向 英

(陜西省洋縣引酉工程灌溉管理局，陜西 洋縣 723300)

引酉灌區(qū)U型渠道襯砌施工技術(shù)及運(yùn)行管理淺析

向 英

(陜西省洋縣引酉工程灌溉管理局，陜西 洋縣 723300)

U型斷面渠道以其水流條件好、工程造價(jià)省、少占耕地以及運(yùn)行管理方便而被廣泛應(yīng)用于灌區(qū)節(jié)水改造渠道防滲中。以位于陜西洋縣東北部的引酉灌區(qū)為研究對(duì)象，對(duì)如何做好U型斷面渠道襯砌進(jìn)行論述，提出通過前期地質(zhì)勘查、確定設(shè)計(jì)邊坡、選擇合適的渠道流速、渠道超高設(shè)計(jì)、確定襯砌形式至到確定合適的彎道要素的U型渠道襯砌的一般程序，并對(duì)U型渠道防滲襯砌的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、施工質(zhì)量控制點(diǎn)以及工程運(yùn)行管理注意事項(xiàng)進(jìn)行研討，另外要加強(qiáng)后期運(yùn)行管護(hù)，充分發(fā)揮U型渠道襯砌對(duì)節(jié)水的重要支撐作用，為其它工程提供依據(jù)。

U型渠道；設(shè)計(jì)；施工；管理；要點(diǎn)

1 引酉灌區(qū)U型渠道發(fā)展及現(xiàn)狀

引酉灌區(qū)位于陜西洋縣東北部的低山丘陵區(qū)，是以灌溉為主，兼有發(fā)電、養(yǎng)殖功能的中型灌區(qū)，設(shè)計(jì)灌溉面積15.8萬畝。有各級(jí)渠道81條，長度263.3 km。U型渠道在灌區(qū)實(shí)施已經(jīng)有近20多年歷史，早先的襯砌主要以砼現(xiàn)澆為主，由于渠道施工屬線型工程，占線長，沿途電力供應(yīng)不能跟上，砼的拌制、澆筑基本采用人工，質(zhì)量參差不齊，在運(yùn)行中易受側(cè)向擠壓損壞。近年隨著施工工藝水平的提高和改善，U型斷面已廣泛應(yīng)用于灌區(qū)改造中，渠道走勢(shì)以纏山繞梁為主，渠道斷面形式以梯形居多，其次是矩形，支渠以下渠道U型斷面占40%，襯砌形式有漿砌石、現(xiàn)澆砼、砼預(yù)制板襯砌。

2 現(xiàn)代U型渠道襯砌技術(shù)及優(yōu)點(diǎn)

近年來隨著科技發(fā)展，購置了U型渠槽預(yù)制機(jī)，可以生

產(chǎn)DU25～DU100的預(yù)制槽，生產(chǎn)工廠化，保證了預(yù)制槽的質(zhì)量。目前采用預(yù)制U型槽襯砌防滲已成為灌區(qū)的主體。收到了節(jié)水良好效果。以灌區(qū)三支渠3、5斗為例作比較。3斗渠，設(shè)計(jì)灌溉面積4 200畝，設(shè)計(jì)引水流量0.5 m3/s,渠道長度2.5 km，比降1/1 000。采用C15細(xì)石混凝土砌1/2UD100正溫型槽防滲，C15砼壓頂。槽體傾角140,厚度4.5 cm，渠道深度95 cm。設(shè)計(jì)水深60 cm。5斗渠，設(shè)計(jì)灌溉面積4 050畝，設(shè)計(jì)引水流量0.5 m3/s,渠道長度2.1 km，比降1/750。采用10 cm砼現(xiàn)澆梯形斷面襯砌，C15砼壓頂。渠道底寬0.5 cm，設(shè)計(jì)邊坡1:0.5，渠道深度95 cm，設(shè)計(jì)水深60 cm。從表1斗渠參數(shù)對(duì)照表看出，U型渠槽與梯形渠槽在通過相同流量時(shí)，U型斷面的襯砌材料約為梯形斷面的50%，過水?dāng)嗝娣e減少18%，流速提高24%，單米造價(jià)降低12%，年均運(yùn)險(xiǎn)費(fèi)減少30%。

表1 斗渠參數(shù)對(duì)照表

備注：年均運(yùn)行費(fèi)是15年統(tǒng)計(jì)資料綜合分析的結(jié)果

3 U型渠道襯砌基本步驟

3.1 進(jìn)行詳盡地質(zhì)勘查是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)

U型斷面最適宜的是粘土性地質(zhì)段落，斷面易成型，襯砌厚度、比降易控制。其次是強(qiáng)風(fēng)化的石質(zhì)段落，襯砌厚度、比降較易控制，缺點(diǎn)是斷面成型較困難，需外借土料成型。在襯砌形式上，針對(duì)不同的地質(zhì)性質(zhì)選擇不同的襯砌方式，粘土性地質(zhì)，可以首選U型槽襯砌，隨著U型槽襯砌的發(fā)展，U型渠槽成型設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐。有U型渠槽現(xiàn)澆設(shè)備，為一次性成型；有U型渠槽預(yù)制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了渠槽工廠化、批量生產(chǎn)。對(duì)于平面走向順直的渠道，宜首選U型渠道襯砌機(jī)現(xiàn)澆，其優(yōu)點(diǎn)是整體性強(qiáng)，防滲效果好，缺點(diǎn)是彎道處施工難度較大。平面走向多彎道的山區(qū)、丘陵渠道，宜選用U型渠槽襯砌，其最大優(yōu)點(diǎn)是適宜多彎道渠道，安砌中采用合適施工方法可以滿足整體、防滲要求。

3.2 確定合理設(shè)計(jì)邊坡

U型渠槽破壞的主要原因一是渠道邊坡受側(cè)向推力產(chǎn)生的剪切破壞，二是襯砌(或變形縫)施作不當(dāng)引起的水沖破壞。為了保證U型渠道的使用壽命，設(shè)計(jì)邊坡應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件盡可能作的緩一些，在引酉灌區(qū)，土質(zhì)渠段，設(shè)計(jì)邊坡一般不小于1:0.35，對(duì)應(yīng)圓心角不大于141°25＇；石質(zhì)渠段，設(shè)計(jì)邊坡一般不小于1:0.25，對(duì)應(yīng)圓心角不大于152°。

3.3 選擇合適的渠道流速

渠道流速選擇不當(dāng)，流速大，填縫處在水流沖擊下脫落損壞，是砼襯砌渠道損壞的主要誘因。流速小，渠槽易淤積，加大運(yùn)行成本。選擇合理渠道流速，確定渠道比降是保障渠道安全使用的關(guān)鍵。比降的選擇要根據(jù)渠道平面位置走向，同時(shí)滿足合適流速。引酉灌區(qū)在多年的實(shí)踐中采用的合適流速是：流量小于1.0 m3/s，流速在1.75～2.0 m/s之間；過流量在1.0～2.0 m3/s，流速在0.85～1.2 m/s之間。采用以上控制流速的渠道使用壽命較流速大于控制流速的長3～4 a，維修費(fèi)用減少60%。設(shè)計(jì)流速小于控制流速的，運(yùn)行費(fèi)用加大20%～30%。根據(jù)選定的流速，試算設(shè)計(jì)比降。引酉灌區(qū)適合比降是：過流量小于1.0 m3/s的，適宜比降在0.002～0.003之間；過流量在1.0～2.0 m3/s，適宜比降在0.001～0.001 3之間。

3.4 渠道超高設(shè)計(jì)

U型渠道由于相對(duì)其他斷面形式的渠道，斷面較小，超高的選擇尤為重要。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》渠道的安全超高4級(jí)以下渠道采用公式Fb=(1/4)hb+0.2 式中Fb—渠道安全超高(m)；hb為渠道通過加大流量時(shí)的水深(m)。1～3級(jí)渠道適當(dāng)提高，并經(jīng)論證后確定。在通常設(shè)計(jì)中，由公式計(jì)算出的安全超高偏大，在工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中根據(jù)渠道流量級(jí)別采用。引酉灌區(qū)通常采用以下參考值：Q<0.5 m3/s時(shí)，超高0.2～0.3 m；Q=0.5～1.0 m3/s時(shí)，超高0.35～0.4 m；Q=1～5.0 m3/s時(shí)，超高0.4～0.6 m。

3.5 確定合理襯砌形式

襯砌形式的確定依據(jù)首先是渠道段地質(zhì)情況，次之是渠道的平面走向。渠道在石質(zhì)地段時(shí)，渠槽開挖形式較難成型，多采用現(xiàn)澆U型渠槽；粘土段渠槽易成型，多采用預(yù)制槽安砌。近年引酉灌區(qū)采用C15細(xì)石混凝土替代水泥砂漿，砌筑U型槽，砌筑縫寬設(shè)計(jì)為3～5 cm，根據(jù)渠道平面走向適當(dāng)調(diào)整縫寬。變形縫采用聚氯乙烯膠泥填縫，變形縫每8 m設(shè)一道，內(nèi)填聚氯乙烯膠泥。砌成的渠道順暢，水毀明顯減少。

3.6 確定合適的彎道要素

彎道要素是保障渠道水流順暢的要素之一，更是決定U型渠道襯砌施工難易的關(guān)鍵。一般而言彎道半徑越大，渠道水流越順暢，渠道襯砌施工也越容易。但渠道襯砌設(shè)計(jì)中，往往受地形、地勢(shì)影響，彎道半徑很難做到最大。在工程實(shí)踐中，許多襯砌渠道是對(duì)現(xiàn)有渠道的襯砌改造，特別是小型渠道，彎道半徑過小，襯砌后線型條件差，施工難度大。根據(jù)本灌區(qū)實(shí)踐，彎道半徑以不小于設(shè)計(jì)渠口寬的5倍且不小于10 m。

4 施工質(zhì)量及運(yùn)行管理技術(shù)分析

4.1 施工質(zhì)量管理技術(shù)分析

U型渠道襯砌施工方案主要有：現(xiàn)澆襯砌和預(yù)制槽襯砌施工。對(duì)于不同的施工方案采取有針對(duì)性的質(zhì)量控制手段是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵。

4.1.1 現(xiàn)澆U型渠道施工

質(zhì)量控制點(diǎn)(1)渠道斷面不能小于設(shè)計(jì)斷面，(2)成渠比降在設(shè)計(jì)和規(guī)范要求范圍內(nèi)，(3)襯砌厚度滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。施工中首先要按照設(shè)計(jì)的平面位置精準(zhǔn)放線，使渠道走線及高程準(zhǔn)確，其次保證開挖斷面滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，各部幾何尺寸符合設(shè)計(jì)，再次是嚴(yán)格控制開挖比降符合設(shè)計(jì)要求?；炷翝仓r(shí)一是模板材料必須滿足剛度要求，保證有足夠的龍骨，模板的單塊面積盡可能大一些。支模牢靠，不變形。目前廣泛采用的U型渠道襯砌機(jī),是集模板、混凝土振搗、成型為一體的施工機(jī)械。把一些中間環(huán)節(jié)匯集到一個(gè)環(huán)節(jié)，減少了中間環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，有效保證了施工質(zhì)量。

4.1.2 預(yù)制U型槽襯砌施工

質(zhì)量控制點(diǎn)包括(1)渠槽開挖控制。渠槽開挖后先整形至渠槽設(shè)計(jì)斷面，回填部分密實(shí)度不低于0.94。保證渠槽安砌后與周邊土槽緊密接觸。(2)渠槽安砌。首先渠槽的預(yù)制質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，砼強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，渠槽厚度不低于設(shè)計(jì)厚度，幾何尺寸滿足設(shè)計(jì)要求，過水?dāng)嗝娌恍∮谠O(shè)計(jì)斷面尺寸。砌筑膠結(jié)材料標(biāo)號(hào)不低于設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)?？p寬符合設(shè)計(jì)要求，膠結(jié)料密實(shí)，表面平整光滑，縫寬均勻。(3)壓頂質(zhì)量控制。壓頂砼澆筑前，應(yīng)對(duì)槽沿清理干凈，并灑水濕潤，壓頂砼澆筑前鋪設(shè)1～2 cm厚M10砂漿，壓頂與渠槽變形縫貫通。(4)變形縫填塞。變形縫填塞材料按設(shè)計(jì)要求。引酉灌區(qū)填縫材料均為聚氯乙烯膠泥。施工方法包括堵漏、灌料和封口三個(gè)步驟。小型渠道多采用編織袋裝細(xì)沙，靠在縫面，并壓實(shí)，使其緊切槽面，保證與槽面密切接觸，目的是澆灌的填縫材料不外流。灌料采用現(xiàn)場熔化，漏斗沿頂部灌入，一般灌入后30 min可移去編織袋。待填料基本冷卻后，采用M5砂漿封口即可。

4.2 運(yùn)行管理技術(shù)分析

U型渠道的運(yùn)行管理與其他斷面形式的渠道運(yùn)行管理一致。在運(yùn)行中U型渠道由于斷面較小，設(shè)計(jì)超高較小。運(yùn)行中宜控制流量運(yùn)行。根據(jù)引酉灌區(qū)運(yùn)行實(shí)際。渠道最佳輸水流量宜為渠道設(shè)計(jì)流量的80%以上，嚴(yán)格控制超設(shè)計(jì)運(yùn)行。最小輸水流量應(yīng)不小于設(shè)計(jì)流量的30%。在渠道管護(hù)中，主要檢查襯砌斷面外圍的變化情況，看有無塌陷、裂縫、鼠患等；檢查襯砌段接縫的變化情況，看填縫材料有無拉裂、鼓包現(xiàn)象，封口砂漿有無脫落。及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)修復(fù)。根據(jù)實(shí)踐，U型斷面渠道的使用壽命一般在20 a以上。

5 結(jié)語

U型渠道斷面以其水流條件好，防滲性能優(yōu)，抗凍削、抵抗變形強(qiáng)、占用耕地少、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為灌區(qū)各級(jí)渠道防滲襯砌的首選斷面。引酉灌區(qū)在渠道設(shè)計(jì)中把握好地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)邊坡、設(shè)計(jì)比降，確定合適的超高和襯砌形式。在施工管理中，抓住質(zhì)量控制點(diǎn)。在運(yùn)行管理中加強(qiáng)管理和運(yùn)行管護(hù)，能充分發(fā)揮U型渠道襯砌節(jié)水的重要保證。

2017-03-14

向英(1970-)，女，陜西洋縣人，工程師，主要從事水利工程施工及造價(jià)管理工作。

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1004-1184(2017)04-0102-02