裝配式渠槽結構應用優勢分析

李偉亭，楊秋貴

(1.河南科光工程建設監理有限公司，河南 鄭州 450003；2.河南省水利科學研究院，河南 鄭州 450003)

1 工程概況

新三義寨引黃供水南線工程的主要任務是采用渠道引水灌溉。南分干渠渾水渠段長4.70km，其中蘭考縣境內長4.628km，民權縣境內長0.072km；渠道設計流量為30m3/s，縱比降為1/5500，設計水深為2.5m。按照渠道總體設計，分別進行兩種型式渠槽結構的布置，即1450m的混凝土護砌梯形渠槽，3250m的鋼筋混凝土矩形渠槽，在流槽渠段的進出口各設15m長的混凝土護砌扭曲面連接段。矩形渠槽段的過水斷面大，凈寬9.1m；壁薄結構，渠道沿線地質條件復雜，為故黃河沖積粉細沙土；結構形式為河南省同類結構中較大斷面，工程實踐上尚無先例。自施工完成至今，三義寨引黃灌區的矩形渠槽結構運行多年，結構穩定，產生了良好的后期效益，其設計及施工、運行參數為裝配式混凝土矩形渠槽結構的進一步應用提供了研究基礎。

2 裝配式結構在水利工程中的必要性

(1)傳統作業方式的水利施工存在著原材料浪費嚴重、質量通病問題突出和現場管理難度大等問題，而裝配式結構作為一種新型的水利施工方式，即采用標準化設計、工廠化生產和裝配化施工作為主要生產方式，加快了水利工程的技術創新與發展，實現了水利工程構件大型化和多元化的設想，進一步提高了水利工程施工的效率，為水利建設的革新發展提供了新的方向。

(2)現階段，國家對環保要求越來越嚴格，水利工程關系國計民生，但是在施工過程中受多種環境因素制約，產生的廢水、廢氣、廢料等在一定程度上會破壞自然環境和生態平衡。裝配式構件由于采用工廠化作業，可以形成完成的產業鏈，實現節能減排、節約資源。它是優化現有作業方式的重要手段，是實現水利工程可持續發展、打造生態水利的又一有效途徑。

(3)現階段隨著生育率的降低，人口老齡化的加劇，勞動力越來越少，而施工中人工費用占比較大，且勞動成本越來越高，裝配式施工可以實現廠內流水作業，減少現場作業人員的投入，從而節約工程投資。

3 裝配式渠槽與現澆渠槽對比分析

以新三義寨引黃供水南線工程現澆矩形渠槽為例，矩形渠槽側墻高3.2m，厚20～30cm，墻頂處雙排鋼筋凈距離僅10cm，澆筑費用高，質量得不到保障，立模難度較大，如果采用模板開窗，開口面積大，必增加立模工程量，質量也難以保證。由于壁薄入倉難度大，現場采用人工入倉，需要大量人工。另外，施工層板高，需要分層填筑，層層振搗，稍有不慎，就會出現漏振現象，從而導致縫隙不嚴密產生漏水、工作縫處的起臺掛簾現象。

由于底板模板的架立和混凝土澆筑相對側墻費用較低，如采用底板現澆，側墻工廠預制現場安裝的模式，可以有效解決上述問題，通過分析，底板現澆、側墻預制的結構模式有以下幾個優點。

(1)側墻預制適合工廠內大規模流水施工，可以保障生產質量，提高生產效率，縮短施工周期。與現澆混凝土渠道相比，它可以保證側墻外形尺寸精度，側墻壁厚均勻，混凝土質量穩定，外觀整潔，提升耐久性。

(2)發揮了現澆和預制的優勢，側墻預制采用的鋼模板可以重復使用，節省模板費用和腳手架費用，有效解決了木制模板產生的脹模、漏漿現象。預制時側墻可平放施工，極大地節約了人工和澆筑時間，從而降低混凝土澆筑費用，且側墻可以一次澆筑成型，減少施工接縫帶來的漏漿等現象。

(3)對現場天氣及場地條件要求低，受降雨、高溫、低溫等惡劣自然氣候、條件、環境影響因素小。因此，能最大限度地加快渠道現場施工，有效提高渠道工程施工效率。

(4)側墻預制現場安裝的效率高，較現澆側墻省去了抹面、養護、伸縮縫的制作及砂漿勾縫等施工環節。由于減少了現澆結構的支模、拆模和混凝土養護時間，底板澆筑后，多個側墻可同時進行安裝，極大地縮短了施工周期，也相對減少了整體成本投入，具有良好的經濟效益。

(5)對于挖方段需要較少的工作面。由于側墻現場安裝不需要設置腳手架，僅需留足安裝空間即可，因此減少土方開挖和回填，節省臨時占地，效率高、節能環保，大大減輕了征地等環境協調工作難度。

(6)對周邊環境影響較小。側墻預制安裝減少了現澆作業量，因此也減少了運輸揚塵和現澆噪音，減少了混凝土養護用水，使得施工產生的廢棄物大大減少，降低了施工對周邊居民的影響，符合生態環保需求。

4 裝配式渠槽在水利工程推廣應研究的問題

裝配式混凝土渠槽雖然優勢明顯，在灌區工程中扮演越來越重要的角色，但是還存在鋼筋精準定位難度大，施工技術難度大，需要解決鋼筋連接，側墻與底板、側墻與側墻的連接和止水問題。為進一步優化裝配式渠槽在水利工程中生產應用的各種環節，應開展下列研究進行解決。

4.1 進一步進行構件連接技術開發研究

結合鋼筋混凝土矩形渠槽等水利工程特征，綜合考慮施工預制構件的建造質量水平，對現階段焊接、灌漿套筒連接、螺栓連接、現澆連接等不同連接形式進行對比分析，重點針對不同連接形式的安全性、可靠性、耐久性進行分析，包括對水泥膠體與鋼筋的黏結力、摩擦力、鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間的機械咬合力等進行靜力學、動力學實驗分析，并通過根據實驗結構建立的有限元模型，計算出相關參數，找出混凝土和鋼筋之間的傳力規律，從而探索出裝配混凝土在水利工程中新的連接形式及規范施工工藝流程，以便推廣應用。

4.2 對裝配式混凝土節點連接進行精準測量定位計算

由于裝配式混凝土的節點連接方式復雜，一旦預制構件與其支承構件定位偏差，就會出現安裝困難、集中受力的現象，造成施工局限性大、不利于推廣應用的難點。通過三維定位測量技術等，研究出一種新型的裝配式混凝土節點連接的精準定位方法，其重點是鋼筋連接，從而便于施工，提高裝配效率，以便于在實際工程中推廣應用。

4.3 對配鋼筋混凝構件土層間(節間)防滲及節點澆筑后防滲的處理進行開發研究

(1)裝配式構件之間的連接防滲材料，符合水利工程的防滲、抗剪、抗壓和表面抗凍等要求。

(2)針對大型裝配式混凝土構件接縫較多，止水困難的特點，嘗試研究一種新型的預留構件止水方法，在預制構件相關部位預留有止水槽，待構件吊裝就位后，在止水槽內將橡膠止水帶用螺栓、膠體等固定于止水槽底面，后期槽內采用材料封填。采用該種止水槽的預制構件，止水帶直接澆入混凝土，耐久性較好，且施工相對方便，便于推廣應用。

4.4 研發大型混凝土構件現場吊裝技術

水利工程預制構件同民用建筑工程領域預制構件有很大的不同，即結構體積龐大、鋼筋布置復雜、防滲抗凍等級高、耐久性和可靠性要求高，而且水利工程一般野外作業，場地條件比較復雜，所以要研發一套構件安全吊裝新技術。

4.5 建立大型預制構件的結構可靠性、耐久性的評價方法

水利工程一般都是國家公益大項目，要求適用年限都很長，所以要對水利工程裝配式混凝土結構進行可靠性及耐久性評價，預測這種結構形式的安全適用壽命。推進水利裝配式建筑物向可靠、耐久、節能的方向發展，實現裝配式矩形渠槽的工藝化設計、工廠化生產、裝配式安裝的產業化發展。

5 結論

裝配式結構作為未來水利工程發展的方向，依托新三義寨引黃南線工程大斷面矩形渠槽的結構研究，裝配式渠槽結構能夠進一步減少人工、節約土地、節省材料、降低管理運營費用。但現階段仍存在鋼筋連接、精準定位、防滲節點止水等關鍵應用問題，需要研究創新，在生產實踐與理論研究中論證解決，盡早形成標準化工法。