农田建设中混凝土U型防渗渠技术的推广

杨仕松

（新晃县水务局 怀化市 419200）

混凝土U型防渗渠是采用混凝土圬工材料制成的素混凝土或钢筋混凝土渠道，由于U型防渗渠现浇施工难度大，目前多采用预制装配式，通常U型渠节长（50～100）cm，横断面尺寸口宽（30～100）cm，槽深（25～100）cm，壁厚（3～5）cm，灌溉面积（50～1 800）亩。 目前也有大尺寸的预制混凝土U型防渗渠,但运输安装时需要吊装机械,成本费用较高,相对于其他形式的防渗渠道（如预制平板装配式、浆切块式和现浇式等）不经济,在农田整治中很少使用。

1 混凝土U型防渗渠工程技术的主要特点

U型横断面从水力学角度而言是最接近最优输水断面,混凝土U型防渗渠具有节约用水、少占耕地、节省工时费用等特点。

节约用水：一般未经过防渗处理的普通土体农渠,经验估计其渠道输水利用系数为0.8左右，而采用混凝土U型防渗渠技术，因混凝土材料具有较好的防渗性能，输水利用系数可提高到0.99，据此推算，每灌溉10 000 m3的水即可节约用水2 400 m3。

少占耕地：一般1 m宽的普通土体农渠采用开口60 cm宽的混凝土U型防渗渠即可满足要求,即每1 km长的农渠可节约土地0.6亩,据此推算每万亩农田可节约耕地200亩左右。节省工时费用:从灌溉、管理、疏浚维护等方面分析,混凝土U型防渗渠可节省大量工时和费用；此外,混凝土U型防渗渠还具有水土保持、环保和整洁美观等作用。

2 混凝土U型防渗渠规划设计

混凝土U型防渗渠的规划设计工作，首先要根据农田地形图，圈出所要规划的范围，计算面积；其次依照一定的灌排原则，初步在地形图上进行规划，构思大体的框架和初步的配套建筑物；最后到实地进行调查研究，修正原初步规划设计方案，确定所建防渗渠的平面布置等总体框架和相关配套建筑物。

混凝土U型防渗渠设计的重点应考虑需灌溉的农田面积、灌溉用水量及U型槽的过水能力，根据过水能力和过水流量，确定U型槽的横断面尺寸以及渠底的坡降系数。

3 混凝土U型防渗渠技术推广实例

3.1 工程概况

某工程是一项电力提灌工程，设计提水流量46.5 m3/s，总扬程171.9 m，总规模九级21站，设计灌溉面积10.77万hm2（161.6万亩），一期工程1～5级站及灌区于2008年已验收并正式交付使用，二期工程6～9级站，设计流量12.84 m3/s，总装机15 633 kW，设计灌溉面积 3.17万 hm2（47.5万亩），总干渠 1条长 22.6 km，分干两条，长24.96 km，支渠及分支39条，长208.87 km，目前8级以下的干支渠已全部完工，累计完成渠长66.12 km。

3.2 混凝土U型断面渠道推广中所体现的优点

对于高扬程提水泵站，要提高经济效益，支渠以下的配水渠道防渗节水工程尤为重要，设计中对本灌区支渠采用梯型断面混凝土现浇（或预制）防渗和U型断面混凝土现浇进行比较，U型渠明显优于梯型，具体优点比较如下:

（1）U型渠水力条件好。

以六干一支水力计算为例。

Q=0.3 m3/s，i=1/3 000，n梯=0.017，nU=0.015。 U 型过水断面A=0.56 m2。

梯型过水断面A=0.63 m2。说明相同过水断面情况下，U型断面过流大。

（2）携沙能力强。

U型渠为窄深式,过水断面小,流速大,携沙能力强。以六干一支为例：V梯=0.47 m/s，VU=0.54 m/s，ρ梯=32 kg/m3，ρU=61.3 kg/m3。经另外一站渠道测试,原梯型渠经常存有泥沙，而改为U型渠后几乎不存泥沙。

（3）抗冻胀力强整体性好。

由于U型渠道底部呈反拱形，且一次成形，整体性好，冻胀变形量小，局部基础湿陷对U型渠影响不大，经尊村一、二期工程在湿陷性黄土区与填方渠上施工运行至今4年多时间看，渠道无任何变形。

（4）生产效益高。

U型渠采用机械施工，衬砌渠道质量好，工效高。据一期灌区实践，比梯型渠工效高15%～25%。并且U型防渗渠道节省了渠道历年来除障清淤等繁重的维修养护费用。

（5）节省水资源。

混凝土U型防渗渠现场测验表明:在未考虑配套建筑物输配水损失情况下，渠水利用系数达0.935～0.996。与土渠相比，灌区渠系水利用系数已从0.55提高到0.985。通过推广，实测灌溉定额为11 325 m2/hm2。依此计算，平均节水为4 926 m3/hm2。

3.3 防渗及施工设计

3.3.1 防渗结构设计

根据上述比较及各支渠的流量大小，整个灌区的支渠以下渠全部采用U型渠道，由机修厂生产的专用机械现浇150#混凝土防渗，按输水流量的不同采用不同规格的U型断面,其防渗断面几何尺寸见附表。

附表 U型渠断面要素表

为适应温度变化，渠道每隔4 m留伸缩缝一条，并在渠道拐弯处或连接建筑物两端各预留伸缩缝一条，伸缩缝为宽深各2 cm的凹槽，用1∶1∶4沥青水泥砂浆填塞。填缝要密实，确保质量。

3.3.2 施工设计

（1）土模成形。

土模成形是U型渠道工程的基础，质量好坏对U型渠道防渗效果至关重要，一定要把好土模质量关。

对于挖方渠道，渠槽开挖时预留0.15 m的开挖厚度，待浇筑时再削至设计断面。对于填方渠道，过去是将2 m长钢模做土模的内模，然后在外面进行人工填土夯实，这样U型半径与切线切点的下部是最薄弱地点，往往达不到设计密实标准，影响混凝土防渗效果，在灌区设计中对于填方渠道先进行清基后，基础夯实，再分层铺土，每层厚20 cm，铺土要求均匀，表面平整，无大土块，含水量一般在15%左右，机械碾压或人工夯打遍数不少于8遍，直到符合要求。

填土宽度根据U型渠道的断面大小定，一般每边超过渠口宽（50～60）cm，达到设计高程后再进行开挖，并预留0.15 m的超填厚度，待现场浇筑时再削到设计断面进行衬砌。

（2）混凝土配比及规格要求。

水泥标号不得低于325#，石子最大颗粒为衬砌厚度的一半，但也不能太小，小石子虽然便于施工，但它会使混凝土强度降低，一般应控制在（1～2）cm之间为宜，砂子必须过筛，不能有土块出现。

合理配比，充分搅拌，防止因砂子多、砂浆少、或水多造成的麻面，因砂少造成的峰窝，因搅拌不匀造成的缺料，所以要求按体积进行配料，固定料斗，搅拌次数不少于两遍。

（3）养护要求。

由于U型渠浇筑在野外作业，战线长，洒水养护条件差，但养护的好坏直接影响混凝土的质量，根据多年实践经验，要求在初凝后用塑料布覆盖，可以保证混凝土的强度。

3.4 混凝土U型防渗渠施工工艺

3.4.1 混凝土U型槽预制

混凝土U型槽预制目前有多种办法，有采用自制钢模，用小型振动棒插入振捣，但混凝土因需要一定的养护期，因此需要大量的钢模，施工不经济，不适用农田整理大批量使用的需要；也有使用振动台振动预制和卷板式混凝土U型槽预制等办法，但生产出的U型槽质量不佳，用的较少。通过实践现在有两种预制办法使用较多，应用较广。

（1）采用混凝土U型槽预制专用机械生产的办法。采用机械液压压实成型，辅以U型内侧表面振动，上下U型与槽壁厚同宽钢模保护成型，可立即脱机，经过一周的养护，便可运输安装，适合农田整理中大批量使用需要，预制质量尚可，关键在预制时要注意所用材料质量、混凝土配合比、水灰比及压实成型的压力控制。这种预制办法，（30～60）cm 口宽的可整块预制，（60～100）cm 口宽的一般做成两半块预制，这样能减少变形，也便于运输安装。

（2）使用地胎膜预制的办法。这种办法适用于60 cm口宽以上的U型槽且必须做成对称的两半块预制,安装时对接成型的。施工方法：首先平整一块场地，连续开挖平卧的半个U型坑槽，夯实并校正好尺寸，铺上塑料薄膜，然后用一定强度的胶合板或其他板材做成连续性的侧边模板和隔板，再浇筑拌制好的混凝土，刮平并收光，经过一定时间的养护即可搬运安装。这种方法较经济适用，预制的质量也较好，预制时对每块预制块连续编号，安装时按号码顺序安装，能达到非常好的效果。

3.4.2 基面开挖

基面开挖时要严格控制断面、尺寸和高程，基槽表面务求平整，草根、石块应清除干净，基础要用木夯夯实，并严格保证基面设计的坡降。

3.4.3 铺设安装

对于整块U型槽和两个半块拼接成的U型槽，安装时分别采用不同的办法。

（1）整块U型槽的安装方法。

在开挖压实好的基槽面上，每50 m要在基槽一侧的侧边设高程控制桩，两高程控制桩之间带控制线，控制U型渠平面和侧边。混凝土U型槽放入基槽后，按控制线校正混凝土U型渠一侧的侧面，并用水平尺横向校正平面，符合要求后两侧及时回填土固定。混凝土U型槽在接头处须留设 （1.0～2.5）cm宽的缝隙，铺设后一周左右的时间，U型槽基本沉降稳定，再进行校正。校正后用水泥砂浆或细石混凝土灌缝、压顶，缝隙一定要灌实、抹平，压顶一定要平滑顺直。

（2）两半块拼接成U型槽的安装方法。

可用板材裁剪成U型断面，在开挖压实好的基槽面上每50 m树立一块，校正好方向和高程，然后两边口带线，安装时两边的预制板块分别沿线带齐，然后回填土，铺设后待一周左右的时间，U型槽基本沉降稳定，再进行校正。校正后用水泥砂浆或细石混凝土灌缝、压顶，缝隙一定要灌实、抹平，压顶一定要平滑顺直。若是采用地胎膜预制办法预制的U型槽块，对号连号安装，效果更佳。

4 总结和建议

综上所述，混凝土U型防渗渠道与梯形、矩形渠道相比，不仅有节省材料、节省投资的特点，而且还有节水省地，并有整体性好，施工速度快，使用寿命长等优点，相对于喷灌、滴灌等其他节水技术，更便于管理且易被群众接受。混凝土U型防渗渠道不仅适用于河灌区，而且也适用于井灌区。是渠道提高输水能力和农业节水灌溉的有效途径。而且U120以下断面，已在各大中型灌区的支渠以下渠道得到广泛应用,实践证明防渗效果是最佳的。建议设计单位在今后的设计工作中和建设单位联合努力学习先进技术,使大中型U型断面渠道能在灌区推广应用。

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