仲 凱 楊曉飛

(鹽城市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 鹽城 224000)

引言

自環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排上升至國(guó)家戰(zhàn)略高度后，裝配式建筑形式受到廣泛關(guān)注和使用，當(dāng)前，此類(lèi)建筑形式在農(nóng)田水利工程中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。通過(guò)應(yīng)用新型裝配式涵閘，能夠縮短工程、降低成本的同時(shí)，減少環(huán)境污染，增強(qiáng)工程社會(huì)效益。為更好推進(jìn)新型裝配式涵閘，對(duì)其運(yùn)用要點(diǎn)進(jìn)行分析是必要的。

1 探討農(nóng)田水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中新型裝配式涵閘的運(yùn)用意義

農(nóng)田水利工程作為兼具經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的重要工程，其建設(shè)質(zhì)量對(duì)解決周邊用水和灌溉等問(wèn)題以及社會(huì)發(fā)展具有重要意義。以往傳統(tǒng)涵閘建設(shè)主要是現(xiàn)場(chǎng)澆筑，具有較多濕作業(yè)，不僅施工時(shí)間較長(zhǎng)、管理難度較大，整體質(zhì)量也無(wú)法得到保證，無(wú)法滿足日益發(fā)展的農(nóng)田水利工程建設(shè)與發(fā)展需求。但通過(guò)運(yùn)用新型裝配式涵閘，能夠有效解決以上問(wèn)題，同時(shí)還具有以下意義。

第一，新型裝配式涵閘的使用有利于提高工程整體質(zhì)量與建設(shè)效率。由于部分農(nóng)田水利工程建設(shè)單位規(guī)模較小，施工、管理人員整體素質(zhì)良莠不齊，外加冬春修水利帶來(lái)的時(shí)間限制，導(dǎo)致實(shí)際施工過(guò)程中難免存在一些問(wèn)題，進(jìn)而無(wú)法滿足養(yǎng)護(hù)條件和工程質(zhì)量。但裝配式結(jié)構(gòu)最大特點(diǎn)是預(yù)制構(gòu)件在工程建設(shè)開(kāi)展前就已經(jīng)在工廠制作或完成，大部分施工作業(yè)為現(xiàn)場(chǎng)安裝，不受現(xiàn)場(chǎng)施工條件及季節(jié)的影響，而且，能夠與土方工程一同開(kāi)展，保證施工質(zhì)量的前提下施工效率大大提升。

第二，滿足文明施工要求，保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源。對(duì)于農(nóng)田水利建筑工程而言，常規(guī)工程涉及較多混凝土等濕作業(yè)工作，且具有較大噪聲，污染環(huán)境的同時(shí)影響周邊居民正常休息。但新型裝配式涵閘的使用極大地減少了現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)，而且，施工構(gòu)件和鋼模板可以反復(fù)使用，節(jié)約建設(shè)資源與資金，增強(qiáng)了工程經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。另外，裝配式涵閘后期維修、更換較為簡(jiǎn)單，即便出現(xiàn)構(gòu)件損壞也能夠靈活調(diào)整，減少損失和浪費(fèi)的同時(shí)保證建筑運(yùn)行質(zhì)量。

2 分析農(nóng)田水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中運(yùn)用新型裝配式涵閘的要點(diǎn)

2.1 新型裝配式涵閘應(yīng)用結(jié)構(gòu)

農(nóng)田水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中運(yùn)用新型裝配式涵閘時(shí)，需要于施工現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展構(gòu)件安裝作業(yè)，所以，為保證新型涵閘滿足裝配式構(gòu)件預(yù)制、運(yùn)輸以及后期施工等原則，設(shè)計(jì)、拆分涵閘結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)把握以下要點(diǎn)：(1)新型涵閘平面形狀長(zhǎng)寬比、寬高比合理，嚴(yán)格控制局部凹入和突出尺寸，剛度、質(zhì)量均勻分析，形狀簡(jiǎn)約、對(duì)稱。(2)豎向布置，涵閘中需要承受豎向力的構(gòu)件，其剛度與截面尺寸均應(yīng)該從上至下、以對(duì)稱狀態(tài)逐漸加大。(3)劃分構(gòu)件時(shí)，重點(diǎn)考慮后期安裝簡(jiǎn)易程度以及整體受力合理性，保證對(duì)稱配筋[1]。

與此同時(shí)，滿足上述原則的基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮安裝和運(yùn)輸?shù)暮?jiǎn)便性，為此，將新型裝配式涵閘劃分為以下構(gòu)件。具體如下圖1所示。

合理劃分新型裝配式涵閘組成構(gòu)件后，為提高運(yùn)用質(zhì)量，需掌握連接方式，并保證涵閘建筑物的穩(wěn)定性與耐久性。一般情況下，干連接和濕連接是裝配式建筑物主要的連接方式，前者使用機(jī)械套筒、螺栓、預(yù)應(yīng)力以及焊接等，后者則是灌漿、樺式接頭以及漿錨連接等。對(duì)于田間水利工程而言，考慮此類(lèi)工程的操作性、經(jīng)濟(jì)性和安全性，主要使用綜合型連接方法，即樺式接頭和螺栓連接，從而整合干、濕連接優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)輔以橡膠墊止水，以此減少構(gòu)件之間的剛性接觸。具體連接方式如下表1所示。

圖1 新型裝配式涵閘構(gòu)件

2.2 新型裝配式涵閘應(yīng)用要點(diǎn)

在田間水利工程中運(yùn)用新型裝配式涵閘時(shí)，為保

表1 新型裝配式涵閘構(gòu)件連接方式

證涵閘建設(shè)質(zhì)量以及后續(xù)投入使用作用最大化，需要對(duì)多種因素進(jìn)行綜合分析與考慮，以此掌握應(yīng)用要點(diǎn)。具體如下。

2.2.1 分析新型涵閘結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性

首先，確定新型涵閘尺寸。由于尺寸與實(shí)際灌溉面積、過(guò)水流量以及上下游水深等之間具有密切聯(lián)系，因此，假設(shè)工程灌溉面積為600畝農(nóng)田，上下游水深分別為1m和0.9m，過(guò)水流量0.4m3/s，涵閘底部高程為渠底高程，圓管涵長(zhǎng)度、滲徑系數(shù)、防滲長(zhǎng)度均為6m，圓管涵直徑80mm。另外，建筑投入使用后會(huì)受到?jīng)_刷影響，為此，上下游板底長(zhǎng)度、閘門(mén)高度、安裝提升高度分別為2.4m、1.3m、1.1m，擋墻高度為閘門(mén)高度與安全提升高度總和，即2.4m，翼墻前端以及與擋墻接觸側(cè)高度分別為0.6m和2.4m，使用混凝土材料標(biāo)號(hào)為C30。新型涵閘正視圖如圖2所示。

圖2 新型裝配式涵閘正視圖

2.2.2 分析位移

涵閘處于完工無(wú)水和正常運(yùn)行兩種狀態(tài)下時(shí)，其位移特性存在一定差異，所以，為掌握涵閘豎向沉降和橫向位移等參數(shù)，應(yīng)用新型裝配式涵閘時(shí)可以使用Abaqus三維數(shù)值分析軟件進(jìn)行位移特性分析[2]。當(dāng)涵閘處于完工但未投入使用的狀態(tài)下時(shí)，主要受到靜荷載作用，在該情況下，新型裝配式涵閘出現(xiàn)的最大沉降位移主要發(fā)生于涵管墊塊處，而最大橫向水平位移則發(fā)生于底板下游段；當(dāng)涵閘處于正常運(yùn)作狀態(tài)下時(shí)，最大沉降位移位置變化為上游擋墻端，而最大橫向水平位移發(fā)生于下游底板端。為進(jìn)一步保證新型裝配式涵閘運(yùn)用質(zhì)量，應(yīng)通過(guò)對(duì)比兩種工況下的位移量掌握各項(xiàng)參數(shù)，把控方向。當(dāng)涵閘處于完建期時(shí)，其豎向位移最大值、最小值、沉降值分別為1.82mm、1.38mm、0.44mm，而正常使用狀況下的豎向位移最大值、最小值、沉降值分別為0.34mm、0.13mm、0.21mm，位移情況普遍小于完建期。在水平位移方面，當(dāng)涵閘處于完建期時(shí)，其最大水平位移參數(shù)為0.25mm，正常運(yùn)作狀態(tài)下，水平位移最大參數(shù)為0.34mm。通過(guò)與農(nóng)田水利涵閘設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范進(jìn)行對(duì)比，該裝配式涵閘地基最大沉降量在允許值30mm以下，最大沉降差在20mm以內(nèi)，因此，該結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)穩(wěn)定性，符合農(nóng)田水利工程運(yùn)用要求。

2.2.3 分析應(yīng)力

由于應(yīng)力的產(chǎn)生可能會(huì)對(duì)新型裝配式涵閘使用期間的安全穩(wěn)固性造成影響，為此，在將其運(yùn)用于農(nóng)田水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中時(shí)，應(yīng)開(kāi)展規(guī)范的應(yīng)力分析工作，該環(huán)節(jié)仍需結(jié)合兩種工作狀況，從而準(zhǔn)確分析應(yīng)力情況。當(dāng)該涵閘處于完建期工況時(shí)，墊塊處會(huì)發(fā)生最大拉應(yīng)力，而最大主壓應(yīng)力則產(chǎn)生于管涵處；當(dāng)涵閘處于正常運(yùn)作工況時(shí)，最大拉應(yīng)力和最大主壓應(yīng)力的產(chǎn)生位置并未發(fā)生變化，但數(shù)值根據(jù)實(shí)際情況會(huì)產(chǎn)生大小變化。因此，不同工況不會(huì)影響新型裝配式涵閘應(yīng)力產(chǎn)生位置造成變化，僅會(huì)影響應(yīng)力值大小。具體參數(shù)為：在完建工況下，上游底板、下游底板、上游擋墻、下游擋墻、上游翼墻、下游翼墻、管涵以及墊塊的最大拉應(yīng)力分別為0.57MPa、0.47MPa、0.58MPa、0.35MPa、0.14MPa、0.10MPa、0.18MPa、0.66MPa；正常使用工況下的最大拉應(yīng)力分別為0.22MPa、0.10MPa、0.28MPa、0.14MPa、0.05MPa、0.03MPa、0.09MPa、0.25MPa。當(dāng)涵閘處于完建期時(shí)，仍按照該順序，最大主應(yīng)力分別為0.42MPa、0.47MPa、0.61MPa、0.55MPa、0.75MPa、0.81MPa、1.11MPa、0.24MPa；正常使用狀態(tài)下，涵閘的最大主應(yīng)力分別為0.21MPa、0.11MPa、0.32MPa、0.21MPa、0.25MPa、0.17MPa、0.48MPa、0.31MPa。

2.2.4 分析新型涵閘整體穩(wěn)定性

當(dāng)新型裝配式涵閘投入使用后，主要受到揚(yáng)壓力、土壓力、重力、水壓力等作用力的影響，為此，應(yīng)分析此類(lèi)涵閘正常使用工況下的水平力和垂直力，具體參數(shù)如表2所示。

表2 新型裝配式涵閘正常運(yùn)作期間水平力與垂直力

由此可見(jiàn)，在農(nóng)田水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)用新型裝配式涵閘時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程具體運(yùn)用目的，根據(jù)工程需求進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)，同時(shí)根據(jù)不同工況下各項(xiàng)要素的影響情況判斷涵閘穩(wěn)定性等方面是否符合要求。規(guī)劃設(shè)計(jì)與運(yùn)用要點(diǎn)為。

第一，當(dāng)新型裝配式涵閘處于完建期工況下時(shí)，最大沉降位移發(fā)生于涵管墊塊處，而當(dāng)其處于正常運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，其最大沉降位移發(fā)生于上游擋墻端。而最大橫向水平位移無(wú)論在哪種工況下所處的位置不變，變化的僅有參數(shù)。因此，在新型裝配式涵閘實(shí)際設(shè)計(jì)和運(yùn)用過(guò)程中，相關(guān)工作人員應(yīng)根據(jù)不同工況分析其最大沉降位移和最大橫向水平位移發(fā)生的位置和參數(shù)，判斷各項(xiàng)參數(shù)是否符合相關(guān)規(guī)范要求，若是不符合應(yīng)及時(shí)調(diào)整結(jié)構(gòu)，為后續(xù)使用的安全穩(wěn)固性提供保障[3]。

第二，分析完建期工況和正常運(yùn)行狀況下涵閘的最大拉應(yīng)力和最大主壓應(yīng)力，掌握其發(fā)生位置與參數(shù)，結(jié)合混凝土具體標(biāo)號(hào)判斷新型裝配式涵閘是否滿足強(qiáng)度要求。

第三，當(dāng)新型裝配式涵閘處于正常使用狀態(tài)時(shí)，需對(duì)其抗滑穩(wěn)定系數(shù)和抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，判斷其是否滿足設(shè)計(jì)要求，從而保證新型裝配式涵閘具有較高穩(wěn)定性，得以在后續(xù)投入使用后充分發(fā)揮作用。

2.3 新型裝配式涵閘應(yīng)用質(zhì)量控制

運(yùn)用新型裝配式涵閘時(shí)，其質(zhì)量控制要點(diǎn)應(yīng)落實(shí)在以下三個(gè)方面。

第一，控制構(gòu)件預(yù)制工藝質(zhì)量。即控制混凝土拌合作業(yè)，進(jìn)場(chǎng)前落實(shí)材料檢驗(yàn)工作，合格后方可進(jìn)入使用場(chǎng)地，同時(shí)，嚴(yán)格控制材料配比，使用強(qiáng)制式拌合機(jī)拌合混凝土，控制材料使用量偏差，拌合時(shí)間3min以上。另外，預(yù)制模板作為主要施工材料，相關(guān)工作人員應(yīng)將模具浸泡于15%～20%濃度的稀鹽酸溶液中，時(shí)間控制在5min～10min范圍內(nèi)，之后使用潔凈球進(jìn)行雜物清理，使用軟毛巾和洗衣服清洗兩遍，最后將模具晾干刷涂CXP脫模劑，濃度3%。除此之外，控制混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)要點(diǎn)，即保證混凝土模具澆筑的連續(xù)性和振搗時(shí)間的充分性，避免內(nèi)部存在氣泡，完成構(gòu)件澆筑作業(yè)后根據(jù)實(shí)際施工條件科學(xué)選擇養(yǎng)護(hù)方式開(kāi)展養(yǎng)護(hù)作業(yè)，例如，蒸汽養(yǎng)護(hù)、遠(yuǎn)紅外線養(yǎng)護(hù)等，立足于經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，科學(xué)選擇養(yǎng)護(hù)方式，保證養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

第二，控制預(yù)制構(gòu)件吊裝與運(yùn)輸質(zhì)量。質(zhì)量控制重點(diǎn)是吊裝方式的選擇以及吊裝順序，均應(yīng)按照施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和條件進(jìn)行選擇，其中，構(gòu)件與吊索水平夾角應(yīng)在45°～60°之內(nèi)，且吊裝過(guò)程不可出現(xiàn)大幅度擺動(dòng)[4]。構(gòu)件運(yùn)輸方面則應(yīng)選擇載重汽車(chē)，憑借此類(lèi)交通運(yùn)輸工具的安全穩(wěn)定性、效率高以及裝卸方便等特性，保證運(yùn)輸質(zhì)量，避免造成構(gòu)件損壞。

第三，安裝質(zhì)量控制。開(kāi)展構(gòu)件安裝作業(yè)時(shí)，要在吊裝就位后檢查螺母是否擰緊，并進(jìn)行橡膠墊的鋪設(shè)，按照安裝程序規(guī)范落實(shí)安裝作業(yè)。其中，在安裝預(yù)制構(gòu)件時(shí)，相關(guān)施工人員應(yīng)使用小型吊機(jī)，且掌握以下質(zhì)量要點(diǎn)：一是檢查構(gòu)件質(zhì)量，判斷是否存在破損情況以及其安防面是否按照要求清潔完畢；二是對(duì)構(gòu)件位置和型號(hào)進(jìn)行核對(duì)，保證其一致性后，確保錨固長(zhǎng)度符合安裝設(shè)計(jì)要求；三是對(duì)安裝后的構(gòu)件進(jìn)行檢查，判斷是否與擱置面緊密接觸，并將多余橡膠墊剪切。

3 結(jié) 論

綜上所述，新型裝配式涵閘對(duì)農(nóng)田水利工程建設(shè)質(zhì)量、各項(xiàng)效益的實(shí)現(xiàn)以及行業(yè)發(fā)展具有極強(qiáng)現(xiàn)實(shí)意義。因此，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，相關(guān)工作人員應(yīng)立足于實(shí)際設(shè)計(jì)涵閘結(jié)構(gòu)，并落實(shí)穩(wěn)定性、應(yīng)力等分析工作，以此保證其運(yùn)用的安全穩(wěn)定性。