預制混凝土矩形渠技術研究與應用

孫景路，陶 琦，?？〉拢瑒Ⅺ惣?/p>

(1.黑龍江省水利科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150080; 2.黑龍江省季節凍土區工程凍土重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150080)

預制混凝土矩形渠技術研究與應用

孫景路1,2，陶 琦1,2，?？〉?,2，劉麗佳1,2

(1.黑龍江省水利科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150080; 2.黑龍江省季節凍土區工程凍土重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150080)

預制混凝土矩形渠按生產、安裝工藝分為整體式預制混凝土矩形渠和拼接式預制混凝土矩形渠，其單體長度2000 mm，是傳統的渠道防滲結構U形渠、梯形渠升級換代產品。在相同的過流能力條件下，矩形渠具有占地少,輸水、節水效率高等優點。多種型號產品可適合不同的過流斷面需求，滿足各級灌排渠道工程需要，為高標準農田建設提供技術保障。

灌排渠道；預制混凝土矩形渠；整體式；拼接式；懸浮式振動

水利事業歷來是事關民生的事業。水，是生命的源泉，更是農業的命脈。近年來，中央堅持把農田水利建設作為保障農業穩定發展和國家糧食安全的重要基礎，不斷完善政策支持體系[1]，加大各項工作力度，推動農田水利進入新的發展階段。渠道防滲是諸多農田灌溉節水措施中經濟合理、技術可行的主要節水措施之一，也是目前我國應用最廣泛的節水工程技術措施[2]。U形混凝土防滲渠輸水是農業節水灌溉和提高渠道輸水能力的有效方法，在水利工程中被廣泛采用， 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。傳統的U形渠結構主要是工廠預制，然后現場組裝。限于技術條件，具有結構尺寸較小、工藝水平低、滲流損失嚴重等問題。很多渠線年久失修也對灌區農業的正常生產產生了較大影響。2013年黑龍江省水利科學研究院抓住機遇，貫徹落實《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》，以“推進水利行業可持續發展，促進水資源優化配置和節約保護，提高水利裝備開發能力，提高水利科技創新能力，用高新技術改造水利傳統行業，推動水利現代化建設，提高我國水利科技創新能力”，通過先進渠系建筑物制造關鍵技術引進和生產工藝研究，建立了試驗示范基地。開發了預制混凝土矩形渠系列產品，解決田間“最后1公里”問題。為保障國家糧食安全、促進經濟平穩快速發展和社會和諧穩定奠定更加堅實的水利基礎。

1 預制混凝土矩形渠生產工藝簡介

預制混凝土矩形渠[3]采用國際先進混凝土成形技術、獨自研發的模具[4]和國產設備配套組成的生產線生產[5]。該技術采用懸浮式振動臺+模具邊布料邊振動成形，平面流轉，機組流水生產工藝，隧道連續養護方式。生產線運行節拍3～3.5 min，可以適應不同型號的矩形渠的生產。矩形渠生產線每天產能約為100 m3的矩形渠產品。設計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。矩形渠生產線分為五大系統：配料攪拌系統、布料振動系統、養護系統、脫?；啬Ｏ到y、電控系統。

2 預制混凝土矩形渠開發

矩形渠產品混凝土技術參數為C50，F300。預制混凝土矩形分類，預制混凝土矩形渠按生產、安裝工藝分為整體式預制混凝土矩形渠和拼接式預制混凝土矩形渠，其單體長度均為2000 mm。

整體式預制混凝土矩形渠為過水斷面為矩形的混凝土構件。其產品示意圖見圖1，技術參數見表1。

圖1 整體式預制混凝土矩形渠

型號斷面尺寸/mm上口寬度a下口凈寬b深度c壁最小厚度d壁最大厚度e底厚f底外寬g轉角半徑r長度LZ300300276300405252380402000Z400400368400405656480602000Z500500460500608080620802000Z600600552600608484720802000Z700700644700709898840802000Z80080073680070102102940802000Z1000100092010008012012011601002000

拼接式預制混凝土矩形渠為兩個預制L形構件中間通過澆筑混凝土底板連接而成的過水斷面呈矩形的混凝土渠。其產品示意圖見圖2，技術參數見表2。

圖2 拼接式預制混凝土矩形渠

型號斷面尺寸/mm深度h寬度a接口厚度b接口寬度c底外寬g壁最小厚度d壁最大厚度e底厚f轉角半徑r外深H長度LL10001000420601205421001201208011202000L12001200420701405641101401408013402000L140014005007815565912015515510015552000L160016008009018098414418018015017802000L18001800800100200100515520020015020002000

3 預制混凝土矩形渠的水力計算

根據流量推求方法，選取整體式預制混凝土矩形渠安全超高100mm水位進行流量計算,計算公式見式(1)，計算結果見表3，為計算灌溉面積、設計流量提供參考。

式中：Q為渠道過水斷面流量，m3/s；ω為過水斷面面積，m2；n為渠道糙率；R為渠道水力半徑，m；i為渠道比降。

表3 整體式預制混凝土矩形渠過水斷面流量計算表 m3/s

注：糙率系數n=0.013

拼接式預制混凝土矩形渠過流能力需通過水力計算獲得，其渠寬設計值為渠高的1.3～2.6倍，其他參數按有關規范規定選取。

4 預制混凝土矩形渠優點

預制混凝土矩形渠真正實現了最佳輸水斷面輸水，除具有傳統渠道U形渠、梯形渠所有優點外，還具有以下優點：

(1)超高的力學性能。預制混凝土矩形渠具有強度更高，韌性更大等顯著特點?？箟簭姸葹?0 MPa以上，是普通混凝土的2倍多，具有優良的力學特性。

(2)優異的耐久性。預制混凝土矩形渠使用懸浮式振動臺振動而成，內部的空隙量極小，使得空氣滲透數低，水分吸收值特別小，其耐久性能比普通混凝土以及高性能混凝土好，使用壽命可達20 a以上。能夠抵抗300次以上的凍融循環試驗。

(3)良好的環保性能。預制混凝土矩形渠使用的原材料是符合我國可持續發展戰略要求的環保材料，在同等承載力條件下，CO2排放量是普通混凝土的一半左右，對不可再生的自然資源骨料的用量，只占普通混凝土的1/4。

(4)減少占地。預制混凝土矩形渠真正實現了最佳斷面輸水，與傳統相同輸水能力的U形渠道與梯形(內外坡均為1∶1)相比，減少渠線占地1/3以上。

(5)輸水、節水效率高。預制混凝土矩形渠使用先進懸浮式振動臺，表面更光滑、糙率更低，長度2000 mm，是傳統渠道防滲結構U形、梯形渠長度500 mm的4倍，接縫少，輸水、節水效率更高。

(6)裝配構件質量優良、施工方便。裝配構件放水口、止水條等配套齊全，組件配套安裝方便、簡單。矩形渠長度2000 mm，是傳統渠道防滲結構U形、梯形渠長度500 mm的4倍，施工更加方便快捷。

(7)高性價比。預制混凝土矩形渠長度是傳統渠道防滲結構U形、梯形渠長度的4倍。產品連接處采用遇水膨脹止水橡膠條密封，遇水膨脹止水橡膠條最大限度實現渠道防滲，而傳統渠道防滲結構U形、梯形渠連接處采用水泥勾縫，安裝施工過程中，預制混凝土矩形渠與傳統渠道防滲結構U形、梯形渠相比，土方開挖、回填量大量減少，質量更容易控制，其整體防滲效果好，并取消了防滲膜的鋪設。該技術省時省工，可減少工程造價。相比之下，其質量和使用壽命均優于梯形渠，預制混凝土矩形渠具有較高的性價比。

5 結 論

預制混凝土矩形渠真正實現了最佳輸水斷面輸水，除具有傳統渠道防滲U形渠、梯形渠所有優點外，還具有超高的力學性能、優異的耐久性、良好的環保性能、裝配構件質量優良、減少占地、輸水節水效率高、高性價比，是傳統的渠道防滲結構U形渠、梯形渠的升級換代產品。可解決田間“最后1公里”問題。為保障國家糧食安全、促進經濟平穩快速發展和社會和諧穩定奠定更加堅實的水利基礎。

[1] 陶琦, 劉京天. 矩型渠混凝土性能研究[J]. 黑龍江水利, 2016, 2(6): 15-20.

[2] 孫景路, 張濱, 張守杰, 等. 渠道防滲新型結構體系的開發與應用[J]. 森林工程, 2015, 31(4): 158-160.

[3] 孫景路,張濱,張守杰，等. 一種渠道防滲輸水水槽：中國，ZL 201320749927.6[P]，2014-06-18.

[4] 孫景路,曲祥民,劉道維，等. 一種加工U型水槽的模具：中國，ZL 201410060053.2[P]，2015-12-02.

[5] 張守杰,孫景路,張濱，等. 一種渠道防滲輸水水槽的制備方法：中國，ZL 201410076812.4[P]，2015-10-28.

Review of the technology of precast concrete rectangular channel

SUN Jinglu1,TAO Qi1,CHANG Junde1,LIU Lijia1

(1.HeilongjiangProvinceHydraulicResearchInstitute，Harbin150080,China; 2.HeilongjiangSeasonalFrozenSoilRegionEngineeringFrozenSoilKeyLaboratory，Harbin150080,China)

According to the production, installation process,precast concrete rectangular channel is divided into integral precast concrete rectangular channel and spliced precast concrete rectangular channel,its monomer length 2000mm,it is the a good substitute of traditional U-shape channel and ladder type channel.Under the same flow capacity, it has the advantages of less land occupation, high water saving efficiency and so on.There are various types of products which are suitable for different flow section and it can meet the engineering needs at all levels of irrigation and drainage channels,as well as provide technical support for the construction of high standard farmland.

irrigation canal;precast concrete rectangular channel;integral channel;spliced channel;suspension vibration

水利部“948”計劃項目(201316)

孫景路(1974-)，男，黑龍江富錦人，高級工程師，主要從事工程凍土和寒區水工技術研究工作。E-mail：sunjinglu74@163.com。

TU375

A

2096-0506(2017)06-0007-04