預(yù)制混凝土U型槽排水溝的設(shè)計與施工

陳會勝，王建英，趙真真

（莒縣水利局，山東 莒縣 276500）

莒縣轄20個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）和1個省級經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，1 195個村，總?cè)丝?08萬，總面積1 821 km2，是全國小型水利工程管理體制改革示范縣、全省小型水庫管理體制改革試點縣、首批省級小型水庫管理標(biāo)準(zhǔn)化縣。現(xiàn)有小型水庫212座，其中小（1）型水庫21座，小（2）型水庫191座，總庫容為8 274萬m3，興利庫容4 868萬m3。近幾年，莒縣在小型水庫除險加固和管理維護(hù)中，為更好地便于小型水庫背水坡管理維護(hù)和提升外觀形象，統(tǒng)一設(shè)計實施了預(yù)制混凝土U型槽排水溝，工程實施效果顯著。

1　預(yù)制混凝土U型槽排水溝設(shè)計方案

1.1　排水溝的設(shè)計原則

根據(jù)小型水庫除險加固實施方案要求，滿足水庫壩頂、背坡及壩端邊坡排水需要，達(dá)到保證質(zhì)量、節(jié)約投資、方便施工、美觀新穎的效果。

1.2　預(yù)制混凝土U型槽排水溝斷面規(guī)格確定

小型水庫背水坡排水溝大多分為橫向排水溝（垂直于壩軸線）、縱向排水溝（基本平行于壩軸線），橫向排水溝即壩坡排水溝，縱向排水溝即背坡戧臺排水溝、壩底腳排水溝；橫向排水溝主要匯聚壩頂、壩坡及兩端山坡雨水，水流量較小且流速快；縱向排水溝匯聚各橫向排水溝來水，水流量較大，流速緩慢。根據(jù)以上實際情況，經(jīng)水力計算，設(shè)計縱、橫向排水溝過水截面尺寸為0.5 m×0.4 m及0.3 m×0.2 m，每塊長分別為0.5 m、0.4 m，壁厚0.08 m、0.1 m，外形尺寸如下圖。

2　預(yù)制混凝土U型槽制作

2.1　定制模具

按照設(shè)計圖紙，加工塑料模具。模具數(shù)量應(yīng)考慮批次生產(chǎn)量，能滿足生產(chǎn)要求。

2.2　進(jìn)行混凝土配合比試驗

為滿足設(shè)計強(qiáng)度要求要進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計試驗。按照《混凝土強(qiáng)度檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ107）的規(guī)定，綜合考慮耐凍性、耐久性及原材料，進(jìn)行混凝土配合比試驗。采用試配成果為：混凝土強(qiáng)度等級C25，42.5級普通硅酸鹽水泥，水∶水泥∶砂∶石子=0.44∶1∶1.42∶3.17，中粗砂細(xì)度模數(shù)為2.5~3.5，粗骨料按二級配，碎石粒徑10~20 mm、20~40 mm，比例為2∶1。為防止脫模粘皮，可適當(dāng)添加早強(qiáng)減水劑。

2.3　澆筑施工

由于受U型槽厚度、模具限制，宜采用振動臺制作。混凝土按標(biāo)準(zhǔn)拌制完成后，運至振動臺旁料槽內(nèi)，人工用鐵鍬分2層裝入模具內(nèi)，第一層裝入混凝土為模具高度的60%，振動臺振搗后再裝入第二層，混凝土高度宜控制在高出模具頂面2.0 cm左右。第一次混凝土入模完成后，開動振動臺，振動50 s，直至混凝土中氣泡完全散盡，混凝土停止下沉，表面平坦、泛漿為止，然后加入第二層，重復(fù)上述工作。因模外混凝土表面為槽底面，粗糙面更宜于安裝，無需進(jìn)行平整。

2.4　做好養(yǎng)護(hù)

為保證混凝土適宜的硬化條件，使其強(qiáng)度不斷增長，防止出現(xiàn)收縮裂縫，必須對預(yù)制混凝土U型槽加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。混凝土澆筑完成后，帶模將混凝土構(gòu)件移至養(yǎng)護(hù)區(qū)，12 h后覆蓋噴水養(yǎng)護(hù)，24 h后脫模，脫模后及時對U型槽加以覆蓋并保濕養(yǎng)護(hù),可選用草簾、塑料布等材料；澆水養(yǎng)護(hù)的時間不得少于14 d，澆水次數(shù)應(yīng)能保持混凝土處于濕潤狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)用水應(yīng)與拌制用水相同;采用塑料布覆蓋養(yǎng)護(hù)，應(yīng)覆蓋嚴(yán)密，并應(yīng)保持塑料布內(nèi)有凝結(jié)水。氣溫小于5℃，應(yīng)采取保溫防凍措施。

3　安裝施工方法及注意事項

3.1　基礎(chǔ)土方開挖

在大壩背水坡平整壓實完成后，按照間距20~30 m設(shè)預(yù)制混凝土U型槽排水溝，按設(shè)計圖紙測量放線，高程控制要預(yù)留5 cm墊層，應(yīng)以安裝完成后排水槽頂面低于壩坡面2 cm為宜，基槽上口寬度宜比構(gòu)件開寬20 cm，開挖排水溝槽，由于橫向排水溝槽土方量不大，宜以人工開挖；縱向排水溝槽用小型挖掘機(jī)小斗開挖，盡量避免超挖。

3.2　預(yù)制混凝土U型槽安裝

在基槽開挖成型后，平順好槽底，去除浮土；底部澆一層寬度與混凝土U型槽同寬、厚5 cm的砂漿墊層，墊層厚度要均勻；混凝土U型槽裝運到施工現(xiàn)場，為避免碰撞破損，應(yīng)用人工用繩子卸運就位安裝，鋪筑U型槽排水溝從最低處開始沿著逆水流方向鋪筑，注意控制底高程，接口統(tǒng)一均勻；接口勾縫先將縫口的雜物清理清洗干凈后，砂漿分層分次勾填密實。待砂漿勾縫凝固，一般2 d后進(jìn)行兩側(cè)土方回填，回填土要清除雜草、樹根、大石塊等，并夯填密實；壩肩處槽底應(yīng)低于壩頂5 cm，槽口與壩頂路緣石開口連接處用10 cm厚C15細(xì)石混凝土處理，形成一個斜扇面，利于壩頂雨水匯聚，防止流水沖刷槽底，避免壩頂積水。

4　工程效果分析比較

小型水庫背坡預(yù)制混凝土U型槽排水溝工程與混凝土預(yù)制板排水溝、砌石排水溝工程比較如下：

4.1　節(jié)約工程投資

預(yù)制混凝土U型槽排水溝由于斷面小，土方開挖量小，加之是批量生產(chǎn)，減少了勞動力投入；縱向U型槽排水溝綜合造價137.3元/m，料石襯砌排水溝綜合造價364.8元/m；橫向U型槽排水溝綜合造價81.0元/m，預(yù)制混凝土板排水溝綜合造價86.8元。總體平均可節(jié)約投資40%以上。

4.2　保證了工程質(zhì)量

根據(jù)往年水庫檢查情況，混凝土預(yù)制板排水溝易出現(xiàn)溝底砂漿面起鼓、凍融、流水沖刷溝底等問題；砌石排水溝易出現(xiàn)砂漿抹面凍融、脫皮等現(xiàn)象。預(yù)制混凝土U型槽采用工廠化批量生產(chǎn)，專業(yè)程度高，嚴(yán)格按配合比配料，養(yǎng)護(hù)及時到位，混凝土強(qiáng)度、抗凍、外觀等方面均達(dá)到設(shè)計要求，工程質(zhì)量有保障；莒縣自2014年已在小型水庫維修養(yǎng)護(hù)工程中使用混凝土U型槽排水溝，至今未出現(xiàn)質(zhì)量問題。

4.3　便于施工，縮短工期

小型水庫多處于交通不便的丘陵山區(qū)，物料運輸困難，背坡、坡腳施工多需二次倒料。傳統(tǒng)的砌石排水溝用料多，施工工期長、工序多、難度大；混凝土U型槽可前期在預(yù)制廠制作，能加快施工進(jìn)度，且體積較小、便于運輸，節(jié)約物料，施工簡便快捷。

采用混凝土U型槽建設(shè)的排水溝外觀新穎、美觀大方，可起到美化環(huán)境、營造景觀的目的，為小型水庫標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化管理奠定了良好的基礎(chǔ)。