渠道防滲新型結構體系的開發與應用

孫景路 張濱 張守杰 武永娜

摘要：為減少渠系體系的占地面積，減少滲漏，增大過流能力，開發新型矩型槽結構是一個重要的研究方向。本研究在傳統U型槽的基礎上，開發新型矩型槽產品，長度為2m，是傳統U型槽尺寸的4倍；混凝土強度等級c50，抗滲系數F300的混凝土結構，并采用添加鍍銅鋼纖維增加防銹及抗裂；應用膩子型遇水膨脹橡膠，提高接頭變形的相容性，提高抗滲性。生產工藝可以適應斷面上口寬度為300—1000mm的多種規格混凝土矩型水槽制品的生產；水槽生產線每天產能約為100 II13混凝土矩型槽；生產線自動運行，在各個工位同時可以人工干預，便于控制生產節拍及生產組織管理。渠道防滲新型結構體系對渠系體系的發展具有重要的應用價值。

關鍵詞：矩型槽；新型結構；渠系防滲；膨脹橡膠；生產工藝

中圖分類號：S 773；TV5

文獻標識碼：A

文章編號：1001-O05X（2015）04-0158-03

U型槽在渠系體系用于輸水，可以部分取代現場施工的明渠，傳統的U型槽結構主要是工廠預制，然后現場組裝。限于技術條件，具有其結構尺寸較小、工藝水平低、滲流損失等問題。鑒于傳統U型槽存在的問題，本論文進行了系統的分析并開發了相關的替代升級產品進行推廣應用。

U型槽結構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，進出口連接段多采用這種結構形式。目前，常用的U型槽長度在0.5m，預制件分為整體式和組裝式，整體式規格多用UD30、UD40、UD50和UD60。成都雙流縣從1990年起開始全縣在農、毛渠整治上推廣使用混凝土預制U型槽，規格從U30至U100，以U50和U60最為普遍。新疆地區常用的整體式規格有D60、D80、D100、D120和D140 5種。U型槽混凝土抗壓強度一般為C15～C20。強度偏低，尤其在寒區，強度其抗凍要求較高，現有的U型槽相關指標很難到達使用要求。

目前預制成型機械主要有以下幾種類型。節水灌溉示范工程采用比較成熟的一種型號是DLZY-A，東營市在節水灌溉的一項示范工程中采用了該種機型，其采用的是多腔底震擠壓的方法。另一種是混凝土構件LZYB-1型的成形機。該種機型采用液壓及振搗結合原理，對于普通混凝土以及水泥土可以一次澆筑成型。該種機器的主要特點是一臺主機配有兩個機頭，因此該種機器可以同時安裝各種規格的模具及壓頭。采用此預制機械，預制流程簡單，廠棚及預制設備投資小、機動靈活，并且預制混凝土U型槽具有工藝先進、造價低廉等優點。應用LZY成型機可以生產U型及半U型的混凝土預制構件。LZY成型技術和LZY系列U型混凝土構件成型機適用于面廣量大的中小型渠道防滲T程，該種構件是采用振動器振動密實、立式、80t的液壓機液壓的原理。另外一種是卷板式的混凝土渠槽生產工藝，是利用混凝土的自重和在初凝前的可塑性實現平板振搗及彎曲成型有機結合生產渠槽，具體操作可分為4個步驟，包括拌合、振搗、彎曲定型及養護。振動器的合理選擇、外加劑的種類及添加方法、混凝土配合比設計是影響構件質量的重要因素。目前應用較多的有手動式（QY-1型）和電動式（QY-2型）兩種混凝土U型渠槽預制機。電動式混凝土U型槽預制機械可分為彎曲成型機、槽定型機及配套機械等三大部分。混凝土U型渠道因為比梯形具有更多的優點被較為廣泛的采用。但是，對于手工現澆U型渠道而言，存在著質量難以控制等諸多問題。目前，雖然已研制并一定程度的在實際工程中采用的混凝土渠道襯砌機，在某種程度上解決了一些問題，但仍易受能源和交通、地下水位、地質條件等條件限制，對于混凝土U型現澆渠道的推廣仍然有很多的問題需要解決。我國在近些年的農業開發及渠道改造的工程項目中進行了一定規模的推廣，但是混凝土預制U型槽防滲工程的質量的優劣，混凝土“U”型槽施工安裝還是起到至關重要的作用。安裝質量的好壞將直接影響到混凝土U形槽的使用效果。因此如果要掌握U型渠槽的施工過程及施工技術，安裝環節的控制就顯得極為重要。

綜上所述，傳統U型槽具有尺寸小，強度低，抗滲差，生產工藝及施工工藝水平低等問題，在推廣應用中存在著諸多問題。為此，本論文系統的分析并開發了相關的產品進行推廣應用，取得較好的效果。

1 新型結構體系

本研究采用混凝土強度等級C50，抗凍指標為F300。長度為2m的混凝土結構，該種新型矩型槽目前已經可以生產的系列產品具體技術參數見表1。

1.1 膩子型膨脹橡膠

PN膩子型遇水膨脹橡膠，該種膨脹橡膠是一種橡膠的新產品。其能夠在遇水后達到2～3倍的變形膨脹，并且能夠有效充滿接縫的不規則間隙、空穴，同時還能夠產生較大的接觸壓力，從而可以徹底防止結構接觸面的滲漏。當混凝土結構的接縫或施工縫發生位移，超出材料的彈性變形范圍的時候，普通型止水材料橡膠就會失去止水作用。膩子型遇水膨脹橡膠具有移動補充性強，可白行封堵新的微小裂隙，膨脹倍率高等功能。

通常在封閉條件下使用遇水膨脹橡膠時，遇水后膨脹率并不能夠達到其靜水條件下的最大膨脹率狀態，但是會產生一定的接觸壓力。通過接觸面間的這種壓力作用，該種膨脹橡膠就可以發揮其較好的密水作用。

1.2 鍍銅鋼纖維

鍍銅鋼纖維為高性能增強纖維，由超高強度的冷拔鋼絲經鍍銅工藝加工而成，具有超高的抗高強、抗拉、抗磨、抗裂、抗彎、抗拆、抗沖擊等性能。應用這種鍍銅鋼纖維后能大幅度提高混凝土的抗折強度及整體結構的韌性，是近些年來發展起來的一種新型的鋼纖維。其較為廣泛地用于橋面鋪裝、鋼纖維混泥土路面等工程中，常用的鍍銅微絲鋼纖維長度12～14mm，直徑0.18～0.23mm。

1.3 結構系統的防滲效果

由于矩型槽混凝土結構本身采用C50的強度等級，其抗凍指標為F300，并且預制件之間的連接采用的膩子型遇水膨脹橡膠，抗變形能力較強，因此整體的抗滲效果比傳統的U型槽結構更加明顯。

2 成套的生產工藝

2.1 U（矩）型水槽生產工藝和連續養護方式

生產線運行節拍3～3.5min，可以適應300～1000多種規格混凝土矩型水槽制品（長度2000mm）的生產。水槽生產線每天產能約為100m³的混凝土U（矩）型槽。采用模具平面流轉的方式，養護窯前后采用自動運行的擺渡車。生產線自動運行，在各個工位同時可以人工干預，便于控制生產節拍及生產組織管理。U（矩）型水槽生產線分為五大系統：電動控制系統、配料系統、振搗動系統、脫模回模及試件養生系統。

2.2 系統組成

配料攪拌系統由行星式立軸攪拌機、配料系統、外加劑計量添加系統、水量計量系統、氣控系統、電控系統、螺旋輸送機、水泥倉等組成，主要功能是完成混凝土的配制及攪拌。布料振動系統則由供料器、布料機械、振動機械及輸送機和升降平臺組成，主要是完成混凝土的布料、振動成型的功能。養護系統由養護通道、養護窯前后擺渡車及養護窯內輥輪等組成。脫模系統由輸送機、氣動脫模臺（具有保護輸送線功能）、成品運輸系統、吊具等組成。電控系統是整條U（矩）型水槽生產線的核心部分，選取了西門子S7-300可編程控制器（PLC），德國西門子變頻器，PROFIBUS總線控制，PILZ的安全繼電器，PHONIX機械設備避雷專用裝置等世界最先進的電子產品，這種配置在國內外同行業處于絕對的領先地位。生產工藝流程如圖1所示，養護完成后的成品堆放及試組裝如圖2所示。

3 效果分析

傳統的渠道防滲體系尺寸小，生產過程以及結構安裝等環節存在著一定的缺陷，極大地限制了產品的推廣應用。新型的渠道防滲體系具有大尺寸，新結構，完善的生產工藝流程及簡易合理的安裝方法等優點，新型的渠道防滲體系在使用過程中具有更好的抗滲性，可以減少從結構中滲入基礎的水量，因此該種結構具有更好的抗凍脹性和更高的輸水系數。

4 結束語

新型U（矩）型槽長度2000mm，是傳統渠道防滲結構U形、梯形槽長度500mm的4倍。新型U（矩）型取水口、止水條等配套齊全，產品連接處采用遇水膨脹止水橡膠密封，而傳統渠道防滲結構U形、梯形槽連接處采用水泥勾縫，最大限度實現渠道防滲。

通過先進渠系建筑物新型U（矩）型槽生產工藝研究并實施，建立中試基地，以此為依托，進行深入系統的研究，解決更多的理論和實際問題，不斷的完善和發展該項技術，最終使其成為一項具有廣泛適用性的成熟技術并在全國推廣應用。