混凝土預制“U”形槽在渠道防滲工程中的應用

李晨明

（湖南省雙牌水庫管理局 永州市 425000）

1 概 況

混凝土預制“U”形槽具有過水斷面優、工程占地少、開挖量少、造價低、施工速度快、防滲效果好等優點，近年來，在我國的農業開發及末級渠道改造項目中得到了大規模的推廣，雙牌灌區自1999年在集義節水示范區試點應用，2001年開始在灌區的支斗渠等末級渠道上推廣應用以來，綜合效益十分明顯，據測算，水的利用系數可達0.96，較適合在灌區輸水流量在（0.04～3.0）m3/s之間的支、斗、農渠上進行防滲。但混凝土預制“U”形槽防滲工程的質量及應用效果的優劣，很大程度上取決于混凝土“U”形槽的選擇、工程的選址、施工安裝及建后管護。在此，筆者根據自己多年從事混凝土預制“U”形槽防滲工程的設計及施工管理的經驗，就混凝土預制“U”形槽在渠道防滲工程中的應用進行一些探討。

2 規劃設計

2.1 位置的選擇

選擇使用混凝土預制“U”形槽的防滲渠道應盡量避開潮濕較松軟的塑限或流限土,因為這種基礎清基難以徹底，側推力大，而混凝土預制“U”形槽自重小。一般DU40槽重52.5kg/m，DU80槽重105kg/ m，DU120槽重200kg/m，土側重壓力遠遠大于槽身重量。根據施工經驗，如遇潮濕較松軟的塑限或流限土的基礎，一般可采用打樁或干砌石拋填處理，還可在槽的背面采取建擋土墻方式處理，以抵御土側壓力。

在山區渠道選用混凝土預制“U”形槽防滲時，在內側應預留（0.6～0.9）m的通道，便于施工時膠輪斗車運輸材料及工程建成后的管護。

2.2 渠道布置

丘陵山區的渠道工程，其布置方式一般有兩種，平地渠道大多為“路-渠-路”形式，山區渠道一般為“路-渠”形式。使用混凝土預制“U”形槽防滲時，為便于維護、節約土地、群眾容易接受及方便施工等因素，仍可采用“路-渠-路”或“路-渠”形式。雙牌灌區近年在使用混凝土預制“U”形槽防滲時，主要采用上述兩種布置形式，取得了較大成功：一是充分利用了原渠道，減少了工程量，避免了大量的土石方開挖；二是減小了渠道斷面，增加了路面寬度，使施工及運行中的交通條件得到改善。

2.3 斷面設計

2.3.1 渠道流量的確定

混凝土預制渠道的設計應根據灌溉面積、作物品種及布局來確定“U”形槽的斷面尺寸。簡單地可采用灌溉面積確定引用流量的方法，據雙牌灌區的經驗，一般按照每萬畝引用流量0.6m3/s的標準進行流量的估算，通過對灌區農田、經濟作物面積的細致調查，確定渠道的設計引用流量，避免造成引用流量過大，增加建設成本。

2.3.2 渠道斷面形式選擇及尺寸確定

雙牌灌區近年安裝的混凝土預制“U”形槽大多以DU40、DU80（圖1）為主，對于引水流量較大的渠道，若需要采用混凝土預制“U”形槽防滲時，可選用變形槽（圖2）。變形槽即在預制槽底加混凝土預制塊增加流量，或將渠底用現澆混凝土建成平板渠道，達到增大灌溉流量目的，拼裝時，混凝土預制槽傾角一般控制在15°以內。

圖1 預制U型槽

圖2 變形預制U型槽

2.3.3 渠道比降的確定

雙牌灌區山區渠道的渠首水位遠高于農田平均高程，若按此設計比降，其比降勢必較大，“U”形渠槽防沖能力雖然滿足如此高速水流沖擊，但施工難度比較大，外觀不舒適，通過施工實踐及經驗比較，筆者認為：在山區防滲渠道坡降應控制在（1/1000～ 1/5000）之間，通過設置消力池調節渠道坡降，這樣既能滿足使用，又非常美觀，還可減少土石方開挖量降低工程造價。

2.3.4 “U”形防滲渠道的設計

“U”形防滲渠道的設計包括標準混凝土預制“U”形槽渠道和變形槽渠道的設計。

（1）標準混凝土預制“U”形槽渠道的設計，可根據灌溉水量，控制面積，選擇適宜的渠道比降，參照附表，選擇不同規格的混凝土“U”形槽型號。

附表 混凝土預制“U”形渠道輸水能力表 糙率n=0.014

從附表可知：在底坡及糙率系數已定的前提下，渠道的過水能力取決于渠道的橫斷面形狀及尺寸。

（2）變形槽渠道的設計。渠道底板寬度與“U”形槽高度決定渠道輸水能力的大小。渠道底板寬度可按明渠均勻流的流量公式計算確定。

3 施工技術要點

雙牌灌區于1999年在集義節水示范區試點應用混凝土預制“U”形槽防滲渠道1200m開始，2001年又在一支渠施工安裝的混凝土預制“U”形槽防滲渠道3500m，2002年在八支渠施工安裝的混凝土預制“U”形槽防滲渠道1500m，運行至今，基本完好無損。但如果施工未按照設計到位，將會出現少量變形、裂縫等病害。據筆者現場分析，出現變形、裂縫。主要有以下幾個方面原因：一是渠道基礎及槽背面的填土夯實不到位，雜物未清除干凈；二是防滲渠兩側未建漿砌石分界面，農戶擴充土地，導致渠臺基礎失穩，引起渠道變形；三是渠道施工時間要求緊，施工質量控制不嚴，混凝土槽（板）質量不好；四是渠口頂混凝土表面撒干水泥灰抹平，運行時間稍長，表面脫落，形成剝離狀；五是在澆渠口混凝土壓頂時，土壤處于松軟狀態，無法夯實，待土壤干縮后，底部形成較大間隙或空洞；六是襯砌后的“U”形槽防滲渠道管理不到位，責任不明確。

要防止混凝土預制 “U”形槽防滲渠道出現變形、裂縫等病害，在施工時必須把握住混凝土預制“U”形槽安裝施工的技術要點。

混凝土預制“U”形槽防滲渠道施工的一般要求為：“平、直、順、滑、穩”，也就是常規要求的三面四條線，即：渠槽面、渠口的兩平面要求平整、光滑、密實；底線、兩條渠內口線和兩條渠外口線要求順暢，盡量直順。必須把握的施工步驟及技術要點為：

（1）校測定線：確定渠道走線，核實設計縱坡，計算挖填高度。

（2）整平工作面：用鏟車鏟高填低，使渠道高度在設計高度的2/3左右，對于填方則需分層碾壓。

（3）施工定線：在校測的基礎上，重新在整平的工作面上確定中心線和挖填高度。

（4）開挖基槽：按照設計要求開挖基槽（一般為梯形渠道），整平渠底，使土模底線符合設計縱坡，同時留有一定的施工線，如鋪設防滲布或塑料布，需開挖成復式斷面并清理雜草和硬坡，進行斷面整修。

（5）回填：在開挖好的基槽上，定中線、放槽具，然后回填。回填時兩側應同時進行，并用石夯或木棒分層夯實，當進行下一模時，模具后端應留在上一模有（20～30）㎝，以保證渠線的一致和兩次回填土的有機結合。

（6）頂壓頂封口：為了增加“U”形渠槽的穩定性，防止地表水注入“U”形槽背面，減少槽身外水壓力，渠頂口應澆筑混凝土蓋頂封口。此道工序除上述作用外，還可增加渠道的美觀，保證渠道的整體性。封口混凝土為C15，一般寬（10～20）cm，厚（10～15）㎝，混凝土基礎一般分層夯實，有條件的地方最好鋪（3～5）㎝左右中粗砂或碎石渣。

在完成上述施工步驟，把握好施工技術要點的同時，還要注意以下幾方面的問題：

一是勾好縫。板與板之間的勾縫，是提高防滲效果的關鍵。也是保證渠道整體性的關鍵。因此，板縫寬必須控制在（1.5～2）cm；縫內泥土及雜物必須用鋼筋鉤或其他器具清除；渠內雜物及泥土必須清除干凈；板縫表面必須用水沖洗干凈。灌縫材料可采用C10細石混凝土或用M10水泥砂漿，待灌縫材料初凝后，加抹表面，并刷素水泥漿，一般不勾凸縫，勾好縫后，要用噴霧灑水養護，防止砂漿早期干縮裂縫。

二是預留好伸縮縫。小型渠道一般不設縱縫，只在垂直水流方向設置橫縫，縫間距一般為（10～20）m，縫寬2cm，伸縮縫填筑前，應先用鋼筋鉤或其他器具清除縫內雜物及泥土，并沖洗干凈，待縫壁清潔干燥，再用熬拌好瀝青砂漿灌入縫內，迅速沿槽面抹平。

4 工程建后管護

（1）土渠在“U”形槽安裝前，應對基礎土壤的穩定性進行分析，潮濕松軟的土壤應換干粘土后，分層夯實。舊渠道改造基礎，清除底層殘留建筑物后，再用混凝土或砂漿鋪墊，嚴禁在舊基礎上安裝“U”形槽，以免導致舊基礎底部空洞殘留，造成新的返工。

（2）現澆混凝土壓頂時，要嚴格控制水灰比。嚴格按設計要求配比，切忌用水泥砂漿代替混凝土，混凝土厚度必須大于6cm，以充分利用混凝土抗拉性，混凝土拌合均勻后，方可澆筑，嚴禁撒干水泥，重視混凝土的養護及保護，避免人為破壞，影響外觀。

（3）業主應與施工單位簽訂工程質量保修責任狀。

（4）防滲渠道建成并經上級驗收小組驗收合格后應及時交予受益單位，由受益單位負責管理，從而保證工程的長期效益。