇水膨脹橡膠是一種獨(dú)特的橡膠新產(chǎn)品。該種橡膠在遇水后產(chǎn)生2 ~3 倍的膨脹變形,產(chǎn)生巨大的接觸壓力,徹底防止?jié)B漏。通常遇水膨脹橡膠在封閉條件下使用,遇水后膨脹率并不能達(dá)到其靜水最大膨脹率,因此就產(chǎn)生了膨脹橡膠與約束體間的接觸壓力。本試驗(yàn)采用的是YMZS-JT 膨脹橡膠,該產(chǎn)品性能指標(biāo)及測試結(jié)果見表2。接縫結(jié)構(gòu)布置及遇水前后的對比見圖4。

        圖2 矩型槽力學(xué)性能測試

        圖3 矩型槽抗凍脹試驗(yàn)

        表2 YMZS—JT 產(chǎn)品性能指標(biāo)

        由于混凝土本身新型U 形槽結(jié)構(gòu)接縫的防滲采用的遇水膨脹橡膠,經(jīng)過閉水試驗(yàn)效果較好,基本無滲漏現(xiàn)象。分水口、遇水膨脹止水膠條及矩型槽閉水測試見圖5 和圖6。

        2.4 新型U 形槽流量與水力坡度和灌溉面積的關(guān)系

        基于明渠水流流量與水力坡度的數(shù)學(xué)模型,建立不同型號(hào)的U 形槽流量與水力坡度,及和灌溉面積和水力坡度之間的數(shù)學(xué)模型,選擇U 形槽型號(hào)時(shí)可參照圖7 和圖8 選取。

        圖5 止水膠條

        圖6 矩型槽閉水測試

        圖7 水力坡度和流量函數(shù)關(guān)系

        圖8 水力坡度和流域面積函數(shù)關(guān)系

        2.5 新型結(jié)構(gòu)體系的生產(chǎn)工藝

        新型U(矩)型水槽生產(chǎn)線分為五大系統(tǒng):配料攪拌系統(tǒng)、布料振動(dòng)系統(tǒng)、養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)、脫?;啬O到y(tǒng)、電控系統(tǒng),生產(chǎn)工藝流程圖見圖9,按照以上5 大系統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)品組裝見圖10。

        圖9 生產(chǎn)工藝流程圖

        圖10 產(chǎn)品組裝圖

        3 結(jié) 論

        渠系建筑物防滲結(jié)構(gòu)采用傳統(tǒng)U 型槽型式的應(yīng)用較多,該種渠槽能夠較好的改善過流條件,減少滲漏。但是傳統(tǒng)U 型槽存在結(jié)構(gòu)尺寸較小,抗壓強(qiáng)度較低,生產(chǎn)工藝不夠完善等不足之處。

        新型U(矩)型槽結(jié)構(gòu)尺寸較大,長度2 000 mm,是傳統(tǒng)渠道防滲結(jié)構(gòu)U 形、梯形槽長度500 mm的4倍;強(qiáng)度等級(jí)C50,抗壓強(qiáng)度高;產(chǎn)品連接處采用遇水膨脹止水橡膠密封,最大限度實(shí)現(xiàn)渠道防滲;生產(chǎn)工藝完善。新型U(矩)型取水口、止水條等配套齊全,組件配套安裝方便、簡單,施工速度更加方便快捷。

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