渠系建筑物小型組合式農道橋制作與應用探討

劉發智，田振華

(黑龍江省水利科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

渠系建筑物小型組合式農道橋制作與應用探討

劉發智，田振華

(黑龍江省水利科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

小型農道橋是跨越渠道連接農田和道路的建筑物，是田間配套建筑物的重要組成部分。本文從小型農道橋結構型式和施工工藝入手，提出了一種預制組合式和批量工廠化小型農道橋，該橋施工簡便、施工工期短，造價低，在實際應用中具有重要的現實意義。

渠系建筑物；小型農道橋；組合式；工廠化

黑龍江省是農業大省，現有耕地面積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基地。灌區是黑龍江省糧食安全的基礎保障，全省已建成灌區14.54萬處，其中大型灌區25處，灌溉面積38萬hm2；中型灌區361處，灌溉面積55萬hm2；小型灌區14.51萬處，灌溉面積211.8萬hm2[1]。2011印發的《關于加快水利改革發展的決定》中央一號文件提出了把農田水利作為農村基礎設施建設的重點任務，加強灌區末級渠系節水改造和田間工程配套，解決農田灌溉“最后一公里”問題。為了貫徹“中央一號”文件精神，黑龍江省加快了灌區的現代化、標準化建設。隨著灌區標準化建設進行，需要建設大量農渠、斗渠及灌排田間配套建筑物。灌排田間配套建筑物是農田水利建設的重要內容之一，而小型農道橋是跨越渠道連接農田和道路的建筑物，是田間配套建筑物的重要組成部分[2]。目前，黑龍江省的小型農道橋建設量大面廣，地點比較分散，由于單個農道橋規模很小，經常出現不重視施工質量控制的情況，工程實體質量差，使用年限少。同時黑龍江省地處高寒地區，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度，提高施工質量，縮短工期，保護環境，盡快發揮工程作用，本文結合黑龍江省的季節特點，從研究設計結構和建筑物材料及防凍脹措施入手，對田間配套建筑物的結構型式及施工工藝方法進行改進，提出小型組合式農道橋預制結構，對灌區的現代化、標準化建設具有重要的現實意義。

1 組合式小型農道橋設計

1.1 結構設計

組合式小型農道橋采用簡支板橋設計，由基礎橋墩和橋面板兩部分裝配組合而成。基礎橋墩尺寸為2.0 m×0.35 m×0.45 m，按結構配筋；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算，按雙層雙向配筋。通過對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械行走。

1.2 混凝土配合比設計

混凝土配合比設計對于組合式小型農道橋承載力及使用壽命至關重要，混凝土配合比決定建筑物的工程質量，一方面混凝土有強度、耐久性、抗滲性等多種性能指標要求，另一方面各種原材料的性質、拌和、溫控、施工等環節對工程質量也具有影響。

組合式小型農道橋預制混凝土滿足抗壓強度等級不低于C30，抗凍等級達到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》的規定；細骨料選用阿什河生產的天然砂，粒徑0.3～0.6 mm之間，其性能應符合GB/T 14684-2001《建筑用砂》的規定；粗骨料選用礫石粒徑5～15 mm，采用2級配，嚴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自控地下水，符合JGJ 63-2006《混凝土用水標準》的規定。

混凝土配合比設計方法參照SL 352-2006《水工混凝土試驗規程》的規定實行，混凝土的各類材料必須有合格證書及相應資質的檢測證明，根據設計的混凝土強度等級、耐久性和工作性要求，及生產模具的工藝條件、水砂骨料的情況，進行混凝土的配合比試驗。預制構件的產品經過相關單位檢驗合格后才能進行現場施工[3]。

1.3 抗凍設計

黑龍江省地處寒冷地區，渠系田間配套建筑物遭受凍害破壞相當嚴重，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行，嚴重影響工程效益的發揮。土的凍脹是在凍結過程中水分遷移和冰析作用的結果，對于地基而言，其凍脹的強弱主要取決于水、土、溫、壓四大影響因素，改變其中任何一種條件都可達到消減凍脹的效果[4]。

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

組合式小型農道橋的基礎抗凍措施采用淺基礎保溫和基礎換填形式來消除凍土對建筑物的凍脹影響。渠道兩側淺基橋墩長2.0 m×寬0.35 m×高0.45 m，下面鋪設回填砂礫墊層0.6 m，其下再鋪設一層厚0.1 m的聚苯乙烯保溫板做隔熱材料，允許整體結構在垂直方向上產生一定的位移，見圖1。

圖1 農道橋抗凍設計示意圖

2 工廠化生產與安裝

組合式小型農道橋結構簡單、強度高、施工方便，便于工廠化生產。預制組合構件可在工廠車間進行批量生產，節省人工費和現場周轉材料，不受季節的影響。黑龍江省地處高寒地區，漫長冬季和農業灌溉生長期間施工難度大，每年施工有效期約有5個月的時間，因此非施工期可以在工廠進行預制，施工期進行現場組合，縮短了施工工期。工廠化生產流程包括模具制作、澆筑養護、成品檢驗、運輸與存放四方面。

2.1 模具制作

模具制作選擇優質的型鋼鋼材作為模具材料，按照工程設計圖紙由專業廠家進行加工制作。基礎橋墩模具尺寸為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有限公司裝配式混凝土矩型槽生產線振動平臺，最大尺寸2.0 m，與其相匹配，適應工廠化作業，便于組合安裝使用。

2.2 澆筑養護

按照工程定制模具和確定的混凝土配合比進行澆筑，嚴格執行操作規程，滿足強度要求，保證表面光滑平直且無蜂窩麻面現象。以祥晟公司裝配式混凝土矩型槽生產線振動平臺來完成澆筑任務，平臺振搗，蒸汽方式養護，機械拆模、吊裝堆放。一套跨度1.6 m的農道橋需要約3 t混凝土，鋼筋用量60 kg左右。

2.3 成品檢驗

由具有資質的專業檢測機構對產品的性能進行抽查檢測。預制混凝土板塊抗壓強度檢驗指標達到30 MPa，外形尺寸和表面色澤度光滑度等外觀質量達到相關規定。圖2、圖3分別給出了跨度分別為0.6 m、1.6 m的農道橋裝配實物圖。

圖2 跨度0.6 m農道橋實物圖

圖3 跨度1.6 m農道橋實物圖

2.4 運輸與存放

預制構件的運輸，分為場內運輸和場外運輸兩種。為防止運輸過程中構件損壞，須注意以下幾點。

(1)相鄰構件之間、構件與車輛接觸部位應以木塊或草袋等物墊襯。

(2)運輸構件時，最好一次性運到安裝現場，盡量避免轉運。

(3)裝車或卸車時，構件要平穩、緩起輕落，避免發生碰撞。

構件應按品種規格及質量等級和生產日期分別堆放，堆放場地要平整，堆放層數不宜過多。

2.5 安裝施工

組合式小型農道橋安裝簡單，施工步驟包括以下幾方面。

(1)基礎土方開挖

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

(2)鋪設保溫材料和礫石墊層

在挖好的基礎底部先鋪設一層厚0.1 m的聚苯乙烯保溫板，再鋪設0.6 m回填砂礫墊層。

(3)現場運轉和安裝

采用小型機械將混凝土構件運至安裝現場，用挖掘機或鏟車作為吊裝機械，先將基礎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

采用挖掘機或鏟車回填構件兩側土方，橋墩內緊挨渠道兩側回填土與渠頂平齊，橋墩外側回填土與橋面板頂部平齊。回填基礎土石料以粗砂填筑為主，原土需人工夯實，不允許有雜草雜物等。未襯砌的渠道對護坡做處理，以免渠道邊坡受水流沖刷失去穩定。

3 應用前景

黑龍江省是糧食安全生產的主產區，灌溉面積大，田間配套建筑物眾多，小型農道橋預制結構和施工工藝的改進，有利于發展綠色環保建筑，減少環境污染，改善灌區生態環境，符合經濟環境可持續發展的要求，實現人與自然的和諧，具有顯著的經濟效益、社會效益和生態效益，應用前景廣泛。

4 結 語

本文從小型農道橋結構型式和施工工藝入手，提出了一種小型組合式農道橋。工程實踐證明小型組合式農道橋有3大優點。

(1) 結構設計簡單，預制結構體積小、重量輕、強度高、適應性強。

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

(3) 適合工廠化生產，產品質量穩定，與同類現澆混凝土農道橋相比節約原材料和勞力、降低工程造價。

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

[2] 江朝煉.小型農田水利工程之灌溉的設計問題探討[J].農業與及技術,2012,32(10):48.

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

[4] 王奎海.淺談凍土對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

黑龍江省財政廳科技專項(201406)

劉發智(1987-)，男，工程師，主要研究方向為水工、水力學。E-mail：farysky@163.com

U448.16

A

2096-0506(2015)05-0013-04