基于輸水明渠設(shè)計(jì)及其施工應(yīng)用

鄭義俊

(江西贛禹工程建設(shè)有限公司，南昌 330038)

基于輸水明渠設(shè)計(jì)及其施工應(yīng)用

鄭義俊

(江西贛禹工程建設(shè)有限公司，南昌 330038)

輸水明渠是供水工程中的重要組成部分，在進(jìn)行供水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中，應(yīng)對(duì)輸水明渠段進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。文章結(jié)合具體的某一供水工程，簡(jiǎn)要探討輸水明渠設(shè)計(jì)方案，并對(duì)輸水明渠混凝土施工要點(diǎn)進(jìn)行闡述，以期對(duì)類(lèi)似工程起到借鑒作用。

供水工程；輸水明渠；設(shè)計(jì)方案；施工；應(yīng)用

0 引 言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的重要組成部分，供水工程正處于突飛猛進(jìn)的發(fā)展階段。輸水明渠是供水工程中的重要組成部分，為了有效、充分發(fā)揮輸水明渠功能，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，并嚴(yán)格控制輸水明渠施工，確保工程質(zhì)量。文章筆者將結(jié)合具體的某一供水工程，簡(jiǎn)要探討輸水明渠的具體設(shè)計(jì)內(nèi)容，其中主要包括水面線(xiàn)設(shè)計(jì)、橫斷面形式設(shè)計(jì)、邊坡穩(wěn)定分析、水利設(shè)計(jì)、渠道防滲設(shè)計(jì)等，并且對(duì)輸水明渠混凝土的施工要點(diǎn)進(jìn)行闡述。

1 工程概況

本工程為某一供水工程。該工程全長(zhǎng)570km，屬于(2)等工程。該供水工程設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。在該供水工程中，輸水明渠的總長(zhǎng)度為1345m，渠底的設(shè)計(jì)高程為61.213-61.345m之間，渠道的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 供水工程的設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 渠道的設(shè)計(jì)參數(shù)

2 水面線(xiàn)設(shè)計(jì)

可以依據(jù)輸水明渠的控制點(diǎn)水位標(biāo)高以及水頭的分配成果，渠道可分配的水頭是8.34m，建筑物的水頭是7.75m。從上游向下游應(yīng)分段扣掉渠道的沿程損失，依次扣掉每座建筑物所分配的水頭，這樣可以計(jì)算得出總明渠每個(gè)段的設(shè)計(jì)水面線(xiàn)。

3 橫斷面形式

對(duì)于輸水明渠橫斷面形式的設(shè)計(jì)，弧形渠底斷面形式是水利最佳過(guò)流形式，但是這種形式的斷面有一定的施工難度，因此，有時(shí)候施工中采用梯形斷面形式會(huì)比較常見(jiàn)。在梯形斷面中，水力的最佳斷面形式是窄深式斷面，但上述斷面形式工程成本較高，且后期運(yùn)行維護(hù)較為困難，因此經(jīng)過(guò)綜合分析比較，最終采用梯形實(shí)用經(jīng)濟(jì)的斷面。同時(shí)，便于提升干渠抗動(dòng)穩(wěn)定性，在過(guò)水?dāng)嗝娴钠履_位置設(shè)置了弧形坡腳形式。

4 邊坡穩(wěn)定分析及邊坡系數(shù)

進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定計(jì)算的時(shí)候，首要考慮地表至渠底以下5m的范圍內(nèi)，巖土體地質(zhì)參數(shù)、地下的水位以及渠道的挖土填土實(shí)際情況。對(duì)各個(gè)斷面的挖方部位土體的基本參數(shù)，應(yīng)該根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告中的勘察成果進(jìn)行合理取值。對(duì)地下水位以下部位土體的基本參數(shù)，應(yīng)該選用飽和固結(jié)快剪指標(biāo)；但對(duì)于地下水水位以上的土體基本參數(shù)，應(yīng)該采用自然快剪指標(biāo)。

本工程所在地區(qū)為7°抗震設(shè)防，因此在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析時(shí)，需要考慮地震力的作用，并進(jìn)行地震計(jì)算。經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，渠道土質(zhì)邊坡的系數(shù)在2-3之間，能夠滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范的要求。

5 水力設(shè)計(jì)及斷面要素

對(duì)于土渠段的過(guò)水?dāng)嗝媸┕し绞剑坑没炷烈r砌，現(xiàn)場(chǎng)立模澆筑，真空吸水處理，表面進(jìn)行壓實(shí)抹光。石渠段過(guò)水?dāng)嗝鎰t全部采用噴射混凝土補(bǔ)砌和砂漿抹光的施工方式。渠道的綜合糙率能夠滿(mǎn)足0.015的要求。

6 渠道滲漏計(jì)算與防滲設(shè)計(jì)

在進(jìn)行渠道滲透計(jì)算時(shí)，重點(diǎn)應(yīng)考慮渠道的滲漏損失，其中影響渠道滲漏損失的因素包括渠床土壤性質(zhì)、水文地質(zhì)情況、渠道濕周及輸水時(shí)間等。一般情況下可以將渠道滲漏損失分成自由滲漏和頂托滲漏兩種，在滲漏過(guò)程中，渠道的滲漏損失會(huì)發(fā)生一定的變化。

考慮到在本工程中，渠道的基礎(chǔ)基本為輕壤和砂質(zhì)壤土，在沒(méi)有防滲措施的情況下，渠道將有較大滲漏量，因此需要針對(duì)工程具體情況進(jìn)行防滲設(shè)計(jì)。在進(jìn)行防滲方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮土質(zhì)、挖填情況、經(jīng)濟(jì)性等以確定最佳防滲方案。

7 渠道防凍脹設(shè)計(jì)

本工程所處的地區(qū)為淺層季節(jié)凍土區(qū)，在冬季基礎(chǔ)土體發(fā)生凍脹會(huì)對(duì)渠道混凝土襯砌造成較大破壞影響，因此需要對(duì)渠道進(jìn)行防凍脹設(shè)計(jì)。一般情況下，當(dāng)有個(gè)別渠段的標(biāo)準(zhǔn)凍深在10cm以上的，必須要進(jìn)行設(shè)計(jì)凍深和凍脹量計(jì)算。渠道的設(shè)計(jì)凍脹量在1cm以上的時(shí)候，就需要采取相應(yīng)的抗凍脹措施。

在進(jìn)行渠道防凍脹設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足安全、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的原則。基于此，對(duì)于本工程的渠道防凍脹設(shè)計(jì)可以按照以下3種不同的情況進(jìn)行考慮分析：①渠坡水位變幅區(qū)防凍，其他部位不防凍；②渠坡全防凍、渠底不防凍；③全斷面防凍。

冬季，在渠道中，最容易出現(xiàn)破壞的位置往往位于最低蓄水保溫水位至設(shè)計(jì)水位之間，因此需要根據(jù)以上這3種不同的情況分別確定渠底設(shè)計(jì)水位。

當(dāng)渠道設(shè)計(jì)最大凍脹量超過(guò)混凝土襯砌板允許位移值時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的抗凍脹措施，一般情況下可以采取置換措施或者保溫措施。對(duì)于有的地下水位比渠道設(shè)計(jì)渠底高的渠段，可以用砂礫料進(jìn)行置換來(lái)處理防凍脹；對(duì)地下水位比渠道低的渠段，則可以采取設(shè)置保溫板的措施進(jìn)行抗凍脹處理。一般情況下，所采用的保溫材料可以選用聚苯乙烯泡沫板。

8 渠道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

8.1 抗浮穩(wěn)定

當(dāng)渠道襯砌板受到地下水揚(yáng)壓力頂托時(shí)，渠道內(nèi)、外水壓力相等工況下，抗浮穩(wěn)定能夠滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范 。

8.2 抗滑穩(wěn)定

根據(jù)抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果，本工程渠道的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在1.2-1.3之間。同時(shí)根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以知道，渠道襯砌的危險(xiǎn)滑動(dòng)面主要出現(xiàn)在復(fù)合土工膜與保溫板之間。

8.3 渠道襯砌排水設(shè)計(jì)

對(duì)于地下水位高于渠道設(shè)計(jì)渠底的渠段，渠道的襯砌板會(huì)受到地下水的作用而產(chǎn)生揚(yáng)壓力。根據(jù)本工程的具體情況，對(duì)于渠道建成之后的地下水位，需要考慮3個(gè)豐水年補(bǔ)給的標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)對(duì)渠道襯砌進(jìn)行排水設(shè)計(jì)時(shí)，一般情況下可以采用外排和內(nèi)排兩種排水方式。具體應(yīng)根據(jù)地下水質(zhì)情況、自然排水條件等因此進(jìn)行排水方式的選擇。

9 輸水明渠渠道混凝土施工工藝

本工程的輸水明渠的過(guò)水?dāng)嗝娌捎矛F(xiàn)澆混凝土襯砌的施工工藝。渠底襯砌的厚度控制為8cm，渠坡混凝土襯砌的厚度控制為10cm。每間隔5m的距離需要設(shè)置一道伸縮縫。以下將對(duì)輸水明渠渠道混凝土的施工工藝進(jìn)行闡述。

9.1 施工工藝流程

本工程中輸水明渠渠道混凝土的施工，具體的施工工藝流程為：修坡及清底→削坡處理→鋪設(shè)保溫板→鋪設(shè)復(fù)合土工膜→安裝模板→混凝土襯砌施工→養(yǎng)護(hù)。

9.2 削坡處理

對(duì)于渠道邊坡的削鋪處理，主要是采用人工配合機(jī)械的方式進(jìn)行。首先進(jìn)行機(jī)械粗削坡，然后采用人工進(jìn)行精削坡。在機(jī)械削坡之前，應(yīng)先根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行測(cè)量放樣。在機(jī)械削坡時(shí)避免出現(xiàn)超挖問(wèn)題。削坡按照從上而下的順序進(jìn)行，對(duì)于挖出的土體應(yīng)及時(shí)將其運(yùn)出。

機(jī)械削坡之后進(jìn)行人工精削坡。人工削坡應(yīng)按照從上而下的順序進(jìn)行。削坡應(yīng)確保平整、密實(shí)，削坡的誤差應(yīng)控制在2cm以?xún)?nèi)。

9.3 鋪設(shè)保溫板

在本工程中，采用鋪設(shè)保溫板的方式處理凍脹危害。本工程所采用的保溫板為聚苯乙烯保溫板，其厚度控制在5cm。首先在坡面上鋪設(shè)一層細(xì)砂，人工刮平處理后進(jìn)行保溫板鋪設(shè)，然后在其上采用木釘按照梅花形對(duì)其進(jìn)行品字形固定。

9.4 鋪設(shè)復(fù)合土工膜

在本工程中，采用鋪設(shè)復(fù)合土工膜的方式處理渠道滲漏問(wèn)題。當(dāng)進(jìn)行土工膜鋪設(shè)時(shí)，在確保土工膜鋪設(shè)平整的同時(shí)，應(yīng)上游邊壓下游邊，土工膜之間拼接采用焊接的方式，搭接寬度應(yīng)控制在10cm以上，焊縫處應(yīng)確保不出現(xiàn)虛焊、漏焊以及超焊等問(wèn)題。土工膜鋪設(shè)施工完成之后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行混凝土襯砌的施工。

9.5 渠道混凝土襯砌施工

1)嚴(yán)格按照混凝土配合比進(jìn)行渠道襯砌混凝土拌和，并確保滿(mǎn)足坍落度要求。拌和完成之后，采用混凝土攪拌車(chē)運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)。

2)當(dāng)混凝土到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)之后，應(yīng)對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢查，確保滿(mǎn)足要求即可進(jìn)行混凝土澆筑。安排專(zhuān)人進(jìn)行混凝土布料指揮，布料的厚度應(yīng)控制在11-12cm之間，布料之后應(yīng)立即進(jìn)行振搗作業(yè)，當(dāng)混凝土表面平整出漿時(shí)即可結(jié)束振搗作業(yè)，并進(jìn)行人工壓光處理，從而確保混凝土的平整、光潔。

9.6 養(yǎng)護(hù)

為了有效確保渠道混凝土質(zhì)量，本工程對(duì)渠道混凝土采用覆蓋草簾，灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)7d之后刷涂一層養(yǎng)護(hù)劑的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

10 結(jié) 語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中重要組成部分的輸水明渠，合理的規(guī)劃將有效發(fā)揮輸水明渠功能。文章通過(guò)結(jié)合某一供水工程，對(duì)輸水明渠橫斷面形式的設(shè)計(jì)，最終選用梯形實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面。為了有效的確定渠道的抗滑穩(wěn)定性，在過(guò)水?dāng)嗝嬷性O(shè)置弧形坡腳形式，從水面線(xiàn)設(shè)計(jì)、橫斷面形式設(shè)計(jì)、邊坡穩(wěn)定分析、水利設(shè)計(jì)、渠道防滲設(shè)計(jì)等方面系統(tǒng)地探討了輸水明渠的具體設(shè)計(jì)，提出輸水明渠混凝土的施工要點(diǎn)，為同類(lèi)工程提供參考實(shí)例。

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1007-7596(2016)12-0130-03

2016-11-24

鄭義俊(1985-)，男，江西南昌人，工程師，從事水利水電項(xiàng)目管理工作。

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