红星水库中型灌区节水改造中混凝土U型渠道施工工艺及应用效益分析

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(陕西省桃曲坡水库灌溉管理局，陕西 铜川 727031)

红星水库中型灌区节水改造中混凝土U型渠道施工工艺及应用效益分析

杨一波，宋敏

(陕西省桃曲坡水库灌溉管理局，陕西 铜川 727031)

红星水库灌区地处陕西省关中北部的富平县境内，是一个以水库灌溉为主，兼有引洪灌溉的中型灌区。经过四十多年运行，工程老化失修，干支渠及其建筑物破损严重，输水损失大，险工险段多，输水不畅，渠道衬砌率低，达不到设计引水流量，严重影响着灌区工程设施整体效益的正常发挥。在进行节水配套改造中，对混凝土U型渠道施工技术进行分析，结合混凝土U型渠道的结构特点,研究了混凝土U型渠道的施工技术、质量控制及投资建设的效果效益, 证明了混凝土U型渠道是节水灌溉中一项重要防渗工程,是提高现有水利工程效益,提高渠系水利用系数,节约用水时效较快的重要途径。

混凝土U型渠道；施工技术；节水灌区；应用

1 红星水库中型灌区概况

陕西省红星水库灌区地处关中北部的富平县境内，是一个以水库灌溉为主，兼有引洪灌溉的中型灌区。水库位于石川河支流赵氏河下游、渭南市富平县淡村镇上河村附近。红星水库始建于1966年，1969年12月竣工并投入运行，水库总库容799万 m3，兴利库容370万 m3。红星水库灌区东西长15.9 km，南北宽5.9 km，涉及富平县淡村镇、吕村镇、东上官乡及南社乡4个乡镇10个行政村60个村民小组。灌区有干渠4条，支渠27条，总长70.97 km，设施灌溉面积5.0万亩，有效灌溉面积2.36万亩。

红星水库灌区水利骨干工程因建设时期条件限制，建设标准低，施工质量差，配套不齐全，经过四十多年运行，工程老化失修，破烂不堪、干支渠及其建筑物破损严重，输水损失大，险工险段多，输水不畅，形成“卡脖子”和“瓶颈”工程，渠道衬砌率低，达不到设计引水流量，严重影响着灌区工程设施整体效益的正常发挥，成为制约灌区经济发展的瓶颈。陕西省农业综合开发红星水库中型灌区节水配套改造项目建设内容主要以改造金定、广惠、红星一二级泵站4条干渠和12条支渠为主，并配套实施部分渠道绿化工程，改善灌区农业生产条件。

2 混凝土U型渠道施工技术必要性分析

为保持渠道稳定性并考虑施工方便、工程量小、投资省、运行及管护方便等因素，经方案优选比较，干渠和支渠均选用U型渠道，其主要具有以下优点：

(1)混凝土U型渠道相对于梯形和矩形渠道来说，湿周短，水力半径大，流速快，流速分布均匀，近似最佳水力断面，能够改善渠道膨胀变形分布的不均匀性，且渠底是反拱结构,可以减少冻伤和裂缝破坏。

(2)混凝土U型渠道占地少、节省材料。以广惠干渠为例，设计流量为1.0 m3/s，渠道为 “U”型断面，比降1/1000，现浇混凝土结构，衬高1.2 m，弧半径0.6 m，圆心角148°，混凝土厚10 cm，渠口宽1.6 m，两边压顶混凝土宽各12 cm。在同一设计流量下，如果采用梯形渠道，则梯形底宽0.8 m，渠深1 m，边坡1：1，厚度10 cm，渠口宽达到2.8 m。经计算，U型渠每米混凝土用料0.35 m3,每米占地1.84 m2，而梯形渠每米混凝土用料0.37 m3,每米占地3.04 m2。经比较，建设每千米混凝土U型渠道比混凝土梯形渠道可节约混凝土20 m3,可减少渠道占地1 200 m2以上。

(3)U型渠道采用机械施工，工效高,质量好。相对于梯形和矩形渠，U型渠可采用U型渠道衬砌机连续浇筑，例如在红星农发项目干渠施工中，引进了机械式挖模机和大型牵引式U型衬砌机，每天每个工作面可成型土模200 m，开挖土方300 m3,成型渠道120 m,浇筑混凝土42 m3，施工效率较以往得到了很大提高，降低了施工成本。

3 施工工艺流程

(1)施工流程：施工准备→清基、垃圾土外运→施工测量→渠槽回填土→挖模放样→渠槽开挖削模→“U”型衬砌机成型渠道→人工收面→伸缩缝切割及填筑→养护→渠堤修整。

(2)渠道混凝土浇筑前应做好搅拌站、现场用水用电、运输车辆、施工机械等准备工作。清基采用人工配合挖掘机施工，三轮车外运，清基厚度不少于30 cm，清基范围为新建渠堤下口边线以内所有垃圾、杂草、腐殖土。

(3)精确测放渠道中线及回填边线，每10 m布设一个高程控制桩，经过原始渠道断面测量后，给出具体的回填高程，按实地的高差和规定回填梯段高度确定回填层数。

(4)渠槽回填采用分层回填，填筑施工过程中，铺土均匀、平整，每层虚铺厚度不大于25 cm。压实机械采用压路机或蛙式电夯，压实遍数不少于3遍。

(5)土模开挖采用机械开挖，根据不同U型渠道的设计结构尺寸加工不同的削模机头模具，然后将模具安装在履带式挖掘机上一次性开挖成型。开挖前渠道土模一侧边线外60 cm处挂好控制线(控制开挖高程及边线)。相对于传统的人工削模，机械削模技术效率高，费用小，土模尺寸、质量也有较大幅度的提高。土模成型后应尽快浇筑，不能及时浇筑，必须用塑料薄膜覆盖，防止因风吹、日晒水分挥发过快，造成土模土质松散或雨淋损坏土模。

(6)渠道混凝土浇筑使用 “U”型衬砌机，施工过程中将混凝土拌合料填入衬砌机料斗，由施工前方卷扬机牵引行驶，行驶速度满足衬砌机下料速度和渠道成型且振动密实的要求。衬砌机行驶过程中随时纠正衬砌机水平度，防止混凝土渠顶产生左右高低不平不对称现象。卷扬机的操作人员密切配合衬砌机指挥人员的动作示意，保证混凝土衬砌的顺利进行。

(7)混凝土浇筑完毕在初凝后，及时进行覆盖和洒水养护。渠道混凝土施工由于长度较大，采用薄膜覆盖或分段储水的方法进行养护。养护工作安排专人进行，持续时间不少于14 d。养护过程中保持混凝土表面始终处于湿润状态。

(8)渠道浇筑后，及时对伸缩缝进行切割，伸缩缝填筑材料为聚氯乙烯胶泥条，用砂浆进行封口抹平，渠堤整修采用人工整平，渠堤回填高度不少于30 cm，整修时隔段悬挂线绳，控制口线和高程，做到线直面光。

4 施工工序及难点分析

(1)施工原材料控制.进入施工场地的水泥应有质量合格证明，并经过安定性检验后方可使用，水泥不允许露天堆放，水泥贮存时间超过三个月，应视实际情况降低标号使用。沙子要求质地坚硬、清洁，级配良好，含泥量不超过3%，混凝土配料宜选用中、粗砂。石子选用质地坚硬、有棱角、表面粗糙的块状碎石，石子粒径应符合级配标准，清洁干净，石子最大粒径不得超过断面厚度最小尺寸的1/4。水凡适合饮用的自来水和天然水均可使用。施工过程中，对原材料按照原材料检测计划分期分批取样检验。使用材料的配合比，应随时抽检复查，施工的各道程序应严格检查验收，施工中的各种材料的称量偏差值为水泥±2%，中沙±3%，碎石±3%。

(2)回填土过程中严控回填厚度，尽量增大每次回填段长度，按跌水等建筑物的区间段划分回填渠段，减少搭接。搭接段的长度均大于0.5 m，层间搭接错开。土方压实后经环刀取样检验，压实系数要达到0.93以上。

(3)混凝土拌合。拌制混凝土应严格按照设计配合比配料，每盘净拌时间不低于3 min，水灰比控制在0.60～0.65之内。混凝土应随拌随用。如发生离析、严重泌水、漏浆、塌落度降低等问题时，应重新拌合，若超过混凝土初凝时间，应按废料处理。混凝土凝结时间不得超过有关规范规定。

(4)混凝土浇筑。浇筑混凝土间歇时间超过混凝土初凝时间应按施工缝处理。施工缝的混凝土表面凿毛，在继续浇筑之前用水冲洗干净，湿润后在表面铺上10～15 mm的水泥砂浆1层，其标号及水泥品种与被处理的混凝土相同。对施工中局部出现的蜂窝、麻面、等缺陷应及时用水泥砂浆由人工压板进行修补、复原。出现严重质量缺陷应该拆除后重修，以保证工程质量。

5 应用效果与效益分析

(1)混凝土U型渠道在项目区实施后,明显改善了灌区输水条件和灌溉现状，充分发挥已成工程设施的综合效益，灌区农田得到适时灌溉。通过对红星灌区衬砌干支渠渠道的测算，衬砌混凝土后渠系利用系数在0.7左右,而未衬砌的土渠利用系数还达不到0.4，衬砌后0.6万亩农田恢复灌溉，增加灌溉引水量173万 m3；改善灌溉面积1.8万亩，节约灌溉引水量146.0万 m3，年农业增产总值433.10万元，水利灌溉分摊效益为173.20万元。对比可知，混凝土U型防渗节水效果良好，明显改变了灌区农业生产条件，达到了“五省两增一减少”的目的,即省水、省时、省劳、省钱、省地，增产、增收，群众用水纠纷少。对促进农村经济快速发展，提高群众生产生活水平，有效保护和合理开发利用水资源，促进灌区经济社会可持续发展等具有重要意义。

(2)混凝土U型渠道大面积实施，使渠系水利用系数及农田灌溉保证率大大提高，减少了地下水过度开采，节约了水资源；节约出来的水用于改善灌区生态环境，使项目区内生态环境亦趋于良性循环。通过实施环保土保工程，水土流失得到有效遏制，渠堤的绿化美化，有效地防止土壤流失，并且对美化环境，改善空气质量和小气候起到了积极地促进作用，社会效益、生态效益显著。

6 结语

混凝土U型渠道是节水灌溉中一项重要防渗工程,是提高现有水利工程效益,提高渠系水利用系数,节约用水时效较快的重要途径。各级水利管理部门非常重视混凝土U型渠道施工技术研究和推广, 混凝土U型渠道的实施对促进灌区更新改造和提高节水效能，减轻灌区群众水费负担,缓解灌区农业灌溉用水矛盾起到良好促进作用，收到显著效益。

S276.7+1

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1004-1184(2017)05-0197-02

2017-06-14

杨一波(1976-)，男，陕西洋县人，工程师，主要从事水利工程施工管理工作。